Ein Bolzenelement der eingangs genannten Art ist aus der internationalen Anmeldung PCT/EP00/06465 bzw. der entsprechenden deutschen Pa- tentanmeldung 100 33 149.1 sowie aus der internationalen Anmeldung PCT/EP00/06468 bzw. aus der entsprechenden deutschen Patentanmel- dung 100 22 152.1 bekannt.

Ein Problem im Maschinenbau liegt darin, preisgünstige Bolzenelemente mit einem Kugelkopf herzustellen. Solche Bolzenelemente werden bei- spielsweise als Anlenkelemente für Federdämpfer gebraucht, die zur Abstützung von Kofferraumdeckeln oder Motorhauben von PKWs verwen- det werden. Solche Anlenkelemente werden aber auch in einer Vielzahl von weiteren Konstruktionen gefunden, beispielsweise bei Gelenkstangen im Betätigungsmechanismus von Vergasern und dergleichen.

Die bekannten Kugelbolzenelement haben am Schaftteil ein Gewinde und einen radial vom Gewinde abstehenden Flansch, damit das Bolzenelement an einem Blechteil oder Träger fest montiert werden kann. Diese Ausbil- dung des Schaftteils des Bolzenelements macht es auch schwierig, den Kugelkopf herzustellen, da sie Beschränkungen bei der Auslegung der Kaltschlagwerkzeuge für den Kugelkopf verursachen.

Problematisch bei den bekannten Bolzenelementen mit Kugelkopf ist, dass, wenn diese kostengünstig als Kaltschlagteile hergestellt werden, die beweglichen Werkzeugteile, die den Kugelkopf bilden, sich radial auf die Längsachse des Bolzenelementes zubewegen und an den Trennflächen, d. h. dort, wo die Werkzeugteile aufeinander treffen, Grate an der Oberflä- che des Kugelkopfes bilden, wobei die Grate sich jeweils in einer radialen Ebene befinden. Diese Grate, wenn auch fein, müssen entweder kostspie- lig in einem weiteren Vorgang entfernt werden oder man muss mit dem Nachteil leben, dass die Grate relativ schnell zu einem Verschleiß der den Kugelkopf aufnehmenden Pfanne führt, egal ob diese aus Kunststoff oder Metall besteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bolzenelement mit einem Kugelkopf vorzusehen, das extrem preisgünstig hergestellt werden kann und dennoch keinen störenden Grat aufweist. Außerdem soll eine preis- günstige Anbindung des Bolzenelements an ein Bauteil ermöglicht wer- den, so dass das entsprechende Zusammenbauteil ebenfalls preisgünstig erhältlich ist. Weiterhin soll ein preisgünstiges Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Bolzenelements geschaffen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Bolzenelement der eingangs genann- ten Art vorgesehen, mit dem besonderen Kennzeichen, dass das Schaftteil an seinem anderen Ende eine kugelförmige Ausbildung aufweist, deren Kugeldurchmesser größer ist als der des Schaftteils.

Mit anderen Worten besteht das erfindungsgemäße Bolzenelement im Prinzip lediglich aus einem Kugelkopf und einem zylindrischen Schaftteil, das an seinem dem Kugelkopf abgewandten Ende hohl ausgebildet ist, um eine Nietverbindung mit einem Tafelelement, insbesondere mit einem Blechteil einzugehen. Da der Durchmesser des Schaftteils konstant ist, kann das Funktionselement dadurch hergestellt werden, dass ein zylindri- scher Rohling entsprechend dem Anspruch 14 teilweise in eine zylindri- sche Passage einer Matrize aufgenommen wird und über die Stirnseite der Matrize hinausragt, dass im Bereich des Übergangs der Passage in die Stirnseite eine halbkugelförmige Vertiefung in der Matrize ausgebildet ist, deren Kugeldurchmesser dem Kugeldurchmesser der erwünschten kugel- förmigen Ausbildung des Bolzenelementes entspricht, dass ein Werkzeug mit einer ebenfalls halbkugelförmigen Vertiefung auf das aus der Matrize herausragende freie Stirnende des zylindrischen Rohlings gedrückt wird und die Matrize und das Werkzeug in Anlage miteinander gebracht wer- den, um das aus der Matrize herausragende Ende des zylindrischen Roh- lings zu der kugelförmigen Ausbildung durch Kaltverformung umzufor- men.

Während beim Stand der Technik die Kaltschlagwerkzeuge, die zur Her- stellung des Kugelkopf verwendet werden, in radialer Richtung gegenüber der Längsachse des entsprechenden Rohlings bewegt werden, können bei der Erfindung die Werkzeuge, von denen es nur zwei gibt, nämlich die Matrize und das damit zusammenarbeitende Werkzeug, sozusagen koaxial zum zylindrischen Rohling angeordnet und aufeinander zubewegt werden, um die kugelförmige Ausbildung durch Kaltverformung des zylindrischen Rohlings zu erzeugen. Dies bedeutet, dass im geschlossenen Zustand der Matrize und des Werkzeugs, d. h. wenn diese aneinander an einer Trenn- fläche anliegen, diese Trennfläche sich an einer Stelle befindet, die einem Äquator der kugelförmigen Ausbildung entspricht und senkrecht zur Längsachse des zylindrischen Rohlings bzw. des Schaftteils des Bolzen- elements steht.

Bei dieser Ausbildung ist es einerseits möglich, die Matrize und das Werk- zeug so zu führen, dass sie streng miteinander ausgerichtet sind und nur ein äußerst kleiner Grat, wenn überhaupt, im Bereich des Äquators aus- gebildet wird. Dieser Grat ist aber auch nicht mehr so störend, da er bei Verdrehung der Pfanne um die Längsachse des Kugelkopfs herum keine ausgeprägte schabende Wirkung auf die Pfanne ausübt, wie dies bei einem sich in einer radialen Ebene erstreckenden Grat der Fall ist. Da das Schaftteil des Funktionselements zumindest im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und einen konstanten Außendurchmesser aufweist, kann der zylindrische Rohling äußerst preisgünstig aus zylindrischem Stabma- terial oder Draht oder aus Rohrmaterial hergestellt werden und eine radia- le Bewegung von Teilen der Matrize oder der Werkzeuge, um Formmerk- male am Schaftteil zu berücksichtigen, ist nicht mehr notwendig, da bei einem rein zylindrischen Schaftteil keine solchen Formmerkmale vorlie- gen.

Durch die Ausbildung der Nietverbindung entsprechend der in den oben genannten PCT-Anmeldungen bzw. den entsprechenden deutschen Pa- tentanmeldungen beschriebenen Art, ist es dennoch möglich, dass ent- sprechende Bolzenelement kostengünstig und mit ausreichender Festig- keit an einem Bauteil bzw. an einem Blechteil zu befestigen.

Im ersten Fall (im Falle der PCT/EP00/06465) weist das Bolzenelement eine dort als Kopfteil bezeichnete Ausbildung in Form eines hohlen Zylin- ders auf, das mit Stanz-und Nietmerkmalen ausgestattet ist und selbst- stanzend in ein Blechteil eingebracht wird. Dabei wird das freie Ende des hohlen Kopfteils zu einem Nietbördel auf der einen Seite des Blechteils umgeformt und die Wandung des zylinderförmigen Teils wird auf der anderen Seite des Blechteils zu einem Ringfalz ausgebildet, so dass das Blechteil zwischen dem Nietbördel und dem Ringfalz eingeklemmt ist.

Hierdurch entsteht eine stabile Verbindung zwischen dem Bolzenelement und dem Blechteil.

Im zweiten Fall (im Falle der PCT-Anmeldung PCT/EP00/06468) weist das Bolzenelement ebenfalls einen dort als Kopfteil bezeichneten Abschnitt auf, der wiederum als Hohlzylinder ausgebildet ist, jedoch an seinem offenen Stirnende stark gerundet ist und somit eine insgesamt zigarren- ähnliche Gestalt aufweist.

In beiden Fällen weist das jeweilige Element in bevorzugten Ausführungs- formen einen zumindest im wesentlichen konstanten Durchmesser über seine gesamte Länge auf.

Im Falle des zigarrenförmigen Elementes wird dieses nicht selbststanzend in das Blechteil eingebracht, sondern der hohle Bereich des Bolzenelemen- tes wird dazu genutzt, das Blechteil in einen Umformraum einer Matrize hineinzudrücken und es wird dabei in zwei axial von einander über eine Ringvertiefung beabstandete Ringfalze verformt, wobei das Blechmaterial in die Ringvertiefung hineingedrückt wird und somit eine stabile Nietver- bindung zwischen dem Bolzenelement und dem Blechteil erzeugt. Die Schaftteile der jeweiligen Bolzenelemente sind üblicherweise mit einem Außengewinde versehen. Auch andere Ausbildungen, wie eine umlaufende Rille zur Aufnahme einer Federklammer, sind beschrieben. Die Offenba- rungen der oben bezeichneten internationalen Anmeldungen bzw. der entsprechenden deutschen Patentanmeldungen werden auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht, da die dort beschriebenen jeweili- gen Ausbildungen der Nietverbindungen mit dem Blechteil in identischer Form bei der vorliegenden Erfindung Anwendung finden können und bevorzugte Ausführungsformen der für die vorliegende Erfindung ver- wendbare Nietverbindung darstellen.

In beiden Fällen führt die Verformung des hohlen Bereiches des Schaft- teils an seinem dem Kugelkopf abgewandten ersten Ende zu einem ausrei- chend breiten Ringfalz, was eine gute Anbindung an das Blechteil ermög- licht und sozusagen eine breite Basis bildet, so dass Kräfte, die in radialer Richtung auf den Kugelkopf einwirken, nicht zu einer Lockerung des Bolzenelementes führen.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen des Bolzenelements sowie des Zusammenbauteils, des Verfahrens sowie der Matrize und Werkzeugen nach der vorliegenden Erfindung lassen sich der Figurenbeschreibung sowie den Unteransprüchen entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand von Ausfüh- rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher zeigen : Fig. 1 ein teilweise in Längsrichtung geschnittenes erfindungsgemä- ßes Bolzenelement, Fig. 2 die erfindungsgemäß verwendeten Werkzeuge zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bolzenelements der Figur 1, Fig. 3 ein Diagramm entsprechend der Fig. 5 der PCT-Anmeldung PCT/EP00/06465, um die Anbringung des erfindungsgemä- ßen Bolzenelements an ein Blechteil zu erläutern, Fig. 4 eine Figur entsprechend der Fig. 2 der PCT-Anmeldung PCT/EP00/06468, um die Anwendung der Nietverbindung dieser PCT-Anmeldung bei der vorliegenden Erfindung darzu- stellen, Fig. 5 eine in Längsrichtung geschnittene Darstellung eines Kugel- bolzenelements, das aus Rohrmaterial hergestellt wurde, Fig. 6 eine ähnliche Darstellung zu der der Fig. 6 von einem Kugel- bolzenelement, das mittels eines Innenhochdruckumformver- fahrens hergestellt wurde, Fig. 7 ein bevorzugtes Werkzeug zur Anbringung von Kugelbolzen- elementen, Fig. 8 ein Detail der Matrize der Fig. 7 im Bereich des dort einge- zeichneten Rechtecks ohne Blechteil, Fig. 9 das Detail der Fig. 8 nach der Anbringung des Kugelbolzen- elements und Fig. 10A bis 10D eine Skizzenreihe zur Darstellung von verschiedenen möglichen Blechvorbereitungen.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder ähnliche Teile und Merkmale stets die gleichen Bezugszeichen verwendet, so dass eine einmal erfolgte Beschreibung eines Teils oder eines Merkmals auch für ein gleich nummeriertes Teil bzw. Merkmal gilt und die Beschreibung nicht wiederholt werden muss.

Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Bolzenelement 10 mit einem Schaftteil 12, das an einem ersten Ende 14 für eine Nietver- bindung 16 (siehe Fig. 3) mit einem Tafelelement 18 zusammen mit einem Blechteil ausgelegt ist. Das Schaftteil 12 weist an seinem anderen Ende 20 eine kugelförmige Ausbildung 22 auf, deren Kugeldurchmesser D größer ist wie der Durchmesser d des Schaftteils.

Der Durchmesser d des Schaftteils 12 ist über zumindest im wesentlichen dessen gesamte Länge von der kugelförmigen Ausbildung 22 bis zur Stirn- seite 24 des ersten Endes 14 zumindest im wesentlichen konstant.

Das erste, für die Nietverbindung 16 mit dem Blechteil 18 ausgelegte Ende 14 des Schaftteils 12 ist hohl ausgebildet und weist zumindest im wesent- lichen den gleichen Außendurchmesser d wie der Rest des Schaftteils 12 auf. Der so gebildete Hohlraum 26 ist, wie in Figur 1 gezeigt, zumindest im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet. Das erste Ende 14 des Schaftteils 12 ist in an sich bekannter Weise mit Stanz-und Nietmerkma- len ausgebildet, und zwar in Form einer abgerundeten Stoß-und Ziehkan- te 28 und weist innen eine konische Schneidfläche 30 auf. Der Stanz-und Nietabschnitt des Bölzenelement 10 ist daher gemäß der DE-PS-34 470 06 C2 ausgebildet. Auch der Außenumfang des Schaftteils 12 ist vorzugswei- se kreiszylindrisch ausgeführt, d. h. er weist im Querschnitt einen kreis- förmigen Umfang auf. Es wäre aber auch denkbar, andere von der Kreis- form leicht abweichende Gestaltungen des Schaftteils 12 zu verwenden, beispielsweise eine polygonale Form, wenn dies aus besonderen Gründen nützlich erscheinen sollte.

Der hohle Bereich 32 sollte eine Mindestlänge L aufweisen (in Richtung der mittleren Längsachse 34 des Bolzenelements 10 gemessen), um si- cherzustellen, dass ausreichendes Material im hohlen Bereich vorliegt, um bei Ausbildung der Nietverbindung 16 gemäß Fig. 3, das Nietbördel 36 auf der der kugelförmigen Ausbildung 22 abgewandten Seite 38 des Bauteils 18 auszubilden, um die Dicke des Bauteils 18 zu überbrücken und um den Ringfalz 40 auf der der kugelförmigen Ausbildung zugewandten Seite 42 des Bauteils 18 auszubilden.

Es ist auch denkbar, das Bolzenelement insgesamt hohl auszuführen, was den Vorteil hätte, dass das Element aus Rohrmaterial herstellbar wäre und dass die kugelförmige Ausbildung durch ein Hochdruckumformver- fahren innerhalb einer entsprechenden Außenform herstellbar wäre.

Bei Verwendung eines hohlen Schaftteils kann dieses auch wahlweise mit einem Innengewinde versehen werden, wodurch nach Ausbildung der Nietverbindung gemäß Fig. 3 und Entfernung des dort gezeigten Stanz- butzens 44, ein Bolzen von dem der kugelförmigen Ausbildung 22 abge- wandten Ende des Bolzenelements 10 in das Gewinde hineingeführt wer- den kann, um die Anbindung an das Blechteil zusätzlich zu verstärken, falls dies erforderlich sein sollte. Ein solches Bolzenelement würde auch die Steifigkeit des Bolzenelements selbst erhöhen. Bei einer solchen Kon- struktion (nicht gezeigt) wäre es erforderlich, für entsprechend geformte Scheiben für einen stabilen Sitz des Kopfes des Bolzens auf der Unterseite des Blechteils 18 zu sorgen, wobei es unter Umständen ausreichen würde, das Nietbördel 36 durch einen Preßvorgang mit einer abgeflachten Unter- seite (in Fig. 3) zu versehen.

Aus Fig. 1 ist außerdem ersichtlich, dass die kugelförmige Ausbildung 22 eine Äquatorlinie 46 aufweist, die in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Längsachse 34 des Schaftteils steht. An der Stelle der Äquatorlinie 46 ist bei der Herstellung des Bolzenelements im wesentlichen kein Grat bzw. keine Erhebung festzustellen, sondern dieser Äquator 46 zeigt lediglich die Lage der Trennstelle der Werkzeuge, die zur Ausbildung der kugelförmigen Ausbildung verwendet werden. Diese Werkzeuge sind in Fig. 2 näher dargestellt. Sie bestehen aus einer unteren Matrize 50 und einem oberen Werkzeug 52. Die Bezeichnung"untere"und"obere"beziehen sich hier, wie auch an anderen Stellen der Beschreibung und Ansprüche, lediglich auf die Ausrichtung der Zeichnung und stellen keine Beschränkungen der tatsächlichen Ausrichtung der Matrize bzw. des Werkzeugs dar. Diese Teile könnten genauso gut so angeordnet werden, dass die Matrize ober- halb von Werkzeug 52 angeordnet ist oder so, dass die mittlere Längsach- se 54 waagerecht oder in einer anderen Ausrichtung angeordnet ist.

Die Matrize 50 weist eine zylindrische Passage 56 auf, die im Bereich der Stirnseite 58 der Matrize in eine halbkugelförmige Vertiefung 60 übergeht, deren Kugeldurchmesser dem Durchmesser D der kugelförmigen Ausbil- dung 22 des Bolzenelements 10 entspricht. Innerhalb der mittleren Pas- sage 56 der Matrize befindet sich ein zylindrischer Stab 62, dessen oberes Stirnende 64 sich im Hohlraum 26 des Bolzenelements 10 befindet und beispielsweise an der Querwand 66 des Hohlraumes 26 anliegt. An seinem anderen unteren Ende ist der Stab 62 an einer festen Unterlage abge- stützt, wie auch die Matrize 50. Der Stab 62 befindet sich innerhalb einer Hülse 68, die entsprechend dem Doppelpfeil 70 hin-und herbewegbar ist, um das fertige Bolzenelement 10 aus der Matrize auszustoßen.

Oberhalb der Matrize 50 und mit dieser koaxial ausgerichtet, befindet sich ein Werkzeug 52, das in seinem Stirnende 70 ebenfalls eine halbkugelför- mige Vertiefung 74 aufweist, wobei auch diese halbkugelförmige Vertie- fung 74 in eine kreiszylindrische Passage 76 übergeht, die ebenfalls ko- axial zur mittleren Längsachse 54 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 80 deutet in dieser Ausführungsform auf eine zylindrische Führung, die sich in der Passage 76 befindet und dessen unteres Stirnende 82 für die Er- zeugung der Abflachung 84 am oberen Ende der kugelförmigen Ausbil- dung 22 sorgt. Diese Führung 80 kann auch mit einer Federeinrichtung vorgespannt werden, so dass sie um einen geringen Betrag ausweichen kann, wenn aus Toleranzgründen zuviel Material für die Ausbildung der kugelförmigen Ausbildung 22 vorhanden ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 2 wird nunmehr näher erläutert. Zunächst soll das Bolzenelement 10 weggedacht werden. Als erstes wird ein zylindrischer Rohling (nicht gezeigt), welcher den Hohl- raum 26 und die Stanz-und Nietmerkmale aufweist, in die mittlere Pas- sage 56 der Matrize 50 eingeführt, so dass die Querwand 66 auf der obe- ren Seite des Stabes 54 abgestützt ist. Die Ausstoßhülse 68 ist in diesem Zustand zurückgezogen, so dass die untere Stirnseite 24 des Rohlings einen Abstand von der Hülse 68 aufweist oder diese mit leichtem Anpreßdruck wegdrücken kann. Die obere Matrize 52 wird nunmehr unter der Führung des Führungsstabes 80 nach unten geführt und verformt das obere Stirnende des zylindrischen Rohlings zu der kugelförmigen Ausbil- dung 22. Am Ende der Bewegung des Werkzeuges 52 auf die Matrize 50 zu, befindet sich die untere Stirnseite 72 des Werkzeuges 52 in Anlage mit der oberen Stirnseite 58 der Matrize 50 und die Trennstelle, d. h. die Posi- tion der aneinander liegenden Stirnseiten 72 und 58 ist so gewählt, dass sie an der Äquatorlinie 46 der kugelförmigen Ausbildung liegt. Der zylind- rische Rohling ist so bemessen, dass er vor der Schließbewegung des Werkzeuges 52 gegen die Matrize 50 über die Stirnseite 58 der Matrize 50 hinausragt, und zwar um einen solchen Betrag, dass gerade so viel Mate- rial vorhanden ist, um im geschlossenen Zustand der Werkzeuge, d. h. bei Anlage der Stirnseite 72 des Werkzeuges 52 gegen die Stirnseite 58 der Matrize 50, den so gebildeten kugelförmigen Raum vollständig auszufül- len.

Sobald die Werkzeuge diese geschlossene Stellung erreicht haben, ist das Bolzenelement fertig, das Werkzeug 52 wird wieder nach oben weg von der Matrize 50 gefahren und die Hülse 68 nach oben bewegt, um das fertige Bolzenelement 10, wie in Figur 2 gezeigt, aus der Matrize 50 auszustoßen.

Daraufhin kann ein neuer zylindrischer Rohling in die Passage 56 einge- führt werden und das Verfahren wird wiederholt, um ein weiteres Bolzen- element herzustellen.

Die Matrize 50 kann bei diesem Herstellungsverfahren im unteren Werk- zeug einer Presse angeordnet werden, während das obere Werkzeug 52 am oberen Werkzeug der Presse oder an einer Zwischenplatte der Presse angebracht ist.

Das Verfahren zur Anbringung des Bolzenelements 10 an ein Blechteil 18, wie in Figur 3 gezeigt, ist in der oben erwähnten PCT-Anmeldung PCT/EP00/06465 im Detail beschrieben und wird hier nicht weiter erläu- tert, da die genaue Art der Ausbildung dieser Nietverbindung nicht Ge- genstand der vorliegenden Erfindung ist. Da das untere Ende des Bolzen- elements 10 mit Stanz-und Nietmerkmalen ausgestattet ist, kann dieses selbststanzend in das Blechteil 18 eingeführt werden, wodurch der Stanz- butzen 44 entsteht. Wie in Figur 3 gezeigt, ist dieser Stanzbutzen in den verformten Hohlraum 26 des Bolzenelements 10 eingeklemmt und trägt zur Stabilität der Nietverbindung 16 bei. Die obere Seite 90 des Ringfalzes 40 ist so angeordnet, dass sie in etwa in der gleichen Ebene liegt wie die obere Seite 42 des Blechteils 18 und sie stellt daher kein Hindernis für die Bewegungsfreiheit einer auf der kugelförmigen Ausbildung 22 aufgesetz- ten Pfanne dar. Man sieht durch den Verlauf des (ursprünglich flachen) Blechteils 18 im Bereich der Nietverbindung 16, wie eine äußerst stabile Anbindung des Bolzenelements 10 am Blechteil 18 geschaffen ist.

Das Bolzenelement 10 muß nicht zwangsweise so ausgeführt werden wie in Figur 1 gezeigt, sondern es sind andere Ausbildungen des ersten Endes 14 denkbar, die auch für eine Nietverbindung mit einem Blechteil geeignet sind. Insbesondere kommt hier eine Ausbildung in Frage, wie in Figur 2 der PCT-Anmeldung PCT/EP00/06468 gezeigt. Diese Ausbildung ermög- licht eine Nietverbindung 16'wie in Figur 4 gezeigt und wird genauso realisiert, wie in der erwähnten PCT-Anmeldung angegeben. Vorteilhaft bei dieser Art der Nietverbindung ist, dass das Blechteil 18 nicht durchlocht wird, so dass eine wasserdichte Verbindung vorliegt. Wie in der entspre- chenden PCT-Anmeldung nachzulesen, ist die Nietverbindung 16'hier so vorgenommen worden, dass der hohle Bereich des Bolzenelements zu zwei Ringfalzen ausgebildet ist, und zwar einem oberen Ringfalz 40'und zu- sätzlich einem unteren Ringfalz 92, die zwischen sich eine ringförmige Vertiefung 94 bilden. Das Blechmaterial ist durch die Anbringung des Bolzenelements in diese ringförmige Vertiefung 94 eingedrückt worden, wie bei 96 in Figur 4 gezeigt, und fest zwischen den zwei Ringfalzen 40' und 92 geklemmt. Die Bezugszeichen 98 deuten in diesem Beispiel auf Verdrehsicherungsnasen, die in der PCT-Anmeldung wichtig sind, wenn das entsprechende Element Drehmomente um die Längsachse aufnehmen soll. Da es sich hier um ein Bolzenelement mit einem Kugelkopf handelt, der keine Drehmomente aufnehmen muß, sind solche Verdrehsiche- rungsnasen 98 hier nicht zwingend erforderlich und die entsprechenden Formmerkmale der Werkzeuge, die zur Ausbildung dieser Verdrehsiche- rungsnasen notwendig sind, können weggelassen werden.

Bei allen Ausführungsformen können auch als Beispiel für den Werkstoff der Funktionselemente alle Materialien genannt werden, die im Rahmen der Kaltverformung die Festigungswerte der Klasse 8 gemäß Isostandard erreichen, beispielsweise eine 35B2-Legierung gemäß DIN 1654. Die so gebildeten Befestigungselemente eigenen sich u. a. für alle handelsübli- chen Stahlwerkstoffe für ziehfähige Blechteile wie auch für Aluminium oder deren Legierungen.

Figur 5 zeigt einen axialen Querschnitt durch ein Kugelbolzenelement 10 ähnlich dem Kugelbolzenelement 10 der Fig. 1, jedoch mit dem Unter- schied, dass das Element aus Rohrmaterial hergestellt wurde und daher eine durchgehende mittlere Längspassage 100 mit kreisförmigem Quer- schnitt aufweist. Das untere Stirnende des Elementes gemäß Fig. 5 kann entsprechend dem unteren Stirnende des Bolzenelementes der Fig. 1 mit Stanz-und Nietmerkmalen in Form einer abgerundeten Stoß-und Zieh- kante 28 und eine konische Schneidfläche 30 ausgebildet werden, ist aber hier in einer Ausführung gezeigt, bei der die konusförmige Schneidfläche 30 auf ein Minimum reduziert wurde, was auch möglich ist. Das untere Ende der Längspassage 100 entspricht dem Hohlraum 26 des Kugelbol- zenelements 10 der Fig. 1 bzw. bildet diesen Hohlraum Das Kugelbolzenelement 10 wird entsprechend dem Kugelbolzenelement 10 der Fig. 1 in einem Werkzeug entsprechend der Fig. 2 hergestellt, nur mit dem Unterschied, dass der Führungsstab 80 vorzugsweise mit einem zylindrischen Vorsprung (nicht gezeigt) ausgestattet wird, der in die mitt- lere Längspassage 100 des rohrförmigen Rohlings bzw. des Kugelbolzen- elements hineinpasst und sich bis etwa das obere Stirnende des Füh- rungsstabes 62 nach unten erstreckt, um das Rohrmaterial von innen bei der Ausbildung des Kugelkopfes abzustützen und unerwünschte Verfor- mungen des Rohrmaterials zu vermeiden. Der Absatz zwischen dem Stab 80 und dem nach unten gerichteten zylindrischen Vorsprung, der auch als Führungszapfen dient und in die mittlere Längspassage des Elements eingeführt wird, bildet eine radiale Schulter, die für die Abflachung 84 am oberen Ende des Kugelkopfs sorgt.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausbildung eines Kugelbolzenelements 10, der aus Rohrmaterial hergestellt wird. In diesem Falle wird ein kreiszylindri- scher Rohrabschnitt in eine zweiteilige Form (nicht gezeigt) eingelegt, die die äußere Form des fertigen Kugelbolzenelements der Fig. 6 als Hohlraum aufweist. Die in Fig. 6 untere Stirnseite 24 des Kugelbolzenelements 10 stützt sich an eine Querwand des Hohlraums der Form ab und es wird über das in Fig. 6 obere Stirnende des Rohrabschnitts mittels einer geeig- neten Düse hydraulische Flüssigkeit unter hohem Druck in das Innere des Rohrabschnitts hineingedrückt, so dass die kugelige Form des Kugel- kopfs durch den hohen an der Innenseite aufgebrachten Druck erzeugt wird. Die zweiteilige Form, die nicht gezeigt ist jedoch im Bereich des Kugelbolzenelements entsprechend dem Werkzeug 52 und der Matrize 50 ausgebildet ist, hat eine Trennfläche zwischen den beiden Hälften der Form in der Höhe der Ebene 102, die in Fig. 6 gezeigt ist. Nach Ausbil- dung des Kugelbolzenelements 10 wird die Form geöffnet und der Kugel- bolzenelement kann aus der Form entfernt werden, ggf. mit Hilfe eines Schiebers der in axialer Richtung des Schaftteils des Kugelbolzens inner- halb der einen Formhälfte gleitet und vorzugsweise auf die in Fig. 6 untere Stirnseite 24 des Kugelbolzenelements 10 drückt.

Fig. 7 zeigt ein bevorzugtes Werkzeug 104 zur Anbringung eines Kugel- bolzenelements, beispielsweise nach Fig. 1 an ein plattenförmiges Werk- stück in Form eines Blechteils 18. Das Blechteil 18 ist auf der oberen Stirnseite einer Matrize 104 abgestützt, das in seinen Grundzügen den Matrizen nach der europäischen Patentanmeldung 99120559.2 und der europäischen Patentanmeldung 00931155.6 ähnelt. Entsprechend der Fig. 9 der erstgenannten Patentanmeldung weist die hier vorliegende Matrize 104 einen hohlen Körper 106 mit einer zur Abstützung eines Blechteils vorgesehenen Stirnseite 108, die über eine sich konusförmig verjüngende Wand 110 in einen ein Anschlagelement 112 aufweisenden Raum übergeht, wobei das Anschlagelement 112 zur Bildung eines im Querschnitt keilförmigen Ringspalts 113 von der sich konusförmig verjün- genden Wand beabstandet ist.

Im keilförmigen Ringspalt befinden sich mehrere baugleiche segmentartige Formteile, beispielsweise von 1 bis 8, insbesondere 4 Formteilen 116, die um die Längsachse 118 der Matrize herum im keilförmigen Ringspalt 113 angeordnet sind und sowohl an der konusförmigen Wand 110 als auch am Anschlagelement 112 abgestützt sind. Die Formteile 116 können entweder so angeordnet werden, dass sie den Ringspalt 113 um die Längsachse 118 herum vollständig ausfüllen, d. h. so dass keine Struktur zwischen benachbarten Formteile 116 vorhanden ist bspw. Entsprechend der Fig. 10 der EP-Anmeldung 99120559.2 oder es kann feste Struktur der Matrize zwischen den benachbarten Formteilen der Matrize vorliegen, wie bei der Matrize der Fig. 1 und 2 der EP-Anmeldung 00931155.6 bzw. der früheren verwandten Matrize des gleichen Erfinders vorgesehen Das Anschlagelement in dieser Ausführungsform ist aber etwas anders ausgelegt als in den genannten EP-Anmeldungen.

Zunächst ist ersichtlich, dass das Anschlagelement 112 einen sich radial erstreckenden ringförmigen Bund 120 aufweist, der in entsprechende Nuten 122 der Formteile eingreift, wobei das Anschlagelement 112 mit den Formteilen in axialer Richtung 118 der Matrize 104 beweglich ist. Das untere Ende 124 des Anschlagelements ragt in einen Hohlraum 126 des Matrizenkörpers 106 hinein und ist dort mit einem mittels einer Schraube 128 angeschraubten Scheibenelement 130 abgeschlossen. In diesem Hohlraum 126 befindet sich zwischen der radial nach innen ragenden Schulter 132 des Außenteils der Matrize und der Scheibe 130 eine Schraubendruckfeder, die ausgelegt ist, um das Anschlagelement 112 nach unten zu ziehen und mit dem Anschlagelement 112 über den ring- förmigen Bund 120 die Formteile 116. Die maximale Bewegung der Form- teile nach unten ist durch die Oberseite 134 der Ringschulter begrenzt, an der die Formteile zur Anlage gelangen. Dies begrenzt auch über den Bund 120 und die Nuten 122 die tiefstmögliche Stellung des Anschlagelements 112. Das obere Ende 136 des Anschlagelements 112, das in vergrößerter Form in Fig. 8 und 9 zu sehen ist, bildet einen Umformraum 138 für das rohrförmige Ende 14 des Kugelbolzenelements 10. Dieser ringförmige Umformraum hat eine im Querschnitt halbkreisförmige Rollfläche 140 in seinem Bodenbereich, der deutlich unterhalb der radial nach innen ra- genden Nasen 142 der Formteile 116 angeordnet ist. Die Stirnseite 143 des mittleren Pfostens 144 des Anschlagelements liegt bündig mit der in Fig. 8 oberen Seite 146 der Formteile 116, die wiederum bündig mit der oberen Seite des Außenteils 106 der Matrize 104 und des die Matrize aufnehmenden Werkzeugs (nicht gezeigt) liegt.

Das Bezugszeichen 150 deutet auf ein Ringfederelement, das die Formteile mit dem Anschlagelement zusammenhält.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, haben die Formteile gerundete Kanten 152, was aus der Doppellinienführung ersichtlich ist.

Während bei der Matrize nach der PCT-Anmeldung PCT/EPOO/06468 das Blechteil bei der Einstanzung des entsprechenden Elements in einen Umformraum der Matrize zu einer topfartigen Vertiefung geformt wird, wirkt der mittlere Pfosten 144 mit den Stanz-und Nietmerkmalen 28,30 des unteren Endes des Kugelbolzenelements 10 zusammen um einen Stanzbutzen 44 aus dem Blechteil herauszustanzen, ähnlich wie bei der Umformmatrize nach dem deutschen Patent DE-PS 3447006 beschrieben ist.

Die untere Stirnseite 24 des Kugelbolzenelements stanzt somit in Zusam- menarbeit mit der oberen Stirnseite 143 des mittleren Pfostens 144 des Anschlagelements 112 das Blechteil 18 durch und zieht das Blechmaterial um das so gebildete Loch herum über die gerundeten Nasen 142 der Formteile in den Umformraum 138der Matrize hinein. Gleichzeitig wird das Material des rohrförmigen Endes des Kugelbolzenelements 10 durch die Rollfläche des Anschlagelements der Matrize radial nach außen und dann wieder nach oben gelenkt, bis die freie Stirnseite 24 des Kugelbol- zenelements 10 an der Unterseite 154 der radial nach innen ragenden Nasen 142 der Formteile 116 anstößt.

Man sieht aus Fig. 9, dass die konusförmige Ausformung 156 des Blech- teils 18 in den Umformraum 138 der Matrize hinein nunmehr formschlüs- sig innerhalb des umgebördelten Stirnendes 14 des Kugelbolzenelements 10 liegt und dass zumindest im Wesentlichen der gesamte Umformraum 138 voll mit Metall ist. Sobald diese Stellung erreicht ist, kann das Mate- rial des Kugelbolzenelements nicht mehr in den Umformraum 138 fließen, die Länge des rohrförmigen Bundes ist aber so bemessen, dass der bisher erwähnte Ringfalz 40 sich ausbilden kann, was in Fig. 9 gezeigt ist. Die Bewegung der freien Stirnseite 24 des Kugelbolzenelements wird wirksam an der Unterseite 154 der Nasen der Formteilen 116 gestoppt, so dass nunmehr der Ringfalz 40 gebildet werden kann.

Man merkt, dass der Stanzbutzen 44, der beim Durchstanzen des Blech- teils entstanden ist, zwischen dem oberen Stirnende 143 des mittleren Pfostens 144 und der Querwand 66 innerhalb des Hohlraums 26 einge- quetscht wird und dort die Verbindung zum Blechteil versteift.

Beim Öffnen der Presse nach dem Einstanzen des Kugelbolzenelements 10 wird das Kugelbolzenelement zunächst angehoben und hebt gleichzeitig das Blechteil, an dem er nunmehr angebunden ist, aus der Matrize her- aus. Dabei bewegen sich die Formteile 116 gemeinsam mit dem Anschlag- element 112 nach oben, wobei die Schraubenfeder im Hohlraum 126 zusammengedrückt wird, bis die Kräfte, die im Bereich des Nietbördels 36 wirken ausreichen, um die Formteile 116 radial nach außen vom Nietbör- del 36 wegzudrücken, wodurch das Zusammenbauteil bestehend aus dem Kugelbolzenelement 10 und dem Blechteil 18 von der Matrize 104 freige- geben wird.

Das obere Teil 160 des Werkzeugs 104 gemäß Fig. 7, stellt einen Setzkopf dar, der zur Anbringung von Kugelbolzenelementen wie 10 an das Blech- teil 18 ausgelegt ist und zu diesem Zweck über einen nicht dargestellten Halter an ein oberes Werkzeug 163 einer Presse bzw. an eine Zwischen- platte einer Presse oder in einer umgekehrten Anordnung an einem unte- ren Werkzeug der Presse angebracht werden kann.

Der Setzkopf 160 ist hier ausgerichtet, um eine zentrische Fügung des Kugelbolzenelements mit der Matrize zu erreichen und verhindert ein Ausknicken des Bolzenelements beim Einstanzen. Die Matrize gewährleis- tet einen Abbruch der Bördelung beim Anlaufen der freien Stirnseite 24 des Nietbördels 36 gegen den Matrizeneinsatz, d. h. an die Formteile 116 und damit einen definierten Startzeitpunkt für das Ausbauchen des Schaftes 14 zur Ausbildung des Ringflansches 40 und zwar auch dann wenn nur ein Formteil 116 vorgesehen wird, was grundsätzlich bei einer Matrizenkonstruktion ähnlich der EP-Anmeldung 00931155.6 möglich ist.

Der Setzkopf 160 hat einen äußeren rohrförmigen Teil 162 mit einer ko- nusförmigen Ausnehmung 164 am unteren Stirnende 166, in der wieder- um mehrere Formteile, beispielsweise vier Formteile 168 aufgenommen sind, von denen nur das eine Formteil 168 in Fig. 7 ersichtlich ist. Die Formteile haben jeweils eine konusförmige Außenwand 170, die komple- mentär zu der konusförmigen Wandung 164 des äußeren Teils 162 des Setzkopfes 160 ausgestaltet ist.

Im unteren Bereich der Formteile in Fig. 7 haben diese radial nach innen erstreckende Backenflächen 172, die am Schaftteil 14 des Kugelbolzen- elements 10 angreifen und als teilzylindrische Flächen ausgebildet sind, damit eine flächige Anlage am Kugelbolzenelement möglich ist, um die erforderliche Ausrichtung des Kugelbolzenelements 10 mit der mittleren Längsachse 174 des Setzkopfs, die koaxial zur mittleren Längsachse 118 der Matrize steht, zu gewährleisten.

Im oberen Bereich haben die Formteile 168 radial nach innen gerichtete Nasen 176, die sich in eine Nut 180 in einer verschiebbaren Hülse 182 des Setzkopfs 160 hineinerstrecken. Die untere Begrenzung 184 der Nut hintergreift die Nasen, so dass die Formteile 168 zwangsgeführt sind, d. h. mit der Hülse 182 axial beweglich sind.

Eine Ringfeder 184 umfasst die Formteile 168 und stellt daher sicher, dass die Formteile 168 nicht verloren gehen. Die Hülse 182 hat in ihrem oberen Bereich einen radial nach außen gerichteten Bund 186, der in einem kreiszylindrischen Hohlraum 188 des äußeren Teils 162 des Werk- zeugs 160 beweglich ist, wobei eine radial nach innen gerichtete Ring- schulter 190 des äußeren Teils 162 des Werkzeugs 160 den Hohlraum 188 nach unter begrenzt und einen Anschlag für den radial nach außen gerichteten Bund 186 der Hülse 182 bildet.

Innerhalb des oberen Bereichs der Hülse befindet sich eine leichte Schraubendruckfeder 192, die an ihrem unteren Stimende 194 an einer radial nach innen gerichteten Schulter 196 der Hülse 182 anliegt und an ihrem oberen Stirnende in Fig. 7 am oberen Werkzeug 163 der Presse abgestützt ist. In dieser Ausführungsform spannt die Feder daher die Hülse leicht in Richtung radial nach unten.

Innerhalb einer zylindrischen Bohrung 198 der Hülse 182 im unteren Bereich der Hülse befindet sich ein Stempelstift 200 mit einem konusför- migen oberen Ende 202, das an einer entsprechenden konusförmigen Fläche innerhalb der verschiebbaren Hülse 182 abgestützt ist, so dass der Stempelstift 200 nach unten aus der Hülse 182 nicht herausfallen kann.

Oberhalb des Stempelstifts 200 befindet sich eine Madenschraube 204, die in eine Gewindebohrung 206 der verschiebbaren Hülse eingeschraubt ist, um zu verhindern, dass der Stempelstift 200 nach oben entweichen kann. Die Schraubverbindung zwischen der Madenschraube 204 und der Hülse 182 überträgt schließlich auch die Druckkräfte, die vom oberen Werkzeug 163 der Presse kommend die Hülse 182 und daher auch die Madenschraube 204 und den Stempelstift 200 nach unten drücken. Man sieht, dass der Stempelstift 200 auf der Abflachung 84 am oberen Stir- nende des Kugelbolzenelements 10 zur Anlage kommt.

Beim Schließen der Presse kann daher das Kugelbolzenelement nicht nach oben ausweichen und die nach unten gerichteten Kräfte führen zum oben beschriebenen Durchstanzen des Blechteils sowie zur Umformung des unteren Stirnendes 14 des Kugelbolzenelements 10 und Ausbildung des Ringfalzes 40. Wenn diese Umformarbeiten abgeschlossen sind, liegt das untere Stirnende 166 des oberen Werkzeugs 160 auf dem Blechteil 18 auf und drückt dieses gegen das untere Werkzeug in Form der Matrize 104.

Beim Öffnen der Presse hebt das obere Werkzeug 160 das Kugelbolzen- element 10 mit dem angebrachten Blechteil 18 aus der Matrize, so dass die Matrize das Zusammenbauteil freigibt, wie oben beschrieben. Das Blechteil stößt dann an andere Teile der Presse (nicht gezeigt), so dass eine nach unten wirkende Kraft auf den Kugelbolzenelement ausgeübt wird. Der Kugelbolzenelement zieht somit die Formteile teilweise aus dem Außenteil des oberen Werkzeugs heraus, soweit, bis der sich nach außen erstreckende Bund 186 der Hülse 182 in Anlage mit der radial nach innen gerichteten Ringschulter 190 kommt. Diese axiale Bewegung reicht aus, um den Kugelkopf von den Formteilen 168 freizugeben, da diese, wenn sie teilweise aus dem äußeren Teil des oberen Werkzeugs herausgezogen sind, radial nach außen ausweichen können. Um diese radial nach außen gerichtete Bewegung zu begünstigen, weisen die Formteile 168 im Bereich der axial oberen Enden der Backenflächen 172 Schrägflächen oder Form- flächen 208 auf, die mit der gerundeten Kugelfläche des Kugelkopfs des Kugelbolzenelements zusammenarbeiten.

Das Zusammenbauteil bestehend aus dem Kugelbolzenelement und dem Blechteil kann nunmehr aus dem Arbeitsbereich des Werkzeugs gemäß Fig. 7 entfernt werden.

Da die Schraubendruckfeder die Formteile in der geöffneten Position hält, kann ein neuen Kugelbolzenelement von unten in das obere Werkzeug eingeführt und nach oben gedrückt werden (bis die Backenflächen 172 der Formteile wieder an den Schaftteil 14 des Kugelbolzenelements 10 greifen und die Schraubenfeder komprimiert ist. Die bspw. aus Polyu- rethan bestehende Ringfeder 205, die die Formteile 168 aufeinander zu drückt, ist ausreichend stark bemessen um durch Reibung an der konus- förmigen Wand 164 die Hülse 182 mit den Formteilen 168 in der in Fig. 7 gezeigten Position zu halten. Das neue Kugelbolzenelement nimmt nun- mehr die Lage des Kugelbolzenelements 10 der Fig. 7 an.

Ein neuer Blechteil 18 kann nunmehr in die Presse eingeführt werden und wie bisher beschrieben, kann dann das neue Kugelbolzenelement 10 mit dem neuen Blechteil 18 vernietet werden.

Anstelle das Bolzenelements von unten bspw. per Hand zwischen die Formteile bzw. Formsegmente 168 des oberen Werkzeugs einzuführen, können in einer automatisierten Ausführungsform die Kugelbolzenelemen- te 10 durch einen schräg gestellten Führungskanal 210 in den Raum zwischen den Formteilen eingeführt werden.

Wenn beispielsweise drei Formteile 168 vorgesehen sind, kann der schräg gestellte Führungskanal in den Zwischenraum zwischen zwei der seg- mentartigen Formteile 168 hinein führen. Dies ermöglicht es, das Kugel- bolzenelement 10 aus der schräg gestellten Lage des Führungskanals 210 in die senkrecht ausgerichtete Position zwischen den Formteilen 168 zu gelangen. Eine ähnliche Vorgehensweise ist aber auch dann möglich wenn das Werkzeug 160 mit 4 aneinander liegenden Formteilen 168 versehen ist, sofern der notwendige Raum für den Führungskanal 210 geschaffen werden kann.

Die Figurenreihe 10A, lOB, lOC und lOD zeigt schließlich, dass es mög- lich ist, das Kugelbolzenelement auch in dickere Bleche einzuführen. Bei Blechen bis etwa 1,5 mm Dicke reicht es, das Blechteil 18 durchzustanzen oder wie in Fig. 10A bei 212 gezeigt vorzulochen.

Bei Blechdicken ab 1,5 mm ist es aber günstig, eine Blechvorbereitung durchzuführen, damit das Blechteil im Bereich des Loches 214 die Form gemäß Fig. 10B erhält. Eine solche Blechvorbereitung ist beispielsweise auch im Zusammenhang mit dem so genannten Klemmlochnietverfahren (europäisches Patent 539793) und im Zusammenhang mit den so ge- nannten EBF-Elementen in der PCT-Anmeldung PCT/EP96/04188 be- schrieben, weshalb es hier nicht wiederholt wird. Die Fig. 10C zeigt, dass der Innendurchmesser des Loches 214 bei der Vorlochung und Vorberei- tung des Blechteils zumindest im Wesentlichen dem Außendurchmesser d des unteren Stirnendes 14 des Kugelbolzenelements entspricht. Fig. 10D zeigt schließlich die Lage nach der Anbringung des Elements, das entspre- chend der PCT-Anmeldung PCT/EPOO/06465 ausgeführt wird.

Es bestünde auch die Möglichkeit, die Matrize gemäß Fig. 7 zur Anbrin- gung des Bolzenelements in das vorbereitete Blechteil zu verwenden, wobei hier kein Stanzbutzen entsteht, da das Blechteil vom Kugelbolzen- element nicht durchstanzt wird. Die Einbausituation zeigt sich ähnlich wie bei Fig. 10D, nur ist zwischen dem umgebördelten Stirnseite 24 des Nietbördels 36 und dem Blechteil ein Zwickel vorhanden, der durch die Nasen 142 der Formteile 116 der Matrize 104 erzeugt wird.

Patentansprüche