Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen ei- nes Hilfsfügeteils an einem blechartigen Werkstück, bei dem das Hilfsfügeteil mit einem Fuß von einer Seite in das Werkstück eingedrückt wird und dieses topfartig verformt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrich- tung zum Befestigen eines Hilfsfügeteils an einem blechartigen Werkstück mit einer Matrize, die eine Aus- nehmung aufweist, und einem Halter für das Hilfsfüge- teil, der in Ausrichtung zu der Ausnehmung angeordnet und in eine Druckrichtung relativ zur Matrize bewegbar ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein Werkstück mit einem Hilfsfügeteil, bei dem das Werkstück eine Ausformung aufweist, in die ein Fuß des Hilfsfügeteils hineinragt.

Mit dem Begriff"blechartigem Werkstück"soll im Zusam- menhang mit der vorliegenden Erfindung nicht nur ein Metall-Blech gemeint sein, sondern Werkstücke, die zu- mindest im Bereich des Hilfsfügeteils plattenartig mit einer relativ geringen Wandstärke ausgebildet sind, wo- bei sich das Material des Werkstücks in ausreichendem Maße verformen läßt. Neben Metallblechen lassen sich also auch Kunststoffplatten unter den Begriff des blechartigen Werkstücks fassen.

In manchen Fällen ist es erforderlich, ein Hilfsfüge- teil mit dem Werkstück zu verbinden, um mit Hilfe des Hilfsfügeteils dritte Elemente an dem Werkstück befe- stigen zu können. Hilfsfügeteile können beispielsweise Gewindebolzen sein, die ein Außengewinde aufweisen, auf das eine Gewindemutter aufgeschraubt werden kann.

Hilfsfügeteile können auch einen Innengewinde aufwei- sen, in das eine Schraube eingeschraubt werden kann.

Diese Aufzählung ist aber nicht abschließend. Hilfsfü- geteile werden in großen Stückzahlen in Kraftfahrzeugen und Hausgeräten zum Befestigen und Halten von Verklei- dungen und Leitungsbahnen benötigt. Oft reicht auch ei- ne Rillung oder eine Rauhigkeit auf ihrer Oberfläche zum Befestigen von anderen Teilen aus.

Derartige Hilfsfügeteile haben den Vorteil, daß sie mit dem Werkstück verbunden werden können, ohne daß eine Wärmezufuhr notwendig ist, wie es beispielsweise beim Schweißen oder Löten der Fall ist. Auch andere Hilfs- mittel, wie Klebstoffe, sind nicht erforderlich. Dem- entsprechend ist die Verbindung des Hilfsfügeteils mit dem Werkstück durch Umformen immer dann von Vorteil, wenn für das Werkstück und das Hilfsfügeteil unter- schiedliche Materialien verwendet werden, die sich an- sonsten nicht ohne weiteres verbinden lassen.

Im einfachsten Fall wird das Hilfsfügeteil in das Werk- stück hineingedrückt und verformt dieses so, daß es auf der dem Hilfsfügeteil gegenüberliegenden Seite eine topf-oder becherartige Ausformung aufweist. Das Hilfs- fügeteil wird dann klemmend im Werkstück gehalten. Eine derartige Verbindung weist zwar in den meisten Fällen eine ausreichende Scherfestigkeit auf. Die Kopfzugfe- stigkeit und die Sicherung gegen Verdrehen sind jedoch begrenzt.

DE 30 03 908 A1 zeigt einen Stehbolzen mit Stanz-und Nietverhalten. Dieser Stehbolzen erzeugt beim Einsetzen durch Stanzen eine Öffnung. Der dabei entstehende Put- zen wird in einer Ausnehmung auf der Unterseite des Stehbolzens festgehalten. Die Umfangswand dieser Aus- nehmung wird gegen Ende des Stanzvorgangs radial nach außen umgebogen und untergreift dann einen ebenfalls umgebogenen Rand des Werkstücks, der beim Ausstanzen entstanden ist.

DE 22 44 945 A1 zeigt ein Verfahren zum mechanischen Verbinden von buchsenartigen Teilen mit platineartigen Teilen, bei dem vor dem Einbringen des buchsenartigen Teiles das platinenartige Teil vorgelocht werden muß.

Das buchsenartige Teil hat hierbei verschiedene"Füße", die nach dem Einsetzen nach außen umgebogen werden.

DE 196 47 831 A1 zeigt ein Verfahren zur Anbringung ei- nes Funktionselementes, beispielsweise einen Stehbol- zen, an einem blechartigen Werkstück, bei dem der Fuß des Stehbolzens Vorsprünge und Ausnehmungen hat, durch die sich beim Einsetzen Hinterschneidungen des Werk- stücks mit dem Fuß des Bolzens bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise ein in mehrere Richtungen belastbares Hilfsfüge- teil an einem Werkstück zu befestigen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, daß der Fuß mit dem Werk- stück eine Hinterschneidung bildet und die Hinter- schneidung auf vorbestimmte Umfangsbereiche begrenzt ist.

Bei dieser Vorgehensweise preßt man das Hilfsfügeteil nicht nur in das Werkstück hinein, wobei das Werkstück verformt wird. Auch das Hilfsfügeteil wird an seinem Fuß verformt. Der Fuß wird damit bezogen auf die Um- fangsrichtung zumindest partiell radial nach außen ver- formt und bildet damit eine Hinterschneidung zum Werk- stück, das in diesen Bereichen ebenfalls radial nach außen verformt wird."Radial"bezieht sich hier auf die Hauptachse des Hilfsfügeteils, beispielsweise seine Ge- windeachse. Mit dieser Ausgestaltung erreicht man zum einen eine verbesserte Kopfzugfestigkeit. Das Hilfsfü- geteil wird stärker gegen ein Herausziehen aus dem Werkstück gesichert. Aufgrund der in Umfangsrichtung unterbrochenen Hinterschneidung ist aber auch dafür ge- sorgt, daß das Hilfsfügeteil im Werkstück gegen Verdre- hen gesichert ist. Damit wird das Aufschrauben von Mut- tern oder das Einschrauben von Schrauben in das Hilfs- fügeteil erleichtert. Derartige Schraubverbindungen können mit einem relativ hohen Drehmoment festgezogen werden. Schließlich hat diese Ausbildung den Vorteil, daß man eine Verbindung zwischen dem Hilfsfügeteil und dem Werkstück erhält, bei der insbesondere im Bereich der Hinterschneidungen das Hilfsfügeteil und das Werk- stück mit relativ hohem Druck aneinander anliegen. Die- ser Druck bleibt auch nach dem Fertigstellen der Ver-

bindung erhalten. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn über das Hilfsfügeteil ein elektrischer Strom auf das Werkstück übertragen werden soll, beispielsweise wenn das Hilfsfügeteil als Masseanschlußbolzen im Blech einer Kraftfahrzeugkarosserie verwendet werden soll.

Vorzugsweise läßt man Material aus Bereichen ohne Hin- terschneidung in Bereiche mit Hinterschneidung fließen.

Für die Herstellung der Hinterschneidungsbereiche steht nun mehr Material zur Verfügung. Man kann mit anderen Worten das Material, das üblicherweise am gesamten Um- fang der topfartigen Ausformung verfügbar ist, nun auf einige wenige Hinterschneidungsbereiche konzentrieren.

Damit ist es möglich, mit der gleichen Materialmenge Hinterschneidungen senkrecht zur Druckrichtung weiter oder tiefer werden zu lassen. Man hat herausgefunden, daß die Festigkeit der Verbindung in einem stärkeren Maße von der Tiefe der Hinterschneidungen als von der Länge in Umfangsrichtung abhängig ist. Wenn man also die Hinterschneidungen auf Bereiche in Umfangsrichtung beschränkt, diese Bereiche dann aber mit einer größeren Überdeckung im Hinterschneidungsbereich ausgestaltet, dann wird die Verbindung insgesamt fester, und zwar so- wohl im Hinblick auf die Kopfzugfestigkeit als auch im Hinblick auf die Verdrehsicherheit.

Vorzugsweise erzeugt man auf der dem Hilfsfügeteil ge- genüberliegenden Außenseite des Werkstücks Wandab- schnitte, die parallel zur Druckrichtung verlaufen.

Diese Ausgestaltung hat mehrere Vorteile. Zum einen ist das Entformen, d. h. das Herausnehmen des mit dem Hilfs- fügeteil versehenen Werkstücks aus der entsprechenden Vorrichtung, beispielsweise einer Matrize, relativ ein- fach. In den Bereichen, wo die Außenseite parallel zur Druckrichtung verläuft, muß man keine Umformarbeit mehr

leisten, um das Werkstück zu entnehmen. Es sind ledig- lich die Haftreibungskräfte zu überwinden. Zum anderen kann man gerade bei zumindest annähernd senkrechten Um- fangswänden dafür sorgen, daß optimale Fließwege für die beiden Werkstoffe von Werkstück undHilfsfügeteil in die Hinterschneidungsbereiche gegeben sind.

Vorteilhafterweise erzeugt man beim Drücken über das Werkstück eine Schließkraft auf mindestens ein Werk- zeugteil und beim Abziehen der aus Werkstück und Hilfs- fügeteil gebildeten Einheit eine Öffnungskraft auf das Werkzeugteil, das im Bereich einer Hinterschneidung an- geordnet ist. Das Verfahren wird damit quasi selbst steuernd. Im Bereich der Ausnehmung befindet sich ein Werkzeugteil, das so ausgebildet ist, daß dann, wenn der Werkstoff des Werkstückes dort hineingedrückt wird, eine Hinterschneidung entsteht. Da dieses Werkzeugteil vom Werkstück in seiner Schließposition gehalten wird, kann das Werkzeugteil sich nicht öffnen. Anders sieht es aus, wenn man das Werkstück aus dem Werkzeug heraus- zieht. In diesem Fall entfällt der Druck auf das Werk- zeugteil. Dieses kann sich dann öffnen und gibt das Werkstück frei. Zum Öffnen ist nur eine sehr kleine Kraft nötig. Beim Öffnen kann dementsprechend auch kei- ne Rückverformung bewirkt werden.

Vorzugsweise werden drei oder mehr hinterschnittene Um- fangsbereiche erzeugt. Damit läßt sich senkrecht zur Zugkraft eine allseitig abgestützte Verbindung errei- chen. Je mehr Hinterschneidungsbereiche vorhanden sind, desto besser ist die Sicherung gegen Verdrehen.

Vorzugsweise bringt man den Druck auf das Hilfsfügeteil an einer Hilfsschulter auf. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Hilfsfügeteil mit einem Gewinde versehen ist. Die Hilfsschulter ist dann so positio- niert, daß das Gewinde beim Aufbringen des Druckes nicht gestaucht oder auf andere Weise verformt wird.

Vorzugsweise ist die Hilfsschulter dem Werkstück be- nachbart angeordnet. Damit steht nur noch eine kleine Lange des Hilfsfügeteils zur Verfügung, in der das Hilfsfügeteil an sich verformt werden kann. In der üb- rigen Lange kann dann ein Bereich vorgesehen sein, der das Gewinde aufnimmt, das bei dieser Ausgestaltung eben nicht mehr verformt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß zwischen dem Werkstück und dem Hilfsfügeteil mindestens ein weiteres blechartiges Werkstück angeordnet wird, das ebenfalls topfartig mit in Umfangsrichtung begrenz- ten Hinterschneidungen verformt wird. Man kann das Hilfsfügeteil gleichzeitig verwenden, um eine Durch- setzfügeverbindung zu erzeugen. Das Hilfsfügeteil bil- det dann einen"verlorenen Stempel", sichert also zu- sätzlich noch die Durchsetzfügeverbindung gegen Lösen.

Für das weitere Werkstück gilt im Hinblick auf die Blechartigkeit das gleiche wie für das oben genannte erste Werkstück. Es muß sich allerdings nicht um das gleiche Material handeln. Beispielsweise kann man auf diese Weise ein Metallblech mit einem Kunststoffteil und dem Hilfsfügeteil verbinden. Die Verbindung der beiden blechartigen Bauteile weist zusätzlich eine au- ßerordentlich große Scherzug-und Kopfzugfestigkeit auf. Darüber hinaus ist die Verbindung der beiden Bau- teile dicht, weil keine Öffnungen oder Schnittfugen er- zeugt werden.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Umfangswand der Ausnehmung Wandabschnitte aufweist, die an Hebeln ange- ordnet sind, wobei die Hebel durch Druck in Druckrich- tung in eine Arbeitsposition bewegbar und dort festleg- bar sind und Hinterschneidungsbereiche bilden und durch eine Bewegung der Einheit aus Werkstück und Hilfsfüge- teil entgegen der Druckrichtung in eine Freigabepositi- on bewegbar sind, in der die Hinterschneidungsbereiche vollständig freigegeben sind.

Mit einer derartigen Fügevorrichtung erhält man zu- nächst einen relativ einfachen Aufbau der Matrize.

Durch die Verwendung von Hebeln oder Fingern, die durch den Preßvorgang selbst in ihre Arbeitsposition gebracht und dort gehalten werden, spart man sich Hilfsmittel, wie Federn oder sonstige Vorspannmitteln, die erforder- lich sind, um die Matrize in den geschlossenen Zustand zu versetzen, den man benötigt, um überhaupt eine Aus- formung beginnen zu können. In dem Augenblick, wo das Werkstück auf die Matrize und über das Hilfsfügeteil mit Druck beaufschlagt wird, bewegen sich die Hebel in ihre Arbeitsposition. Sie werden also radial nach innen bewegt, z. B. geschwenkt, und stellen dann Hinterschnei- dungsbereiche zur Verfügung. Aus dieser Arbeitsposition können sie sich nicht herausbewegen, und zwar auch nicht unter dem Druck des einfließenden Werkstoffs, weil sie durch das Werkstück selbst in der Arbeitsposi- tion festgehalten werden. Die durch die Hebel gebilde- ten Hinterschneidungen stellen nun einen Raum zur Ver- fügung, in den das Material des Werkstücks und des Fu- ßes des Hilfsfügeteils hineinfließen kann. Hierbei kann man davon ausgehen, daß nicht nur das Material des Werkstücks in den Hinterschneidungsbereich hinein-

fließt, sondern auch das Material des Fußes des Hilfs- fügeteils, so daß das Hilfsfügeteil mit dem Werkstück eine Hinterschneidung im Sinne einer formschlüssigen Verhakung bildet. Normalerweise würde nun bei einer derartigen Hinterschneidung, die auch auf der Matri- zenseite erkennbar ist, das Herausnehmen des Werkstücks aus der Matrize ein gewisses Problem bedeuten. Erfin- dungsgemäß tritt dieses Problem aber nicht auf, weil beim Abheben des Werkstücks der entsprechende Hebel nach außen bewegt, z. B. geschwenkt, wird, so daß er in die Freigabeposition gelangen kann, wo er das Werkstück vollständig frei gibt. Hierbei muß der Hebel aber keine Federkräfte überwinden, so daß das Entnehmen des Werk- stücks mit relativ geringem Aufwand erfolgen kann. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß beim Entnehmen des Werkstücks aus der Matrize die Hebel nicht unter Druck an der Unterseite des Werkstücks kratzen, so daß ent- sprechende Spuren weitgehend vermieden werden. Dies schont nicht nur das Werkstück, sondern auch die ent- sprechenden Anlageflächen der Hebel.

Vorzugsweise weisen die Hebel eine im wesentlichen ebe- ne Oberseite auf, die in der Arbeitsposition senkrecht zur Druckrichtung steht und in der gleichen Ebene wie die Oberseite der Matrize liegt. Damit wirkt die Druck- kraft so, daß die Hebel lediglich in Schließrichtung belastet werden. Die Hebel müssen keine seitlichen Kräfte aufnehmen. Da sich das Werkstück sozusagen einer durchgehenden und ebenen Fläche gegenübersieht, wenn man von der Ausnehmung absieht, entstehen außerhalb des eigentlichen Verbindungsbereichs keine Markierungen in der Oberfläche des Werkstücks. Druckspitzen auf die He- bel werden vermieden. Die Belastung erfolgt in der Ar- beitsposition relativ gleichmäßig, so daß die Hebel ge-

schont werden und dementsprechend eine relativ hohe Le- bensdauer aufweisen.

Vorzugsweise ist jeder Hebel als Winkelhebel ausgebil- det. Die Druckkraft, die zum Bewegen und zum Halten der Hebel in die Arbeitsstellung verwendet wird, kann dann auf eine größere Fläche wirken. Die Hebelübersetzungs- verhältnisse sind hier günstiger, so daß man auch mit einem relativ schwach dimensionierten Hebel die erfor- derlichen Kräfte aufnehmen kann.

Bevorzugterweise weist der Winkelhebel einen kurzen Arm, an dem der Wandabschnitt angeordnet ist und einen langen Arm auf, an der sich eine Schwenkachse oder ein Schwenkbereich befindet. Der Hebel ist also nach Art eines auf dem Kopf stehenden L ausgebildet, kann aller- dings auch noch weitere Vorsprünge oder Ausnehmungen aufweisen. An der Stirnseite des kurzen Schenkels be- findet sich der Wandabschnitt, der einen Teil der Sei- tenwand der Ausnehmung der Matrize und damit den Hin- terschneidungsbereich bildet. Die hier wirkenden Kräfte werden über einen relativ langen Hebelarm an die Schwenkachse oder den Schwenkbereich weitergeleitet.

Der Begriff"Schwenkbereich"drückt aus, daß die Schwenkachse am Hebel entlang wandern kann. Wenn man nun die Schließkräfte über einen ähnlich langen Hebel- arm wirken läßt, also auf die Außenseite des kurzen Schenkels des"L", dann ergibt sich mit relativ kleinem Aufwand ein gutes Kräftegleichgewicht.

In einer alternativen Ausgestaltung weist der Hebel ei- ne Außenseite auf, die mit der Druckrichtung einen spitzen Winkel einschließt und an einer entsprechend geneigten Gegenfläche geführt ist, die entgegen der Druckrichtung nach außen verläuft. Diese Gegenfläche

ist in dem Gehäuse angeordnet, in dem die Matrize ange- ordnet ist. Wenn nun die Druckkraft über das Werkstück auf den Hebel wirkt, dann wird der Hebel auf der ge- neigten Fläche in Druckrichtung verschoben und wandert dementsprechend radial einwärts, so daß er einen Hin- terschneidungsbereich bildet. Der Hebel kann, auch wenn der Werkstoff des Werkstücks radial nach außen ver- drängt wird, nicht nach oben oder radial nach außen ausweichen, weil er radial nach außen von der Gegenflä- che festgehalten wird und eine Bewegung nach oben durch das aufliegende Werkstück verhindert wird. Je nachdem, wie stark die Gegenfläche und die Außenseite des Hebels geneigt sind, lassen sich hier sehr hohe Anpreßkräfte erzielen, so daß auch zum Umformen des Werkstücks ent- sprechend hohe Kräfte aufgebracht werden können.

Vorzugsweise sind mindestens drei Hebel in Umfangsrich- tung der Ausnehmung verteilt angeordnet. Bei einer gleichförmigen Anordnung hat man bei dieser Ausgestal- tung eine in alle Richtungen gleichmäßig belastbare Verbindung des Hilfsfügeteils mit dem Werkstück zu er- warten.

Bevorzugterweise sind zwischen den beweglichen Wandab- schnitten stationäre Wandabschnitte vorgesehen, die im wesentlichen parallel zur Druckrichtung verlaufen. Da- mit ergeben sich entlang der Wand der Ausnehmung der Matrize nur einzelne Abschnitte, in denen eine Hinter- schneidung vorliegt. In den übrigen Wandabschnitten er- gibt sich eine zylinderförmige Ausformung des Werk- stücks auf der dem Hilfsfügeteil gegenüberliegenden Seite. Dies ergibt eine Verdrehsicherung mit einer re- lativ hohen Festigkeit. Das Entformen, d. h. das Heraus- nehmen des Werkstücks aus der Matrize, wird verein- facht. Man kann das Werkstück in den Bereichen, wo die

Wandabschnitte parallel zur Druckrichtung verlaufen, einfach umgekehrt zur Druckrichtung aus der Matrize herausziehen. Lediglich in den übrigen Bereichen ist es erforderlich, die Hebel nach außen zu klappen. Ein wei- terer Vorteil liegt darin, wie im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert, daß für die Ausbildung der Hinter- schneidungen mehr Material zur Verfügung steht. Damit ist es möglich, die Hinterschneidungsüberdeckung nach außen, d. h. senkrecht zur Druckrichtung, größer werden zu lassen. Diese Möglichkeit ergibt sich daraus, daß man aus den Bereichen mit stationären Wandabschnitten Material in die Hinterschneidungsbereiche hineinver- drängen kann.

Vorzugsweise weist die Matrize für jeden Hebel eine Herausfallsicherung auf. Diese Herausfallsicherung hat zwei Vorteile. Zum einen muß man beim Herausnehmen ei- nes Werkstücks aus der Matrize nicht mehr darauf ach- ten, daß die Hebel in der Matrize zurückbleiben. Diese werden vielmehr durch die Herausfallsicherung festge- halten. Zum anderen kann man nun die Matrize auch"über Kopf"verwenden, d. h. das Hilfsfügeteil in Schwerkraf- trichtung gesehen von unten an das Werkstück zur Anlage bringen. Damit erreicht man eine höhere Flexibilität in Bezug auf die Montagelage beim Betrieb der Vorrichtung.

Vorteilhafterweise weist der Stempel eine Ausnehmung auf, in die ein Schaft des Hilfsfügeteils hineinragt und die von einer Druckfläche umgeben ist, wobei das Hilfsfügeteil eine Hilfsschulter aufweist, die an der Druckfläche anliegt. Damit kann man erreichen, daß das Hilfsfügeteil zwar durch den Stempel geführt wird. Die Belastung läßt sich aber auf Bereiche des Hilfsfüge- teils beschränken, die außerhalb der Führung und damit des Stempels liegen. Insbesondere bei Verwendung von

Gewinden auf dem Hilfsfügeteil wird damit eine unzuläs- sige Verformung des Hilfsfügeteils vermieden.

Die Aufgabe wird durch ein Werkstück mit Hilfsfügeteil gelöst, daß der Fuß mit dem Werkstück eine Hinter- schneidung bildet und die Hinterschneidung in Umfangs- richtung auf vorbestimmte Umfangsbereiche begrenzt ist.

Damit kann man bewirken, daß eine relativ hohe Verdreh- sicherheit erreicht wird. Zusätzlich kann die Hinter- schneidungstiefe, d. h. die Tiefe der formschlüssigen Verhakung, relativ groß gemacht werden. Das hierfür be- nötigte Material kann aus den Bereichen stammen, in de- nen keine Hinterschneidung vorliegt. Durch die Formge- bung an den Wirkflächen der die Hinterschneidung bil- denden Hebel können die Fließeigenschaften auch die Kombination aus Hilfsfügeteil und Werkstück optimiert werden. Die Größe und der Ort der formschlüssigen Ver- hakung können durch die Wahl der vorbestimmten Umfangs- bereiche und der Hinterschneidungstiefe optimiert und definiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen : Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Verbinden eines Hilfsfügeteils mit einem blechartigen Werkstück, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Matrize der Vorrich- tung nach Fig. 1, Fig. 3 ein Hilfsfügeteil,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Hilfsfüge- teils, Fig. 5 ein Werkstück mit darin befestigten Hilfsfü- geteilen, Fig. 6 eine schematische Darstellung der Verbindung zweier blechartiger Bauteile mit Hilfe von Hilfsfügeteilen und Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 mit ei- nem anderen Hilfsfügeteil.

Fig. 8 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Vorrich- tung, Fig. 9 eine Ansicht entsprechend Fig. 2 und Fig. 10 verschiedene Stadien beim Arbeiten mit der Vorrichtung nach Fig. 8.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Verbinden eines Hilfsfügeteils 2 mit einem blechartigen Werkstück 3.

Das blechartige Werkstück 3 kann aus Metallblech gebil- det sein. Es kann sich aber auch um ein zumindest ab- schnittsweise plattenartiges Werkstück aus einem Kunst- stoffmaterial handeln, das ähnlich wie Metallbleche verformbar ist.

Beispiele für Hilfsfügeteile sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wobei das Hilfsfügeteil der Fig. 3 dem der Fig. 1 entspricht.

Das Hilfsfügeteil, das in Fig. 3 dargestellt ist, um- faßt einen Schaft 4 mit einem Außengewinde 5, bildet also einen Gewindebolzen. Der Schaft 4 ist mit einem Fuß 6 verbunden, der einen etwas größeren Durchmesser als der Schaft 4 aufweist. Die Durchmesserdifferenz bildet eine Hilfsschulter 7. Der Fuß 6 hat einen im we- sentlichen zylindrischen Außenumfang. An seiner Boden- seite weist er eine Ausnehmung 8 auf, die, wie später im Zusammenhang mit der Verfahrensweise erläutert wer- den wird, eine Umformung erleichtert.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Hilfsfügeteils 2', bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Schaft 4'weist in diesem Fall ein Innengewinde 5'auf, so daß das Hilfs- fügeteil 2'ein Mutternelement bildet, in das eine Schraube eingesetzt werden kann, um die Schraube mit dem Werkstück 3 zu verbinden.

Anstelle der beiden dargestellten Hilfsfügeteile 2,2' können natürlich auch andere Hilfsfügeteile verwendet werden, solange diese ein Befestigungsprofil, z. B. eine oder mehrere Rillen, aufweisen und/oder aus dem Werk- stück 3 so herausragen, daß sie noch eine Befestigungs- fläche zur Verfügung stellen.

Die Vorrichtung 1, mit der das Hilfsfügeteil 2 mit dem Werkstück 3 verbunden wird, weist einen Stempel 9 auf, der eine Bohrung 10 enthält, in die das Hilfsfügeteil 2 eingesteckt werden kann. Hierbei ist der Durchmesser der Bohrung 10 an den Außendurchmesser des Schaftes 4 angepaßt, so daß das Hilfsfügeteil 2 mit geringem Spiel im Stempel 9 aufgenommen ist. Um die Bohrung 10 herum ist eine Druckfläche 11 angeordnet, mit der der Stempel 9 auf die Hilfsschulter 7 des Hilfsfügeteils 2 drückt.

Die Druckfläche 11 ist in einer Vertiefung 12 angeord- net, die von einem umlaufenden Rand 13 umgeben ist. Der Stempel 9 ist in Richtung eines Doppelpfeils 14 beweg- bar. Für die nachfolgende Erläuterung wird die Orien- tierung der Fig. 1 verwendet, d. h. der Stempel 9 ist nach oben und nach unten bewegbar. Die Druckrichtung ist nach unten gerichtet.

Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Matrize 15 auf, die in einem Matrizenhalter 16 angeordnet ist. Das Werk- stück 3 kann mit Hilfe von Niederhaltern 17, die unter der Wirkung von Federn 18 stehen, auf die Matrize 15 gedrückt werden.

Die Matrize 15 weist eine Ausnehmung 19 auf, die von ihrer Grundform her zylindrisch ausgebildet ist. Die Ausnehmung 19 ist also umgeben von Wandabschnitten 20, die parallel zur Druckrichtung 14 verlaufen und die Form einer Zylindermantelfläche haben. Am Boden der Ausnehmung 19 ist ein stufenförmiger Vorsprung 21 vor- gesehen, der, wie weiter unten erläutert werden wird, das Fließen des Materials beim Verbinden von Hilfsfüge- teil 2 und Werkstück 3 erleichtert.

Die zylinderförmige Umfangswand 20 ist unterbrochen von Hebeln 22. Ein derartiger Hebel 22 ist in Fig. 1 in Ar- beitsstellung dargestellt. In dieser Stellung schließt seine Oberseite 33 bündig mit der Oberseite der Matrize 15 ab.

Der Hebel 22 hat die Form eines auf den Kopf gestellten L mit einem kurzen Schenkel 23 und einem langen Schen- kel 24. In der Arbeitsposition liegt er mit beiden Schenkeln an der Matrize 15 an, ist also vollständig abgestützt.

Der kurze Schenkel 23 bildet mit seiner Stirnseite 25 einen Teil der Umfangswand der Ausnehmung 19. In der Arbeitsposition ist diese Stirnseite 25 geneigt, öffnet sich also nach unten hin etwas, so daß das Material des Werkstücks 3 in einen Freiraum 26 hineinfließen kann, der durch die geneigte Stirnseite 25 des Hebels 22 ge- bildet wird.

In Umfangsrichtung sind vier Hebel 22 vorgesehen, die die zylindrische Umfangswand 20 der Ausnehmung 19 un- terbrechen. Dementsprechend werden beim Eindrücken des Hilfsfügeteils 2 in das Werkstück 3 insgesamt vier Hin- terschneidungsbereiche erzeugt.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Hebel 22 in der Matrize 15 beweglich gelagert. Er weist an seiner "Rückseite", d. h. der Seite, die der Ausnehmung 19 ab- gewandt ist, eine Schulter 27 auf, so daß er in der Ma- trize 15 angehoben werden kann, bis die Schulter 27 an einem Vorsprung 28 der Matrize zur Anlage kommt. Der Vorsprung 28 bildet mit der Schulter 27 also eine Her- ausfallsicherung. Der Vorsprung 28 dient auch als Dreh- oder Kippunkt für den Hebel 22 wobei der Hebel 22 beim Kippen nach außen auch an dem Vorsprung 28 entlang gleiten kann.

Beim Anheben des Hebels 22 kann der Hebel 22 aufklap- pen, d. h. die Stirnseite 25 kann sich nach oben und gleichzeitig nach außen bewegen, so daß der kurze Schenkel 23 des Hebels 22 die Ausnehmung 19 vollständig frei gibt, so daß das Werkstück 3 aus der Matrize 15 entfernt werden kann.

Zur Befestigung des Hilfsfügeteils 2 im Werkstück 3 wird das Hilfsfügeteil 2 in die Ausnehmung 10 des Stem- pels 9 eingesetzt. Das Werkstück 3 wird mit Hilfe der Niederhalter 17 auf der Matrize 15 festgehalten. Diese Ausgangsposition ist in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellt.

Sodann wird der Stempel 9 auf die Matrize 15 abgesenkt.

Der Stempel 9 drückt das Hilfsfügeteil an seiner Hilfs- schulter 7 nach unten. Hierbei wird das Werkstück 3 verformt. In den Abschnitten der Ausnehmung 19, die von der Zylinderwand 20 begrenzt sind, wird eine becher- oder topfartige Ausformung erzeugt. Aufgrund der ge- neigten Stirnseite 25 des Hebels 22 fließt aber ein Teil des Materials auch in den Freiraum 26 und bildet damit, wie in Fig. 5 zu erkennen ist, Hinterschneidun- gen 29.

Bei diesem Umformvorgang wird auch der Fuß 6 des Hilfs- fügeteils 2 verformt. Im Bereich der Hinterschneidungen 29 bildet der Fuß 6 Hinterschneidungen 30 mit dem Werk- stück 3. Diese Verformung wird unterstützt durch den Vorsprung 21, der das Material des Werkstücks 3 in die Ausformung 8 des Fußes 6 des Hilfsfügeteils 2 eindrückt und beim Fortsetzen des Verbindungsvorganges dafür sorgt, daß das Material des Fußes 6 die Hinterschnei- dungen 30 bildet.

Da der Stempel 9 nur auf die Hilfsschulter 7 des Hilfs- fügeteils 2 wirkt, wird das Gewinde 5 nicht verformt.

Die Druckbewegung hört auf, wenn die umlaufende Wand 13 des Stempels 9 auf dem Werkstück 3 zur Anlage kommt.

Dadurch, daß die Hinterschneidungen 29,30 in Umfangs- richtung nicht durchgehen, sondern unterbrochen sind, ist es möglich, Material aus den zylindrischen Ab- schnitten in die Hinterschneidungen 29,30 fließen zu lassen, so daß hier die Hinterschneidungstiefe erhöht werden kann.

Aus Fig. 5 ist zu erkennen, daß das als Mutter ausge- bildete Hilfsfügeteil 2' (Fig. 4) in ähnlicher Weise in das Werkstück 3 eingesetzt werden kann, wie das als Bolzen ausgebildete Hilfsfügeteil 2. In beiden Fällen ergibt sich die entsprechende Hinterschneidung 30,30' am Fuß 6,6', die mit entsprechenden Hinterschneidungen 29,29'am Werkstück 3 zusammenwirkt. Damit ergibt sich nicht nur eine hohe Kopfzug-und Scherfestigkeit bei der Verbindung des Hilfsfügeteils 2,2'im Werkstück 3, sondern aufgrund der Tatsache, daß die Hinterschneidun- gen in Umfangsrichtung begrenzt sind, ergibt sich auch ein relativ großer Widerstand gegen ein Verdrehen.

Die dargestellten Hilfsfügeteile 2,2'können auch ohne Gewinde ausgebildet werden. Bei einem Bolzen reichen gegebenenfalls auch Rillungen aus oder andere Maßnah- men, mit denen die Oberfläche griffiger gemacht werden kann. Bei derartigen Hilfsfügeteilen reicht es in vie- len Fällen aus, ein klemmendes Element aufzusetzen, um ein zu befestigendes Teil am Hilfsfügeteil 2 festzule- gen. Ähnliches gilt für die in Fig. 4 und 5 rechts dar- gestellten Hilfsfügeteile 2', bei denen nicht unbedingt ein Innengewinde 5'erforderlich ist.

In der rechten Hälfte der Fig. 5 ist erkennbar, daß das Verbinden des als Mutter ausgebildeten Hilfsfügeteils 2'einen zusätzlichen Vorteil bildet. Es ergibt sich nämlich eine dichte Verbindung zwischen der Mutter und

dem Werkstück 3, so daß keine zusätzlichen Maßnahmen für eine Abdichtung erforderlich sind.

Fig. 6 zeigt eine der Darstellungen der Fig. 5 entspre- chende Verbindung von Hilfsfügeteilen 2,2'mit nicht nur einem Werkstück 3, sondern zwei Werkstücken 3a, 3b.

Diese Werkstücke werden durch eine Durchsetzfügeverbin- dung gehalten, wobei das Hilfsfügeteil 2,2'als verlo- rener Stempel in den Werkstücken 3a, 3b verbleibt. Die Werkstücke 3a, 3b sind mit einer relativ hohen Kopfzug- und Scherfestigkeit miteinander verbunden. Das Hilfsfü- geteil 2,2'ist zuverlässig festgehalten.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung entsprechend der Darstel- lung nach Fig. 1. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Geändert hat sich lediglich der Stempel 9', um das Hilfsfügeteil 2'aufzunehmen. Aus Fig. 7 ist auch erkennbar, daß man bei dem Hilfsfüge- teil 2'auf eine Hilfsschulter 7'drücken kann, die nicht unterhalb des Gewindes, sondern radial neben dem Gewinde angeordnet ist. Aufgrund der relativ großen Ma- terialdicke wird durch den Druck das Gewinde aber nicht verformt, sondern behält seine Gewindeleerenhaltigkeit.

Fig. 8 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausfüh- rungsform einer Vorrichtung zum Verbinden des Hilfsfü- geteils 2 mit dem blechartigen Werkstück 3. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, während entsprechende Elemente mit gestrichenen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Gegenüber der Ausbildung nach Fig. 1 hat sich im Grunde genommen nur die Form der Hebel 22'und in der Matrize 15'geändert. Der Hebel 22'weist nach wie vor einen kurzen Schenkel 23 mit Oberseite 33 und Stirnseite 25

auf, wobei die Stirnseite 25 die beweglichen Hinter- schneidungsbereiche bildet. Der kurze Schenkel 23 ist auch mit einem langen Schenkel 24 verbunden. Dieser Schenkel 24 weist jedoch eine Außenseite 27'auf, die man mit der Schulter 27 beim Hebel nach Fig. 1 verglei- chen kann, die im Schnitt nach Fig. 8 eine Gerade bil- det. Im Querschnitt kann sie natürlich auch, wie in Fig. 9 zu erkennen ist, halbkreisförmig abgerundet sein. Diese Außenseite 27'verläuft nicht parallel zur Druckrichtung 14, sondern ist zu ihr geneigt, schließt mit der Druckrichtung 14 also einen spitzen Winkel ein, wobei die entsprechende Wand 34 der Matrize so gerich- tet ist, daß sich die entsprechende Ausnehmung, die von der Wand 34 begrenzt ist, radial nach oben, d. h. zum Stempel 9 hin, öffnet. Dementsprechend wird der Hebel 22'radial nach außen bewegt, wenn er angehoben wird.

Diese Bewegung wird begrenzt durch einen Ring 35, der unterhalb des Vorsprungs angeordnet ist und an den ein Hebelvorsprung 36 am unteren Ende des Hebels 22'zur Anlage kommt, wenn der Hebel 22'weit genug nach oben herausgezogen worden ist. Dies soll anhand von Fig. 10 erläutert werden. Fig. 10A stellt die Situation dar, die sich ergibt, wenn das Hilfsfügeteil 2 in das Werk- stück 3 hineingepreßt worden ist und sich entsprechende Hinterschneidungsbereiche 29 gebildet haben. Das Werk- stück 3 drückt hierbei auf die Oberseite 33 des Hebels 22', so daß der Hebel 22'in der Matrize 15'festgehal- ten wird und nicht radial ausweichen kann.

Nach Beendigung des Fügevorganges wird das Werkstück 3 angehoben. Da der Hinterschneidungsbereich 29 im Grunde nicht durch die Öffnung paßt, die die Hebel 22'an ihre Oberseite zwischen sich freilassen, werden die Hebel 22'mit angehoben und in Druckrichtung (im dargestell- ten Ausführungsbeispiel in Vertikalrichtung) aus der

Matrize 15'herausgezogen. Hierbei wandern sie radial nach außen, wie dies in Fig. 10b zu erkennen ist.

Am Ende dieser Bewegung kommt der Hebelvorsprung 36 zur Anlage an den Ring 35. Diese beiden Teile bilden also zusammen eine Herausfallsicherung. Der Ring 35 ist so positioniert, daß am Ende der Bewegung die Öffnung zwi- schen zwei gegenüberstehenden Hebeln 22'genau so groß ist, daß die Hinterschneidungsbereiche 29 herausgezogen werden können. Dies ist in Fig. 10c zu erkennen.

Fig. 10d zeigt den Zustand, nachdem das Werkstück 3 vollständig herausgezogen worden ist. In diesem Augen- blick können die Hebel 22'wieder zurück in die Matrize 15'fallen, so daß die Ausnehmung 19 mit den durch die Hebel 22'gebildeten beweglichen Seitenwänden wieder für einen neuen Fügevorgang zur Verfügung steht.