DE102009032083A1

DE102009032083A1 - Verfahren zum Einpressen eines hülsenförmigen Einpresselements in eine Fügeöffnung eines Bauteils

Info

Publication number: DE102009032083A1
Application number: DE200910032083
Authority: DE
Inventors: Sven Gerspach; Christian Kölbl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: DE102009032083B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einpressen eines hülsenförmigen Einpresselements (20) in eine Fügeöffnung (12) eines Bauteils (10), bei dem nach dem Fügen des Einpresselements (20) in die Fügeöffnung (12) die Stirnfläche (24) eines Fügeabschnitts (23) des Einpresselements (20) mit einer Oberflächenseite (14) des Bauteils (10) korrespondiert und eine Schulterfläche (22) eines umlaufenden Flansches (21) des Einpresselements (20) gegen die andere Oberflächenseite (14) des Bauteils (10) anliegt und durch anschließende plastische Materialverformung unter Anwendung einer Matrize (30), in der das Einpresselement (20) mit dem Bauteil (10) gehalten wird, und eines beweglich geführten Stempels (40) das Einpresselement (20) in dem Bauteil (10) verankert wird. Erfindungsgemäß wird vor dem Fügen des Einpresselements (20) die Fügeöffnung (12) stempelseitig mit einer Anfasung (15) versehen, wobei die Länge des Fügeabschnitts (23) des Einpresselements (20) höchstens der Dicke des Bauteils (10) im Bereich der Fügeöffnung (12) entspricht und zum Verpressen des Fügeabschnitts (23) durch Versenken in die Fügeöffnung (12) sowie zum Verpressen der Stirnfläche (24) des Fügeabschnitts (23) in die Anfasung (15) der Fügeöffnung (12) das mit dem Fügeabschnitt (23) zusammenwirkende Ende (41) des Stempels (40) als Kugelschicht mit einer Kugelzone (42) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einpressen eines hülsenförmigen Einpresselements in eine Fügeöffnung eines Bauteils gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Verfahren zum Einpressen bzw. Verankern von Einpresselementen in Metallteile, wie bspw. Gussteile, Metallplatten oder in aus Metallblech hergestellte Baugruppen durch Fügen und anschließendes Verpressen sind bekannt. Die Einpresselemente stellen in der Regel Hülsen, Bolzen oder Pressmuttern dar und stehen oft als Normteile zur Verfügung.
Nach dem Fügen bzw. dem Einsetzen des Fügeabschnittes eines Einpresselements in eine Fügeöffnung oder Vorlochung eines Bauteils erfolgt das Verbinden des Einpresselements durch Verpressen unter plastischer Verformung des Material des Einpresselements und/oder des Bauteils im Bereich der Fügeöffnung, in dem das Einpresselement verankert werden soll.
In der Automobilfertigung wird vielfach eine solche Verbindungstechnik eingesetzt, bspw. in Karosserieteilen, insbesondere auch in Hybridkonstruktionen, z. Bsp. Aluminium-Stahl-Mischbaukarosserien, an denen sicherheitsrelevante Bauteile, wie zum Beispiel Gurthalter befestigt werden sollen. Auch wird in der sogenannten Space-Frame-Technik, bei der Strangpressprofile über Gussknoten zu einer Karosseriestruktur verbunden werden, diese Art von Verbindungstechnik verwendet.
Dabei erfolgt das Fügen und Pressen in einem Werkzeug, bspw. Folgewerkzeug mit Stempel und Matrize, wobei in dem Bauteil durch mechanisch Bearbeitung das Vorloch erzeugt wird. Zum Einbringen von Einpresselementen in ein Bauteil, bspw. in ein Gussteil oder einen Gussknoten, ist eine bestimmte Lochvorbereitung erforderlich, um im verpressten Zustand des Einpresselements eine ebene Montagefläche zu erhalten, die eine definierte Montage eines weiteren Bauteils erlaubt. Zusätzlich muss das eingepresste Element für die Befestigung das erforderliche Anzugsmoment aufnehmen können. Dies erfordert einen erhöhten Aufwand, insbesondere ist aus Entformgründen ein Schieber im Werkzeug erforderlich. Dies erhöht jedoch die Werkzeugkosten und die Zykluszeit zur Herstellung des Bauteils, mit der Folge, dass dadurch auch die Kosten des Bauteils ansteigen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Einpressen eines hülsenförmigen Einpresselements in eine Fügeöffnung eines Bauteils anzugeben, mit dem ein einfaches und damit auch kostengünstiges Einbringen von Einpressteilen in Bauteile, vorzugsweise in Gussteile möglich ist, insbesondere soll dieses Verfahren leicht in einen Fertigungsprozess mit geringer Prozessanfälligkeit integrierbar sein und die oben genannten Nachteile vermeiden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Bei einem solchen Verfahren zum Einpressen eines hülsenförmigen Einpresselements in eine Fügeöffnung eines Bauteils, bei dem nach dem Fügen des Einpresselements in die Fügeöffnung die Stirnfläche eines Fügeabschnitts des Einpresselements mit einer Oberflächenseite des Bauteils korrespondiert und eine Schulterfläche eines umlaufenden Flansches des Einpresselements gegen die andere Oberflächenseite des Bauteils anliegt, und durch anschließende plastische Materialverformung unter Anwendung einer Matrize, in der das Einpresselement mit dem Bauteil gehalten wird, und eines beweglich geführten Stempels das Einpresselement in dem Bauteil verankert wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zunächst vor dem Fügen des Einpresselements in die Fügeöffnung stempelseitig diese mit einer Anfasung versehen wird, ein Einpresselement verwendet wird, dessen Fügeabschnitt höchstens der Dicke des Bauteils im Bereich der Fügeöffnung entspricht und zum Verpressen des Fügeabschnitts durch Versenken in die Fügeöffnung sowie zum Verpressen der Stirnfläche des Fügeabschnitts in die Anfasung der Fügeöffnung das mit dem Fügeabschnitt zusammenwirkende Ende des Stempels als Kugelschicht mit einer Kugelzone ausgebildet ist.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Stirnfläche des Fügeabschnitts des Einpresselements derart in die Oberfläche versenkt, dass die Oberfläche als ebene Montagefläche nutzbar ist, ohne dass zusätzliche Werkzeugteile hierfür erforderlich wären.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zum Verpressen ein Einpresselement verwendet, dessen Fügeabschnitt kleiner als die Dicke des Bauteils im Bereich der Fügeöffnung ist. Damit wird auch bei ungünstigen Toleranzen der verwendeten Teile sichergestellt, dass das Einpresselement in die Oberfläche des Bauteils versenkt wird.
Vorzugsweise wird die Öffnung mit einer Anfasung bzw. Senkung von annähernd 45° angefast. Unter diesem Winkel erfolgt eine optimale Materialverformung, so dass eine maximale Krafteinleitung über das verankerte Einpresselement in das Bauteil erzielt wird.
Um das Einpresselement verdrehsicher in dem Bauteil zu verankern, weist die Schulterfläche des umlaufenden Flansches eine Profilierung mit Verdrehnasen als Verdrehsicherung derart auf, dass beim Verpressen des Fügeabschnittes in die Fügeöffnung die Verdrehnasen in die andere Oberflächenseite eingepresst werden. Dabei sind die Verdrehnasen vorzugsweise als Riffelung der Schulterfläche ausgebildet.
Das Verfahren kann besonders vorteilhaft bei einem als Gussteil, vorzugsweise aus Aluminium gefertigten Bauteil angewendet werden, insbesondere auch bei Gussknoten zur Verbindung von Aluminium- mit Stahlbauteilen. In der Regel ist auch das Einpresselement, vorzugsweise aus Metall, bspw. Stahl hergestellt und stellen in der Regel Normteile dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Bauteils mit einer Fügeöffnung und einem Einpresselement vor dem Fügen,
2 eine Schnittdarstellung des Bauteils mit eingefügten Einpresselement und angedeuteten Matrize und Stempel, und
3 eine Teilansicht einer Schnittdarstellung des verpressten Einpresselements im Bereich der angefasten Fügeöffnung.
1 zeigt ein Bauteil 10, bspw. ein aus Aluminium gegossenes Bauteil 10 mit einer im Schnitt dargestellten Wand 11 der Dicke h₁, in der eine Fügeöffnung 12 eingebracht ist. Auf einer Oberflächenseite 13 der Wand 11 ist diese Fügeöffnung 12 mit einer Anfasung bzw. Senkung 15 mit einem Winkel α von ca. 45° versehen, so dass für die Fügeöffnung eine Tiefe h₂ verbleibt. Die Anfasung 15 wird mechanisch hergestellt, bspw. durch Fräsen oder Lasern.
Ferner zeigt 1 ein hülsenförmiges Einpresselement 20 mit einem umlaufenden Flansch 21 und einer Schulterfläche 22, die an der anderen Oberflächenseite 14 der Wand 11 anliegt, wenn das Einpresselement 20 in die Fügeöffnung 12 eingeführt ist. Die Schulterfläche 22 weist eine Riffelung 25 auf, die im eingepressten Zustand des Einpresselements 20 in die Oberflächenseite 14 eingedrückt wird und dadurch als Verdrehsicherung dient. Die auf einer Seite des Flansches 21 sich anschließende Teil 23 des Einpresselements 20 stellt einen Fügeabschnitt dar, mit dem das Einpresselement 20 in die Fügeöffnung 12 eingeführt wird und nach dem Verpressen in die Wand 11 den Kraftschluss mit der Fügeöffnung 12 herstellt. Die Länge h₃ des Fügeabschnitts ist kürzer als die Dicke h₁ der Wand 11 im Bereich der Fügeöffnung 12.
2 zeigt nun das Zusammenwirken eines in die Fügeöffnung 12 eingefügten Einpresselements 20, das zusammen mit dem Bauteil 10 über die Oberflächenseite 14 der Wand 11 durch eine Matrize 30 eines nicht dargestellten Werkzeugs gehalten und fixiert wird. Gegen die andere Oberflächenseite 13 der Wand 11 verfährt in axialer Richtung des Einpresselements 20 ein Stempel 40, der das Einpresselement 20 in der Wand 11 durch Verpressen verankert.
Dieser Stempel 40 weist einen Stempelkopf 41 auf, der als Kugelschicht mit einer Kugelzone 42 ausgebildet ist, die zum Verpressen in Wechselwirkung mit der Stirnfläche 24 des Fügeabschnitts 23 des Einpresselements 20 kommt. Der Durchmesser d₂ des Stempels 40 ist etwas kleiner als der Durchmesser D der Anfasung 15, aber größer als der Innendurchmesser d der Fügeöffnung 12. Die Stirnfläche 43 des Stempelkopfs 41 hat dagegen einen Durchmesser d₁, der kleiner als der Innendurchmesser d der Fügeöffnung 12 ist. Daher gilt:
d₁ < d < d₂ < D
Bei einer Druckbeaufschlagung des Stempels 40 in Richtung des Pfeils F wird dieser in das stirnseitige Material des Fügeabschnitts 23 eingedrückt und dessen stirnseitiger Bord bzw. Stirnfläche 24 durch die kugelige Form des Stempelkopfes 41 derart aufgeweitet, dass dessen Material in die Wand der Fügeöffnung 12 und in die Anfasung 15 sowie gleichzeitig in Richtung der Matrize 30 gedrückt und verschoben wird, wie dies in 3 schematisch dargestellt ist. Aufgrund des geringeren Durchmesser d₂ des Stempels 40 wird das Einpresselement 20 in die Fügeöffnung 12 um das Maß s versenkt. Diese Maß s hängt auch von der Länge h₃ des Fügeabschnitts 23 ab, der kürzer als die Dicke h₁ der Wand 11 ist. Damit ein wirksames Maß s sichergestellt wird, darf die maximale Länge des Fügeabschnitts 23 höchstens der Dicke h₁ der Wand 11 entsprechen. Die kugelige Form bewirkt außerdem, dass auch Material des Wandbereichs der Fügeöffnung 12 an den Fügeabschnitt 23 des Einpresselements 20 gedrückt wird. Und schließlich wird während des Verpressens die als Verdrehsicherung dienende Riffelung 25 auf der Schulterfläche 22 des Flansches 21 in die Oberflächenseite 14 kraftschlüssig eingepresst.
Mit der damit erzielten Versenkung des Einpresselements 20 in die Oberflächenseite 13 des Bauteils 10 steht diese Oberflächenseite 13 als plane Montagefläche zur Verfügung, um über das Einpresselement 20 ein weiteres Bauteil, bspw. eine Gurtanbindung mit dem Bauteil 10 zu verbinden. Hierzu kann das Einpresselement 20 bspw. mit einem Innengewinde versehen sein.
Bezugszeichenliste

10: Bauteil
11: Wand des Bauteils 10
12: Fügeöffnung
13: eine Oberflächenseite der Wand 11
14: andere Oberflächenseite der Wand 11
15: Anfasung bzw. Senkung in der Fügeöffnung 12
20: Einpresselement
21: Flansch
22: Schulterfläche am Flansch 21
23: Fügeabschnitt
24: Stirnfläche des Fügeabschnitts 23
25: Profilierung auf der Schulterfläche 22
30: Matrize
40: Stempel
41: Stempelkopf
42: Kugelzone des Stempelkopfs 41
43: Stirnfläche des Stempelkopf

Claims

Verfahren zum Einpressen eines hülsenförmigen Einpresselements (20) in eine Fügeöffnung (12) eines Bauteils (10), bei dem nach dem Fügen des Einpresselements (20) in die Fügeöffnung (12) die Stirnfläche (24) eines Fügeabschnitts (23) des Einpresselements (20) mit einer Oberflächenseite (14) des Bauteils (10) korrespondiert, und eine Schulterfläche (22) eines umlaufenden Flansches (21) des Einpresselements (20) gegen die andere Oberflächenseite (14) des Bauteils (10) anliegt, und durch anschließende plastische Materialverformung unter Anwendung einer Matrize (30), in der das Einpresselement (20) mit dem Bauteil (10) gehalten wird, und eines beweglich geführten Stempels (40) das Einpresselement (20) in dem Bauteil (10) verankert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – vor dem Fügen des Einpresselements (20) die Fügeöffnung (12) stempelseitig mit einer Anfasung (15) versehen wird, – die Länge des Fügeabschnittes (23) des Einpresselements (20) höchstens der Dicke des Bauteils (10) im Bereich der Fügeöffnung (12) entspricht, und – zum Verpressen des Fügeabschnittes (23) durch Versenken in die Fügeöffnung (12) sowie zum Verpressen der Stirnfläche (24) des Fügeabschnitts (23) in die Anfasung (15) der Fügeöffnung (12) das mit dem Fügeabschnitt (23) zusammenwirkende Ende (41) des Stempels (40) als Kugelschicht mit einer Kugelzone (42) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Fügeabschnitts (23) des Einpresselements (20) kleiner als die Dicke des Bauteils (10) im Bereich der Fügeöffnung (12) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeöffnung (12) mit annähernd 45° angefast ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterfläche (22) des umlaufenden Flansches (21) eine Profilierung (25) mit Verdrehnasen als Verdrehsicherung derart aufweist, dass beim Verpressen des Fügeabschnittes (23) in die Fügeöffnung (12) die Verdrehnasen in die andere Oberflächenseite (14) eingepresst werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehnasen als Riffelung (25) der Schulterfläche (22) ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) als Gußteil, vorzugsweise aus Aluminium ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einpresselement (20) aus Metall hergestellt ist.