Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden eines nietförmigen Befestigungselementes auf einem Blech aus Leichtmetall oder Leichtmetalllegierung, wie Aluminium oder Aluminiumlegierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Ausbilden eines nietförmigen Befestigungselementes auf einem Blech aus Leichtmetall oder Leichtmetalllegierung, wie Aluminium oder Aluminiumlegierung mit einem Hohlstempel, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Zur Befestigung von Bauteilen auf Metallplatten sind schon verschiedene Verfahren bekannt. So kann man das Bauteil auf der Metallplatte, beispielsweise durch gemeinsames Verpressen von Metallplatte und einem eben auf diesem aufliegenden metallischen Verbindungsstück des Bauteiles, befestigen.
Dieses Vorgehen wird auch als "Toxen" bezeichnet. Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Verbindungsstelle von beiden Seiten zugänglich sein muss.
Ist die Metallplatte auf einer Seite nicht zugänglich, wie dies beispielsweise bei Wasserkochern der Fall ist, bei denen eine Metallplatte, vorzugsweise aus Aluminium als Wärmediffusionsplatte, auf einem Edelstahltopf aufgelötet ist, so ist diese Art der Verbindung nicht möglich.
In der EP 895 828 ist eine Nietverbindung beschrieben, bei der ein Niet mit Hilfe einer Matrize und eines Hohlstempels mit seitlicher Führung durch lokales Fließpressen so hergestellt wird, dass das Material unter dem Stempel bei der Vorwärtsbewegung in einen Stempelhohlraum verdrängt wird und den Niet bildet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass auch diese Nietherstellung bei dünnen Blechen in der Größenordnung von ca. 1,5 mm Dicke und darunter nicht mehr angewendet werden kann, da dann aufgrund des geringen zur Verdrängung zur Verfügung stehenden Materials entweder der Niet nicht mehr die vorgegebene Höhe erreicht oder die Basis unter dem Stempel zu dünn und damit instabil wird, so daß die Gefahr besteht, daß der Umgehungsbereich des Niets aus dem Blech herausbricht und der Niet nicht mehr am Blockstrang fixiert ist.
Die DE 196 13 180 A1 zeigt ein Verfahren zum Fließpressen eines Formkörpers, wobei hohlförmige Niederhalter von zwei Seiten gegen ein Blech gedrückt werden und durch den Hohlraum eines der Niederhalter ein Ziehstempel gegen das Blech gedrückt wird, so dass in dem Hohlraum des gegenüberliegenden Niederhalters ein Niet ausgebildet wird. Der letztgenannte Niederhalter weist eine als Ringzacke ausgebildete Barriere auf, die lediglich ein seitliches Ausweichen des zu ziehenden Materialbereichs sperren soll.
Die JP 01-34522 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung eines zylindrischen oder gestuften zylindrischen Niets aus einem Blech mit stirnseitiger Öffnung durch Gegeneinanderwirken eines massiven und eines Hohlstempels.
Die JP 08-42659 zeigt einen Drehmomentwandler in Form eines Profilblechs mit einem mittigen auf einer Führungsnocke aufgesetzten Nabenzapfen und am Umfang angeordneten Antriebszapfen. Die axial feste Verbindung des Nabenzapfens mit dem Führungszapfen geschieht in einer Ausgestaltung dadurch, dass das Material um den Führungszapfen geschwächt und derart mit radialem Abstand zum Führungszapfen ein sich axial erstreckender Abdichtring geschaffen wird, der nach Aufsetzen des Nabenzapfens einen sich radial nach außen erstreckenden Fuß desselben übergreift, während der Führungszapfen auf einen sich radial nach innen erstreckenden Fußbereich des Nabenzapfens gedrückt wird, um derart innenseitig eine axiale Festlegung zu erreichen.
Die EP 0 241 788 A2 zeigt ein kompliziertes vielstufiges Verfahren zur Herstellung eines Hohlniets an einem Blech, wobei nach grundsätzlicher Ausformung des Niets mittels einer einen Hohlraum eines Hohlstempels umgebenden Prägefläche und einer diese umgebenden Nut aus dem durch die Prägefläche verdrängten Material ein den Niet umgebender Ringgrat gebildet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stabile Befestigungsvorrichtung auch bei dünnen Flächen unter möglichst hoher Materialersparnis und mit dem Vorteil einer leichten und definierbaren Verformbarkeit zu schaffen.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, welches durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist.
Weiterhin sieht die Erfindung zur Lösung der genannten Aufgabe eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 vor.
Infolge des einwirkenden Stempels von der Unterseite fließt das Material bei der anschließenden Bildung des nietförmigen Befestigungselements durch den Hohlstempel nicht mehr direkt der Stempelmitte zu, sondern wird nach oben umgelenkt. Die Folge davon ist, dass sich ein Hohlniet ausbildet. Dies hat den Vorteil, dass das eingesparte Material des Niethohlraums zusätzliche Niethöhe erbringt. Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass sich in dem Hohlraum überflüssiges Flux beim Lötvorgang sammeln kann und dadurch eine bessere Verlötung erfolgt. Durch die Ausbildung des Hohlniet ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass der Kopf eines Hohlniets sich bei der Verformung während des Befestigungsvorganges leichter und definierbarer verformt als bei einem Vollniet und die Befestigungssicherheit sich damit erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Befestigen zweier Teile ist vorgesehen, dass radial unmittelbar um das Befestigungselement ein Ringabsatz ausgebildet ist. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen vor, dass die Oberfläche des Ringabsatzes die Oberfläche des Ringabsatzes die Oberfläche des Blechs überragt und dass die Oberfläche des Ringabsatzes mit der Oberfläche des Blechs außerhalb der Ringnut fluchtet, wobei insbesondere das nietförmige Befestigungselement ein Hohlniet ist.
In weiterer Ausbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das nietförmige Befestigungselement mit einem es umgebenden ringförmigen Absatz geschaffen wird und dass das zu verformende Blech während der Verformung zwischen zwei festen Platten fixiert wird. Um Materialfluss des zu bearbeitenden Bleches bei der Herstellung des nietförmigen Befestigungselements radial nach innen zu lenken ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass im Bereich der Ringnut Rippen ausgebildet sind, die sich über den Boden der Ringnut erheben. Zur Verstärkung des Bleches in dem Ringbereich, aus dem das Material zur Herstellung des Niets um diesen entfernt wurde, sieht die Erfindung ein Verfahren zu Ausbilden eines solchen nietförmigen Befestigungselements vor, bei dem im Bereich der ringförmigen Materialreduzierung sich über diese erhebende Rippen ausgebildet werden, wobei Rippen vorzugsweise als Radialrippen ausgebildet sind und Ihre Anzahl drei bis sechs beträgt.
Die Vorrichtung zum Ausbilden eines nietförmigen Befestigungselements auf ein Blech oder einer Platte aus Leichtmetall sieht in bevorzugter Ausbildung vor, dass der Außendurchmesser des massiven Stempels geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlstempels an dessen Stirnseite. In Weiterbildung ist dabei vorgesehen, dass der Axialabstand c der Ringnase von der Stirnseite des Hohlstempels mindestens der Differenz der Materialstärke a des zu bearbeitenden Bleches vermindert um die Stärke b des Bleches im Bereich einer durch Materialverformung auszubildenden Ringnut entspricht, wobei insbesondere der Innendurchmesser f des Hohlstempels im Bereich der Ringnase größer als die doppelte Stärke a des Materials des zu bearbeitenden Bleches ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
Die Erfindung sieht zunächst als Befestigungsvorrichtung für zwei Teile, von denen eines eine Platte 1 aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Aluminumlegierung ist, einen aus dieser Platte 1 durch Kaltverformung herausgeformten Niet 2 vor, wie er in der Figur 1 dargestellt ist. Dieser Niet 2 ist in seinem Querschnitt nicht massiv, sondern im Querschnitt unterhalb seiner freien Stirnseite, grundsätzlich kreisringförmig, also mit einem Hohlraum 2a versehen. Auf der ihm abgewandten Seite der Platte 1 unterhalb des Niets 2 ist eine Eindrückung oder Vertiefung 2b ausgebildet.
Weiterhin ist der eigentliche Niet 2, unmittelbar an ihn angrenzend, von einem Absatz 6 umgeben ist, der wiederum von einer Ringnut 7 umgeben ist, wobei die Höhe c des Absatzes 6 mindestens der Stärke a der Platte 1 minus der reduzierten Stärke b im Bereich der Ringnut 7 entspricht, hier darüber liegt. Wesentlich ist weiterhin, dass im Bereich der Stärkenreduzierung der Ringnut 7 Radialrippen 11 vorgesehen sind, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel gleich verteilt über den Umfang vier Radialrippen 11 vorgesehen sind; es ist auch jede andere Rippenzahl denkbar, wobei praktischerweise zwischen drei und sechs Rippen gewählt werden. Dadurch wird der Niet 2 trotz der zu seiner Bildung erforderlichen Schwächung in seinem Umgebungsbereich sicher durch die Rippen in der Platte 1 gehalten.
Eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung mit einem Niet gemäß der Figur 1 kann mit der Vorrichtung der Figur 3 entsprechend dem weiter unten beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen nietförmiger Befestigungselemente an einem Blech oder einer Platte 2 weist zunächst zwei Metallplatten 21, 22, sogenannte Matrizen auf. Dabei weist die obere Metallplatte 22 eine zylindrische Öffnung 23 und auch die untere Metallplatte 21 eine entsprechende zylindrische Öffnung auf, durch die Stempel 24, 25 auf das zu bearbeitende Blech einwirken können.
Die Metallplatten 21, 22 wirken somit als seitliche Führungen für die Stempel 24, 25.
In geringen Abstand zu der zylindrischen Öffnung 23 in der Metallplatte 22 weist dies an ihrer dem Blech 1 zugewandten unteren Fläche ringförmig angeordnete Krallen 26 auf, mittels derer Flächen 21 gegen seitliches Verschieben in Position gehalten wird.
Zur Herstellung eines Niets gemäß der Figur 1 wird die Platte 1, aus der der Niet 2 als Befestigungselement aus Kaltverformung ausgeformt werden soll zunächst aus Metallplatten 21, 22, sogenannten Matrizen, eingespannt. Dabei weisen sowohl die untere Metallplatte 21 als auch die obere Metallplatte 22 eine zylindrische Öffnung 23 aufweist, durch die Stempel 24, 25 auf das zu bearbeitende Blech einwirken können. Die Metallplatten 21 und 22 wirken somit auch als seitliche Führung für die Stempel 24, 25. In geringem radialen Abstand zu der zylindrischen Öffnung 23 in der Metallplatte 22 weist diese an ihrer dem Blech 1 zugewandten unteren Fläche eine ringförmige Kralle 26 auf, mittels derer das Blech 1 ebenfalls in Position gehalten wird und die ein seitliches Fließen während der Verformung verhindern soll.
Der Stempel 24 ist massiv zylindrisch ausgebildet und weist an seiner Spitze eine beispielsweise kegelförmige Ausformung auf. Der Durchmesser des Stempels ist wenig größer als der Durchmesser des herzustellenden Niets. Der Hohlstempel 25 ist im wesentlichen ebenfalls zylindermantelförmig ausgebildet, weist aber einen wesentlich größeren Außendurchmesser wie der Stempel 24 auf. Er entspricht dem äußeren Ringnutdurchmesser d. Darüber hinaus weist der Stempel 25 mit einem Abstand c zu seiner freien Stirnseite 28 seiner Mantelwandung einen nach innen ragenden ringförmigen Radialansatz 29 auf.
Der Durchmesser f des Stempels 25 im Bereich der Ringnase 29 bedingt die Stärke des Niets 2.
Zur Bearbeitung des Bleches zur Ausformung eines Niets 2 wird im wesentlichen folgendermaßen vorgegangen:
Die Stempel 24, 25 werden gegen das Blech und damit gegeneinander verfahren, wobei der Stempel 24 ggf. zeitlich etwas vorlaufen kann. Durch den Stempel 24 wird die kegelförmige Eindrückung der dem zu bildenden Eindrückung 3b auf der dem zu bildenden Niet 2 abgewandten Seite der Platte 1 geschaffen und hierdurch zunächst eine Materialwölbung auf der Oberseite bzw. der dem zu schaffenden Niet nach Herstellung aufweisenden Seite der Platte 2 gebildet.
Der Stempel 25 wird in die zylinderförmige Ausnehmung 23 der oberen Matrize 22 eingefahren und mit seiner ringförmigen freien Stirnseite gegen das Blech 1 gepresst, das in diesem Bereich auf der unteren Matrize 21 aufliegt, wobei die Materialstärke in einem ringförmigen Bereich unter der freien stirnförmigen Sternseite des Stempels 23 reduziert und dem gemäß eine Ringnut 7 gebildet wird, in der Rippen 11 aufgrund der Radialnuten 30 an der Stirnseite des Stempels 25 stehen bleiben.
Das unter der Stirnseite des Stempels 25 verdrängte Material des Blechs 1 kann nicht nach außen ausweichen, da das Blech 1 fest zwischen den beiden Platten 21, 22 gehalten ist und insbesondere aufgrund der ringförmigen Kralle nicht nach außen ausweichen kann. Das verdrängte Material kann daher auch mit Hilfe des die Wölbung formenden unteren Stempels 24 innen in den Hohlraum des Hohlstempels 25 gedrückt, wobei der Niet 2 durch die Ringnase 29 ausgeformt wird und sein Außendurchmesser durch den Innendurchmesser der Ringnase 29 bestimmt wird. Dadurch wird unterhalb der Ringnase 29 unmittelbar radial um den Niet 2 der Ringabsatz 6 ausgebildet.
Figur 5 zeigt die Befestigung einer Befestigungsfahne 33 , beispielsweise einen Thermoschalter, an einem Niet 2. Die Befestigungsfahne 33 wird mit ihrem Durchbruch über den Roh-Niet 2, wie er in der Figur 1 dargestellt ist, aufgesetzt bis Fahne 33 auf dem Absatz 6 zum Aufliegen kommt.
Anschließend wird der Niet 2 gestaucht, wobei sich sein Kopf verbreitert und mit seinem Randbereich auf der Befestigungsfahne 33 anliegt und diese damit sicher hält. Die Höhe des Absatzes 6 kann so gewählt werden, dass die Befestigungsfahne 33 in einer gewünschten vorgegebenen Höhe liegt.