DE102013104681A1

DE102013104681A1 - Blindmutter

Info

Publication number: DE102013104681A1
Application number: DE102013104681A
Authority: DE
Inventors: Takanori Makino; Kanji Sakoda
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2013-11-14
Also published as: CN103388611A; JP5972036B2; TWI585309B; JP2013234698A; CN103388611B; US8936422B2; TW201405018A; US20140169907A1; KR20130125305A

Abstract

Es wird eine Blindmutter (20), die in Bauteile (41) wie Bleche mit einem breiten Spektrum an Materialstärken eingebracht werden kann, beschreiben. Die Blindmutter (20) weist einen Innengewindeabschnitt (21), einen sich an den Gewindeabschnitt anschließenden hohlen rohrförmigen Abschnitt und einen offenen Flansch (24) auf, der in dem rohrförmigen Abschnitt an dem dem Innengewinde (25) entgegengesetzten Ende ausgebildet ist. Der Innengewindeabschnitt (21) und der rohrförmige Abschnitt werden in eine Aufnahmebohrung (43) eines Bauteils (41) eingeführt, und ein Teil des rohrförmigen Abschnitts wird zur Erweiterung des Durchmessers plastisch verformt, wodurch das Bauteil (41) zwischen dem verformten Abschnitt erweiterten Durchmessers und dem Flansch (24) festgeklemmt und die Blindmutter (20) in dem Bauteil befestigt wird. Der rohrförmige Abschnitt weist angrenzend an den Innengewindeabschnitt (21) einen kegelförmigen Abschnitt (22) und angrenzend an den Flansch einen zylindrischen geraden Abschnitt (23) auf. Der kegelförmige Abschnitt (22) und der gerade Abschnitt (23) werden zur Erweiterung ihrer Durchmesser plastisch verformt und befestigen die Blindmutter (20) an dem Bauteil (41).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Blindmutter. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Blindmutter, die in Bauteile wie Bleche mit einem breiten Spektrum an Materialstärken eingebracht werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Blindmutter weist einen Innengewindeabschnitt, einen sich an den Innengewindeabschnitt anschließenden rohrförmigen Abschnitt und einen Flansch am Ende des rohrförmigen Abschnitts auf. Eine Blindmutter wird in ein Loch in einem Bauteil eingeführt, und mit Hilfe eines Befestigungswerkzeugs wird der rohrförmige Abschnitt gestaucht, wobei der Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts aufgeweitet wird, das Bauteil zwischen dem gestauchten rohrförmigen Abschnitt und dem Flansch liegt und die Blindmutter an dem Bauteil befestigt wird. Das Außengewinde eines Bolzens kann dann in den Innengewindeabschnitt der Blindmutter eingeschraubt werden, um ein weiteres Bauteil zu befestigen. Da eine Blindmutter von einer Seite eines Bauteils eingesetzt werden kann, kann sie an einem Bauteil wie einem Blech befestigt werden, dessen entgegengesetzte Seite schwer zugänglich ist.
1 zeigt eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht einer Blindmutter 10 nach dem Stand der Technik. Die Blindmutter 10 ist zylindrisch und über ihre gesamte Länge entlang einer Mittelachse rotationssymmetrisch aufgebaut. An einem Ende weist sie einen Innengewindeabschnitt 11 auf. Der Innengewindeabschnitt 11 ist zylindrisch und auf seiner Innenseite mit einem Innengewinde 15 ausgebildet. Das Außengewinde eines Befestigungswerkzeugs kann auf das Innengewinde 15 aufgeschraubt werden. Der sich an den Innengewindeabschnitt 11 anschließende rohrförmige Abschnitt 13 ist zylindrisch und dünner als der Innengewindeabschnitt 11. Dieser Abschnitt wird gestaucht, wenn die Blindmutter an einem Bauteil 41 befestigt wird. Die Blindmutter 10 weist an ihrem dem Innengewindeabschnitt 11 entgegengesetzten Ende einen Flansch 14 auf. Der Außendurchmesser des Flansches 14 ist größer als der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 43 in dem Bauteil 41, so dass beim Einführen der Blindmutter 10 in die Aufnahmebohrung 43 in dem Bauteil 41 die Unterseite des Flansches 14 mit der Oberseite des Bauteils 41 in Berührkontakt gelangt und dort anschlägt. Eine Durchgangsbohrung 16 erstreckt sich von der Stirnseite des Flansches 14 zu dem Innengewindeabschnitt 11. Der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 16 ist von der Stirnseite des Flansches 14 bis zu dem rohrförmigen Abschnitt 13 konstant, und der Innendurchmesser in dem Innengewindeabschnitt 11 wird kleiner.
2 zeigt eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht der Blindmutter 10 nach ihrer Befestigung in der Aufnahmebohrung 43 eines Bauteils 41. Wenn die Blindmutter 10 unter Einsatz eines Befestigungswerkzeugs befestigt wird, wird der dünne rohrförmige Abschnitt 13 zu einem Abschnitt 17 erweiterten Durchmessers gestaucht, das Bauteil 41 liegt zwischen dem Abschnitt 17 erweiterten Durchmessers und dem Flansch 14, und die Blindmutter 10 ist in dem Bauteil 41 befestigt.
Die Länge des rohrförmigen Abschnitts 13 wird häufig variiert, damit lediglich eine Bauart von Blindmutter in Bauteile mit einem breiten Spektrum an Materialstärken eingesetzt werden kann. Wenn der rohrförmige Abschnitt 13 im Vergleich zur Dicke des Bauteils 41 zu lang ist und die Blindmutter 10 eingesetzt wird, wird der dünne rohrförmige Abschnitt 13 nicht gleichmäßig gestaucht, um einen Abschnitt 17 erweiterten Durchmessers bei gleichem Durchmesser um den gesamten Umfang zu bilden. Ein Teil des Abschnitts 17 erweiterten Durchmessers beult sich nach innen, der Abschnitt 17 erweiterten Durchmessers gelangt nicht mit dem Bauteil in Berührkontakt, und es bildet sich aller Wahrscheinlichkeit nach eine von der Oberfläche des Bauteils abstehende abnormale Verformung.
Um eine Blindmutter in Bauteilen unterschiedlicher Dicken zu befestigen, ohne dass abnormale Verformungen entstehen, müssen viele unterschiedliche Bauarten von Blindmuttern mit rohrförmigen Abschnitten variabler Längen bereitgestellt werden. Daher ist es erstrebenswert, lediglich eine Bauart von Blindmutter bereitzustellen, die leicht in Bauteile mit einem breiten Spektrum an Materialstärken, wie Bleche, befestigt werden kann.
Eine Blindmutter ist in JP 59-146607 U offenbart, die einen Innengewindeabschnitt, einen hohlen rohrförmigen Abschnitt und einen Flansch aufweist. Diese dicke, einen großen Außendurchmesser aufweisende Blindmutter wird in ein Loch in einem Blech eingeführt, und der rohrförmige Abschnitt wird gestaucht, um die Blindmutter mit Hilfe des gestauchten rohrförmigen Abschnitts und des Flansches in dem Blech zu befestigen. Der Außendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts wird in Richtung auf den Innengewindeabschnitt allmählich kleiner. Die Blindmutter nach JP 59-146607 U verursacht keine Probleme, da die Stelle in dem rohrförmigen Abschnitt, an welcher der Stauchvorgang beginnt, vorgegeben ist. Die Position, an der sich die Blindmutter zu verformen beginnt, ist die Position, die der Oberfläche des Bauteils entspricht, oder eine Position in dem rohrförmigen Abschnitt angrenzend an den Innengewindeabschnitt. Die Blindmutter nach JP 59-146607 U kann jedoch nicht an Bauteilen mit einem breiten Spektrum an Materialstärken befestigt werden.
In EP 0 945 631 B1 ist eine Blindmutter offenbart, die einen Innengewindeabschnitt, einen hohlen rohrförmigen Abschnitt und einen Flansch aufweist. Diese Blindmutter wird in ein Loch in einem Blechteil eingeführt, und der rohrförmige Abschnitt wird gestaucht, um die Blindmutter in dem Blechteil mit Hilfe des gestauchten rohrförmigen Abschnitts und des Flansches zu befestigen. Bei dieser Blindmutter weist der rohrförmige Abschnitt einen zylindrischen Teil auf, der dünner als der Innengewindeabschnitt ist, und einen Teil verkleinerten Durchmessers, der zwischen dem zylindrischen Teil und dem Innengewindeabschnitt gebildet ist. Wird diese Blindmutter befestigt, setzt die Biegung des rohrförmigen Abschnitts an dem Teil verkleinerten Durchmessers ein. Der Teil verkleinerten Durchmessers ist jedoch von so geringer Länge, dass die Blindmutter nach EP 0 945 631 B1 nicht in Bauteilen mit einem breiten Spektrum an Materialstärken befestigt werden kann.
Daher ist lediglich eine Bauart von Blindmutter angestrebt, die leicht in Bauteile wie Bleche mit einem breiten Spektrum an Materialstärken eingebaut werden kann. Ebenso wünschenswert ist es, eine Blindmutter mit einem rohrförmigen Abschnitt zu schaffen, dessen Durchmesser ausreichend erweiterbar ist, um ihren zuverlässigen Einbau in einem Bauteil zu gewährleisten.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit einer einzigen Bauart von Blindmutter zu erreichen, dass sie leicht in Bauteile wie Bleche mit einer großen Bandbreite an Materialstärken befestigt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Blindmutter mit einem rohrförmigen Abschnitt zu schaffen, dessen Durchmesser hinreichend erweitert werden kann, so dass ihre zuverlässige Befestigung in einem Bauteil gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgaben weist die vorliegende Erfindung einen rohrförmigen Abschnitt erweiterten Durchmessers auf, wobei dieser rohrförmige Abschnitt mit einem zylindrischen geraden Abschnitt und einem zwischen dem geraden Abschnitt und dem Innengewindeabschnitt angeordneten kegelförmigen Abschnitt ausgebildet ist. Dabei ist der Durchmesser an der Übergangsstelle zwischen dem geraden Abschnitt und dem kegelförmigen Abschnitt erweitert. Wird diese Blindmutter befestigt, kommt es seltener zu Problemen beim Stauchen, unabhängig davon, ob sie in ein dünnes oder ein dickes Blechteil eingebaut wird.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft eine Blindmutter, die einen Innengewindeabschnitt mit einem auf der Innenseite ausgebildeten Innengewinde aufweist, einen sich an den Gewindeabschnitt anschließenden hohlen rohrförmigen Abschnitt und einen offenen Flansch, der in dem rohrförmigen Abschnitt an dem dem Innengewinde entgegengesetzten Ende ausgebildet ist. Der Innengewindeabschnitt und der rohrförmige Abschnitt werden in eine Aufnahmebohrung eines Bauteils eingeführt, und ein Teil des rohrförmigen Abschnitts wird zur Erweiterung des Durchmessers plastisch verformt. Dadurch wird das Bauteil zwischen dem verformten Abschnitt erweiterten Durchmessers und dem Flansch festgeklemmt und die Blindmutter in dem Bauteil befestigt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist die Blindmutter durch einen rohrförmigen Abschnitt gekennzeichnet, der angrenzend an den Flansch einen zylindrischen geraden Abschnitt aufweist, und durch einen kegelförmigen Abschnitt, der von dem geraden Abschnitt in Richtung auf den Innengewindeabschnitt allmählich enger wird.
Da der Durchmesser an der Übergangsstelle zwischen dem geraden Abschnitt und dem kegelförmigen Abschnitt erweitert ist, ist die Stelle konstant, an der die Durchmessererweiterung beginnt, und die Blindmutter wird zuverlässig in dem Bauteil befestigt, ohne dass es zu Stauchproblemen kommt. Da die Übergangsstelle plastisch verformt wird, damit der Außendurchmesser des Abschnitts erweiterten Durchmessers ausreichend vergrößert wird, ist die Lösefestigkeit hoch und die Blindmutter zuverlässig gesichert.
Vorzugsweise sind der gerade Abschnitt und der kegelförmige Abschnitt von gleicher Dicke. Auf diese Weise kann der Durchmesser an der Übergangsstelle zwischen dem geraden Abschnitt und dem kegelförmigen Abschnitt im gleichen Ausmaß in senkrechter Richtung erweitert werden.
Der Winkel zwischen dem kegelförmigen Abschnitt und dem geraden Abschnitt liegt zwischen 1 und 20°. Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen 2 und 15°. Insbesondere bevorzugt liegt der Winkel zwischen 3 und 8°. Ein kleinerer Kegelwinkel gewährleistet einen kegelförmigen Abschnitt ausreichender Länge.
Vorzugsweise liegt die Blindmutter im Bereich von 0,09x₁ + 0,15 < y₁ < 0,35x₁ + 1,5, wobei der Außendurchmesser des geraden Abschnitts x₁ (mm) und die Länge des aus dem Bauteil herausragenden Teils des geraden Abschnitts y₁ (mm) ist. Wenn sich die Länge des geraden Abschnitts in diesem Bereich befindet, kommt es zu keiner Ausbeulung.
Vorzugsweise liegt die Blindmutter im Bereich von 0,22x₂ + 0,4 < y₂ < 0,45x₂ + 1,4, wobei die Länge geraden Abschnitts x₂ (mm) und die Länge des kegelförmigen Abschnitts y₂ (mm) ist. Wenn sich die Länge des kegelförmigen Abschnitts in diesem Bereich befindet, kommt es zu keiner Ausbeulung.
Mit der Erfindung ist allein eine Bauart von Blindmutter geschaffen, die leicht in Bauteile wie Bleche mit einem breiten Spektrum an Materialstärken befestigt werden kann. Mit der Erfindung kann auch eine Blindmutter mit einem rohrförmigen Abschnitt geschaffen werden, dessen Durchmesser ausreichend erweitert werden kann, damit eine zuverlässige Befestigung in einem Bauteil gewährleistet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigen:
1 eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht einer Blindmutter nach dem Stand der Technik;
2 eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht der Blindmutter nach 1 nach ihrer Befestigung in einem Bauteil;
3 eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht einer Blindmutter nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine perspektivische Ansicht des in der Erfindung verwendeten Befestigungswerkzeugs;
5 eine Vorderansicht der Spitze des in der Erfindung verwendeten Befestigungswerkzeugs;
6 eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht einer in ein Bauteil eingesetzten Blindmutter;
7 eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht des eingesetzten Befestigungswerkzeugs und der Blindmutter im Augenblick deren Befestigung;
8 eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht der Blindmutter in deren endgültig erweitertem Durchmesser;
9 eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht des Bauteils mit der darin befestigten Blindmutter bei abgenommenem Befestigungswerkzeug;
10 eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht eines weiteren Bauteils, das mittels eines Bolzens in der in dem Bauteil befestigten Blindmutter befestigt ist;
11 eine Simulation, bei der eine Blindmutter nach dem Stand der Technik in einem dünnen und in einem dicken Bauteil befestigt wird;
12 eine Simulation, bei der eine Blindmutter nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem dünnen und in einem dicken Bauteil befestigt wird;
13 eine grafische Darstellung des Bereichs des Außendurchmessers des geraden Abschnitts und der Länge des Teils des geraden Abschnitts, der aus dem Bauteil herausragt, um die Blindmutter ordnungsgemäß zu befestigen;
14 eine grafische Darstellung des Bereichs des Außendurchmessers des geraden Abschnitts und der Länge des kegelförmigen Abschnitts, um die Blindmutter ordnungsgemäß zu befestigen;
15 eine Simulation, bei der ein dünnes Blechbauteil mittels einer einen kurzen kegelförmigen Abschnitt aufweisenden Blindmutter befestigt wird;
16 eine Simulation, bei der ein dickes Blechbauteil mittels einer einen kurzen kegelförmigen Abschnitt aufweisenden Blindmutter befestigt wird;
17 eine Simulation, bei der ein dünnes Blechbauteil mittels einer einen kegelförmigen Abschnitt mittlerer Länge aufweisenden Blindmutter befestigt wird;
18 eine Simulation, bei der ein dickes Blechbauteil mittels einer einen kegelförmigen Abschnitt mittlerer Länge aufweisenden Blindmutter befestigt wird;
19 eine Simulation, bei der ein dünnes Blechbauteil mittels einer einen langen kegelförmigen Abschnitt aufweisenden Blindmutter befestigt wird;
20 eine Simulation, bei der ein dickes Blechbauteil mittels einer einen langen kegelförmigen Abschnitt aufweisenden Blindmutter befestigt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine Blindmutter 20 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert. 3 zeigt eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht einer Blindmutter 20 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Blindmutter 20 ist zylindrisch und über ihre gesamte Länge entlang der Mittelachse rotationssymmetrisch aufgebaut. An einem Ende weist sie einen Innengewindeabschnitt 21 auf. Der Innengewindeabschnitt 21 ist zylindrisch und auf der Innenseite mit einem Innengewinde 25 ausgebildet. Das Außengewinde eines Befestigungswerkzeugs wird in das Innengewinde 25 eingedreht. Nachdem die Blindmutter 20 befestigt ist, kann zur Befestigung eines weiteren Bauteils das Außengewinde eines Bolzens eingedreht werden.
Die Blindmutter 20 weist im Anschluß an den Innengewindeabschnitt 21 einen rohrförmigen Abschnitt auf. Der rohrförmige Abschnitt hat angrenzend an den Innengewindeabschnitt 21 einen kegelförmigen Abschnitt 22 und angrenzend an den kegelförmigen Abschnitt 22 einen zylindrischen geraden Abschnitt 23. Der kegelförmige Abschnitt 22 ist von konstanter Dicke und dünner als der Innengewindeabschnitt 21. Der Außendurchmesser und der Innendurchmesser werden in Richtung nach oben allmählich größer (Dicke t23, Länge l22). Der an den kegelförmigen Abschnitt 22 angrenzende gerade Abschnitt 23 ist zylindrisch und von konstanter Dicke, die gleich der des kegelförmigen Abschnitts 22 ist (Dicke t23, Länge l23, Außendurchmesser D23). Der Teil des geraden Abschnitts 23, der aus der Aufnahmebohrung 43 in dem Bauteil 41 herausragt, und der kegelförmige Abschnitt 22 werden gestaucht, wenn die Blindmutter in dem Bauteil 41 befestigt wird. An ihrem dem Innengewindeabschnitt 21 entgegengesetzten Ende weist die Blindmutter 20 angrenzend an den geraden Abschnitt 23 einen Flansch 24 auf. Der Außendurchmesser des Flansches 24 ist größer als der Außendurchmesser des geraden Abschnitts 23 und größer als der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 43 in dem Bauteil 41.
Wenn die Blindmutter 20 mit dem Innengewindeabschnitt 21 nach vorne in die Aufnahmebohrung 43 des Bauteils 41 eingeführt wird, gelangt die Unterseite des Flansches 24 mit der Oberseite des Bauteils 41 in Berührkontakt und schlägt dort an. Vom Ende des Flansches 24 bis zum Ende des Innengewindeabschnitts 21 ist eine Durchgangsbohrung 26 ausgebildet. Der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 26 ist vom Ende des Flansches 24 bis zum geraden Abschnitt 23 konstant und wird in dem kegelförmigen Abschnitt 22 in Richtung auf den Innengewindeabschnitt 21 allmählich kleiner. Der Innendurchmesser des Innengewindeabschnitts 21 ist konstant aber noch kleiner, wobei auf der Innenfläche ein Innengewinde 25 ausgebildet ist. In 3 ist der Außendurchmesser des geraden Abschnitts 23 konstant, jedoch wird der Außendurchmesser des kegelförmigen Abschnitts 22 in Richtung auf den Innengewindeabschnitt 21 allmählich kleiner.
(Befestigungswerkzeug)
4 und 5 sind schematische Darstellungen des in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Befestigungswerkzeugs. 4 ist eine perspektivische Ansicht des gesamten in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Befestigungswerkzeugs 50. Das Befestigungswerkzeug 50 arbeitet mit Druckluft als Energiequelle und weist angrenzend an den Grundkörper 51 ein Mundstück 52 zur Abstützung des zu befestigenden Bauelements auf, sowie einen Gewindedorn 53 mit einem Außengewinde an seiner Spitze. Ein rotierender Körper (nicht dargestellt) wird in Drehung versetzt, wobei der Gewindedorn 53 an der Spitze in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung gedreht wird, um in oder außer Eingriff mit einem Innengewinde zu gelangen. Das Bauelement kann ohne Drehung des Gewindedorns 53 fest eingedrückt werden.
5 ist eine Vorderansicht der Spitze des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Befestigungswerkzeugs 50. Der Grundkörper 51 des Befestigungswerkzeugs 50 weist ein Mundstück 52 auf, das gegen das Bauteil angedrückt wird. Die Unterseite des Mundstücks 52 ist eben. Ein säulenförmiger Gewindedorn 53 mit einem an seinem Außenumfang ausgebildeten Außengewinde erstreckt sich in der Mitte des Mundstücks 52 nach vorne (nach unten in 5).
Der Außendurchmesser des Gewindedorns 53 ist kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 26 in dem kegelförmigen Abschnitt 22 und dem geraden Abschnitt 23 der Blindmutter 20, so dass er in die Durchgangsbohrung 26 eingeführt werden kann. Das Außengewinde des Gewindedorns 53 weist einen Außendurchmesser auf, der es ihm ermöglicht, sich in das Innengewinde 25 des Innengewindeabschnitts 21 der Blindmutter 20 einzudrehen. Das Befestigungswerkzeug 50 dreht den Gewindedorn 53 in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung, um in oder außer Eingriff mit dem Innengewinde 25 des Innengewindeabschnitts 21 zu gelangen. Der Flansch 24 der Blindmutter 20 kann sich an dem Mundstück 52 abstützen, damit die Blindmutter ohne Drehung des Gewindedorns fest hineingedrückt wird.
(Befestigungsvorgang)
Nachstehend folgt unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 eine Erläuterung des Arbeitsgangs, bei dem die Blindmutter 20 in dem Bauteil 41 befestigt wird. 6 zeigt eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht der in die Aufnahmebohrung 43 eines Bauteils 41 (Dicke t41) eingesetzten Blindmutter 20. Die Blindmutter 20 wird mit ihrem Innengewindeabschnitt 21 in die Aufnahmebohrung 43 des Bauteils 41 eingeführt, bis die Unterseite des Flansches 24 an der Oberseite des Bauteils 41 anliegt.
7 zeigt eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht des eingesetzten Befestigungswerkzeugs 50 und der Blindmutter während ihres Befestigungsvorgangs. Der Gewindedorn 53 wird durch die Durchgangsbohrung 26 der Blindmutter 20 geführt, und der Gewindedorn 53 wird in Vorwärtsrichtung gedreht, um das Außengewinde des Gewindedorns 53 in das Innengewinde 25 des Innengewindeabschnitts 21 einzudrehen. Wenn das Außengewinde des Gewindedorns 53 um eine vorgegebene Länge in das Innengewinde 25 eingeschraubt ist, gelangt die Unterseite des Mundstücks 52 des Befestigungswerkzeugs 50 mit der Oberseite des Flansches 24 der Blindmutter 20 in Anlage, und die Drehung des Gewindedorns 53 wird angehalten.
Wenn die Unterseite des Mundstücks 52 des Befestigungswerkzeugs 50 mit dem Flansch 24 der Blindmutter 20 in Anlage gelangt ist und sich an ihrem Flansch abstützt, wird der Gewindedorn 53 ohne Drehung fest gegen den Grundkörper 51 gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt drückt die Unterseite des Mundstücks 52 den Flansch 24 der Blindmutter 20 zur Abstützung nach unten, und der Gewindedorn 53 zieht den Innengewindeabschnitt 21 nach oben. 7 zeigt eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht des kegelförmigen Abschnitts 22 der Blindmutter 20 und einen Teil des geraden Abschnitts 23 (den Teil, der aus der Aufnahmebohrung 43 in dem Bauteil 41 nach unten herausragt), wie sie zur Erweiterung ihrer Durchmesser gestaucht und plastisch verformt werden.
Da der in der Aufnahmebohrung 43 des Bauteils 41 befindliche Außendurchmesser des geraden Abschnitts 23 durch die Aufnahmebohrung 43 begrenzt ist, ist der Durchmesser so groß wie der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 43 und kann sich nicht weiter ausdehnen.
Der Durchmesser des Teils des geraden Abschnitts 23, der aus der Unterseite des Bauteils 41 nach unten herausragt, hat sich ausgedehnt und gelangt an der die Aufnahmebohrung 43 umgebenden Unterseite des Bauteils 41 zur Anlage. 8 zeigt eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht der weiteren plastischen Verformung des kegelförmigen Abschnitts 22 und des geraden Abschnitts 23. Dieser Teil wird zu dem Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers, wobei das Bauteil 41 zwischen dem Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers und dem Flansch 24 liegt und davon sicher gehalten ist.
Nachdem das Befestigungswerkzeug 50 den Befestigungsvorgang abgeschlossen hat, wird der Gewindedorn 53 in gegenüber 7 umgekehrter Richtung gedreht, und das Außengewinde des Gewindedorns 53 wird von dem Innengewinde 25 des Innengewindeabschnitts 21 losgeschraubt. Wenn die Gewinde voneinander gelöst sind, wird das Befestigungswerkzeug 50 nach oben bewegt. 9 zeigt eine Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht der Blindmutter 20 nach ihrem Einbau. Bei dieser Darstellung ist das Befestigungswerkzeug 50 von dem Bauteil 41, in dem die Blindmutter 20 befestigt wurde, abgezogen.
10 stellt in einer Vorderansicht mit einer teilweise aufgeschnittenen Querschnittsansicht ein weiteres Bauteil 42 dar, das unter Verwendung eines Bolzens in der Blindmutter 20 befestigt ist, die, wie in 9 dargestellt, in dem Bauteil 41 befestigt ist. Ein Bolzen 45 mit einem Kopfteil 46 und einem Schaftteil 47 wird bereit gestellt. Das Außengewinde des Schaftteils 47 ist in das Innengewinde 25 des Innengewindeabschnitts 21 der Blindmutter 20 einschraubbar. Die Durchgangsbohrung 26 in der Blindmutter 20 wird mit der Aufnahmebohrung 44 in dem weiteren Bauteil 42 ausgerichtet und das Bauteil 42 über dem Flansch 24 der Blindmutter 20 angeordnet. Der Schaftteil 47 des Bolzens 45 wird durch die Aufnahmebohrung 44 des weiteren Bauteils 42 hindurchgeführt und in die Durchgangsbohrung 26 der Blindmutter 20 eingeführt. Das Außengewinde des Schaftteils 47 des Bolzens 45 wird mit dem Innengewinde 25 des Innengewindeabschnitts 21 der Blindmutter 20 verschraubt, und das weitere Bauteil 42 ist in der Blindmutter 20 befestigt. In 10 ist das weitere Bauteil 42 auf der Seite des Flansches 24 der Blindmutter 20 befestigt. Das weitere Bauteil 42 kann jedoch auch auf der Seite des Innengewindeabschnitts 21 der Blindmutter 20 befestigt werden (nicht dargestellt), die sich auf der nach 10 entgegengesetzten Seite befindet (der Unterseite nach 10).
(Simulation 1)
Mittels der Finite-Elemente-Methode wurde ein Befestigungsvorgang simuliert. Bei dieser Simulation wurden eine Blindmutter 10 nach dem Stand der Technik von 1 mit einem langen rohrförmigen Abschnitt 13 (gerader Abschnitt, Außendurchmesser D13 = 10 mm, Länge l13 = 9,5 mm) und eine erfindungsgemäße Blindmutter 20 nach 3 mit einem geraden Abschnitt 23 (Länge l23 = 7,1 mm, Außendurchmesser D23 = 10 mm) und einem kegelförmigen Abschnitt 22 (Länge l22 = 4,6 mm) in einem dünnen Bauteil 41 (Blechdicke t24s = 3,3 mm) und einem dicken Bauteil 41 (Blechdicke t24l = 5,5 mm) befestigt. 11(a) zeigt die Blindmutter 10 nach dem Stand der Technik nach ihrem Einbau in das dünne Bauteil 41s. 11(b) zeigt die Blindmutter 10 nach dem Stand der Technik nach ihrem Einbau in das dicke Bauteil 41l. Bei Befestigung in einem dünnen Bauteil 41s, wie in 11(a) dargestellt, hebt sich der Abschnitt 17 erweiterten Durchmessers beim Stauchen von der Unterseite des Bauteils 41s ab. Bei Befestigung in einem dicken Bauteil 41l, wie in 11(b) dargestellt, gelangt der Abschnitt 17 erweiterten Durchmessers an der Unterseite des Bauteils 41l zur Anlage und ist ordnungsgemäß befestigt.
12(a) zeigt die erfindungsgemäße Blindmutter 20 nach ihrem Einbau in das dünne Bauteil 41s. 12(b) zeigt die erfindungsgemäße Blindmutter 20 nach ihrem Einbau in das dicke Bauteil 41l. Sowohl bei Befestigung in einem dünnen Bauteil 41s, wie in 12(a) dargestellt, als auch bei Befestigung in einem dicken Bauteil 41l, wie in 12(b) dargestellt, gelangt der Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers an der Unterseite des Bauteils 41 zur Anlage und ist ordnungsgemäß befestigt. Im Gegensatz zur Blindmutter 10 nach dem Stand der Technik von 11 kann die erfindungsgemäße Blindmutter 20 nach 12 in Bauteile 41 mit einem breiten Spektrum an Materialstärken eingebaut werden.
Bei der Blindmutter 10 nach dem Stand der Technik, die einen zylindrischen rohrförmigen Abschnitt 13 aufweist, setzt die Aufweitung des rohrförmigen Abschnitts 13 der Blindmutter 10 nicht an einer bestimmten Stelle ein, wenn der rohrförmige Abschnitt 13 zu lang ist. Infolgedessen neigt der Abschnitt erweiterten Durchmessers dazu, sich beim Stauchen von der Oberfläche des Bauteils abzuheben. In dem rohrförmigen Abschnitt befindet sich kein gerader Teil mit einem konstanten Außendurchmesser, lediglich ein kegelförmiger Teil. Dadurch fängt die Durchmessererweiterung der Blindmutter an der Oberfläche des Bauteils an, und der Abschnitt erweiterten Durchmessers neigt dazu, sich im Verlauf der weiteren Stauchung von der Oberfläche des Bauteils abzuheben.
Bei Verwendung einer Blindmutter 20 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die einen geraden Abschnitt 23 und einen kegelförmigen Abschnitt 22 aufweist, erfährt der Übergangsbereich zwischen dem kegelförmigen Abschnitt 22 und dem geraden Abschnitt 23 eine plastische Verformung und eine Erweiterung des Durchmessers. Da der Übergangsbereich unterhalb der Oberfläche des Bauteils liegt, entwickelt der Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers einen ausreichend großen Außendurchmesser und hebt sich beim Stauchen nicht ab. Die Stelle, an welcher der Durchmesser sich aufzuweiten beginnt, ist vorgegeben, und das Bauteil 41 kann zuverlässig befestigt werden. Wenn der kegelförmige Abschnitt 22 genügend lang ist, wird der Außendurchmesser des Abschnitts 27 erweiterten Durchmessers größer. Dadurch ist auch die Lösefestigkeit hoch, und das Bauteil kann zuverlässig befestigt werden.
Wenn der Außendurchmesser des Abschnitts 27 erweiterten Durchmessers groß ist, erhöht sich auch die Lösefestigkeit von dem Bauteil, und die Blindmutter kann zuverlässig in dem Bauteil befestigt werden. Auch bei Einbau in ein Bauteil aus Kunststoff oder in ein dünnes Metallblechteil kann die Blindmutter zuverlässig befestigt werden.
Der Winkel des kegelförmigen Abschnitts 22 zu dem geraden Abschnitt 23 muß relativ klein sein, d.h. zwischen 1 und 20°. Der Winkel des kegelförmigen Abschnitts 22 beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 15°, besonders bevorzugt zwischen 3 und 8°. Der kegelförmige Abschnitt 22 und der gerade Abschnitt 23 sind vorzugsweise von gleicher Materialstärke. Dadurch wird der Durchmesser des Übergangsbereichs zwischen dem kegelförmigen Abschnitt 22 und dem geraden Abschnitt 23 in senkrechter Richtung im gleichen Ausmaß erweitert. Die Blindmutter 20 ist vorzugsweise aus Stahl gefertigt.
(Längenbereich des kegelförmigen Abschnitts 22 und des geraden Abschnitts 23)
Das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser D13 und der Länge l13 des rohrförmigen Abschnitts (gerader Abschnitt) 13 der Blindmutter 10 nach dem Stand der Technik von 1 wurde dazu verwendet, die Bedingungen festzustellen, unter denen die Blindmutter ordnungsgemäß befestigt werden kann. Das Diagramm in 13 zeigt den Bereich des Außendurchmessers D13 des geraden Abschnitts 13 und der Länge l13 des geraden Abschnitts 13, der die ordnungsgemäße Befestigung der Blindmutter 10 ermöglicht. Die Länge des geraden Abschnitts 13 ist nicht die Gesamtlänge l13 des geraden Abschnitts sondern die Länge des geraden Abschnitts 13 abzüglich der Blechdicke des Bauteils 41 (l13 – t41). Anders ausgedrückt, die Länge des aus dem Bauteil 41 herausragenden Abschnitts bezieht sich auf den erweiterten Durchmesser.
Die obere Grenzlinie in 13 bezeichnet die Obergrenze der Länge des Teils des geraden Abschnitts 13, der aus dem Bauteil 41 herausragt (l13 – t41) in Bezug auf den Außendurchmesser D13 des geraden Abschnitts 13. Wenn die Länge des geraden Abschnitts 13 die Obergrenze überschreitet, können beim Einbau der Blindmutter 10 leicht Stauchprobleme auftreten. Die untere Grenzlinie bezeichnet die Untergrenze der Länge l13 des geraden Abschnitts 13 in Bezug auf den Außendurchmesser D13 des geraden Abschnitts 13. Wenn die Länge des geraden Abschnitts 13 die Untergrenze unterschreitet, kommt es beim Einbau der Blindmutter 10 leicht zu Stauchproblemen.
Wenn die Länge des geraden Abschnitts 13 zwischen der Obergrenze und der Untergrenze liegt, kann die Blindmutter 10 ohne Stauchprobleme befestigt werden. Ober- und Untergrenze können durch nachstehende Gleichungen ausgedrückt werden. Gleichung für Obergrenze y₁ = 0,35x₁ + 1,5 (Gleichung 1) Gleichung für Untergrenze y₁ = 0,09x₁ + 0,15 (Gleichung 2)
Dabei beträgt der Durchmesser D13 des geraden Abschnitts 13 x₁ (mm), und die Länge l13 des geraden Abschnitts 13 ist y₁ (mm). Der Längenbereich l13 für den geraden Abschnitt 13, der eine ordnungsgemäße Befestigung der Blindmutter 10 ermöglicht, wird mit folgender Gleichung ausgedrückt: 0,09x₁ + 0,15 < y₁ < 0,35x₁ + 1,5 (Gleichung 3)
Wie in 13 wurde das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser D23 des geraden Abschnitts 23 (der Außendurchmesser am oberen Ende des kegelförmigen Abschnitts 22) und der Länge l22 des kegelförmigen Abschnitts 22 bei der erfindungsgemäßen Blindmutter 20 dazu verwendet, den Bereich zu ermitteln, der eine ordnungsgemäße Befestigung der Blindmutter 20 ermöglicht.
Das Diagramm von 14 zeigt den Bereich des Außendurchmessers am oberen Ende des kegelförmigen Abschnitts 22 (gleich dem Außendurchmesser D23 des geraden Abschnitts 23) und der Länge l22 des kegelförmigen Abschnitts 22. Die obere Grenzlinie in 14 bezeichnet die Obergrenze der Länge l22 des kegelförmigen Abschnitts 22 in Bezug auf den Außendurchmesser D23 des geraden Abschnitts 23. Wenn die Länge des kegelförmigen Abschnitts 22 die Obergrenze überschreitet, kommt es beim Einbau der Blindmutter 20 leicht zu Stauchproblemen. Die untere Grenzlinie bezeichnet die Untergrenze der Länge l23 des kegelförmigen Abschnitts 22 in Bezug auf den Außendurchmesser D23 des geraden Abschnitts 23. Unterschreitet die Länge des kegelförmigen Abschnitts 22 die Untergrenze, kommt es beim Einbau der Blindmutter 20 leicht zu Stauchproblemen.
Liegt die Länge l22 des kegelförmigen Abschnitts 22 zwischen der Obergrenze und der Untergrenze, kann die Blindmutter 20 ordnungsgemäß und ohne Probleme beim Stauchen eingebaut werden. Ober- und Untergrenze können durch nachstehende Gleichungen ausgedrückt werden: Gleichung für die Obergrenze y₂ = 0,45x₂ + 1,4 (Gleichung 4) Gleichung für die Untergrenze y₂ = 0,22x₂ + 0,4 (Gleichung 5)
Dabei beträgt der Durchmesser D23 des kegelförmigen Abschnitts 22 am oberen Ende x₂ (mm), und die Länge l22 des kegelförmigen Abschnitts 22 ist y₂ (mm). Der Längenbereich l22 für den kegelförmigen Abschnitt 22, der eine ordnungsgemäße Befestigung der Blindmutter 20 ermöglicht, wird mit folgender Gleichung ausgedrückt: 0,22x₂ + 0,4 < y₂ < 0,45x₂ + 1,4 (Gleichung 6)
Bei einer Blindmutter 20 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem geraden Abschnitt 23 und einem kegelförmigen Abschnitt 22 ist die Länge l23 des geraden Abschnitts 23 ein konstanter Wert (entsprechend Gleichung 3), und die in 14 dargestellte Länge l22 des kegelförmigen Abschnitts 22 ist erhöht.
(Simulation 2)
Um bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Blindmutter 20 den geeigneten Größenbereich für die Länge l22 des kegelförmigen Abschnitts 22 zu bestimmen, wurde mittels der Finite-Elemente-Methode ein Befestigungsvorgang simuliert. Dabei war die Länge des geraden Abschnitts 23 konstant (l23 = 11 mm). Für die Simulation wurden drei Bauarten von Blindmuttern 20 verwendet: eine mit einem kurzen kegelförmigen Abschnitt 22 (l22s = 3,3 mm), eine mit einem kegelförmigen Abschnitt 22 mittlerer Länge (l22m = 5,0 mm), und eine mit einem langen kegelförmigen Abschnitt 22 (l22l = 6,7 mm). Bei der Simulation wurden die Blindmuttern in einem dünnen Bauteil (Blechdicke: t41s = 3,3 mm) und in einem dicken Bauteil (Blechdicke: t41l = 5,5 mm) befestigt.
In den 15 bis 20 sind die Ergebnisse der unter verschiedenen Bedingungen durchgeführten Simulationen dargestellt. 15 stellt eine Simulation dar, bei der ein dünnes (t41s) Blechbauteil 41 mittels einer einen kurzen (l22s) kegelförmigen Abschnitt 22 aufweisenden Blindmutter 20 befestigt wird. Die 15(a) bis 15(c) zeigen die zur Mittelachse y rechte Hälfte. 15(a) stellt den Zustand dar, bei dem die Blindmutter 20 in das Bauteil 41 eingesetzt ist. 15(b) stellt den Zwischenzustand des Einbaus dar. 15(c) zeigt den endgültigen Einbauzustand der Blindmutter 20, bei dem der kegelförmige Abschnitt 22 und der gerade Abschnitt 23 gekrümmt sind, ein Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers sich gebildet hat und das Bauteil 41 zwischen dem Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers und dem Flansch 24 positioniert ist. In 15(c) hat sich der Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers von der Unterseite des Bauteils 41 weg gebildet, und es ist zu einer Ausbeulung gekommen.
16 stellt eine Simulation dar, bei der ein dickes (t41l) Blechbauteil 41 mittels einer einen kurzen (l22s) kegelförmigen Abschnitt 22 aufweisenden Blindmutter 20 befestigt wird.
17 stellt eine Simulation dar, bei der ein dünnes (t41s) Blechbauteil 41 mittels einer einen kegelförmigen Abschnitt 22 mittlerer Länge (l22m) aufweisenden Blindmutter 20 befestigt wird.
18 stellt eine Simulation dar, bei der ein dickes (t41l) Bauteil 41 mittels einer einen kegelförmigen Abschnitt 22 mittlerer Länge (l22m) aufweisenden Blindmutter 20 befestigt wird.
19 stellt eine Simulation dar, bei der ein dünnes (t41s) Blechbauteil 41 mittels einer einen langen (l22l) kegelförmigen Abschnitt 22 aufweisenden Blindmutter 20 befestigt wird.
In den 16 bis 19 gelangt der Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers zur Anlage an die Oberfläche des Bauteils 41, und die Blindmutter 20 ist ordnungsgemäß befestigt.
20 stellt eine Simulation dar, bei der ein dickes (t41l) Blechbauteil 41 mittels einer einen langen (l22l) kegelförmigen Abschnitt 22 aufweisenden Blindmutter 20 befestigt wird. In 20(c) hat sich der Abschnitt 27 erweiterten Durchmessers von der Unterseite des Bauteils 41 weg gebildet, und es ist zu einer Ausbeulung gekommen.

Die Ergebnisse der Simulationen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1 Länge l23 des geraden Abschnitts 23 = 11 mm, Durchmesser D23 = 10 mm

Länge des kegelförmigen Abschnitts 22	dünnes Bauteil 41 t41s = 3,3 mm	dickes Bauteil 41 t41l = 5,5 mm
kurz 122s = 3,3 mm	Fig. 15 X (Ausbeulung)	Fig. 16 O
mittel 122m = 5,0 mm	Fig. 17 O	Fig. 18 O
lang 122l = 6,7 mm	Fig. 19 O	Fig. 20 X (Ausbeulung)

Aus den Simulationsergebnissen wird folgendes ersichtlich. Eine Blindmutter 20 mit einem geraden Abschnitt 23 und einem kegelförmigen Abschnitt 22 gemäß der Erfindung kann an einem dicken Bauteil zuverlässig befestigt werden, wenn der kegelförmige Abschnitt 22 kurz ist, jedoch kommt es bei Befestigung an einem dünnen Bauteil leicht zu einer Ausbeulung. Wird die Länge des kegelförmigen Abschnitts 22 entsprechend angepaßt, kann sie sowohl an einem dicken wie auch an einem dünnen Bauteil zuverlässig befestigt werden. Ist der kegelförmige Abschnitt 22 lang, kann die Blindmutter zuverlässig an einem dünnen Bauteil befestigt werden, jedoch kommt es bei Befestigung an einem dicken Bauteil leicht zu einer Ausbeulung.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der rohrförmige Teil der Blindmutter mit einem geraden Abschnitt und einem kegelförmigen Abschnitt ausgebildet. Infolgedessen kann die Blindmutter leicht an Bauteilen wie Blechen befestigt werden, die ein breites Spektrum an Materialstärken aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 59-146607 U [0007, 0007, 0007]
EP 0945631 B1 [0008, 0008]

Claims

Blindmutter (20) mit einem auf der Innenseite ein Innengewinde (25) aufweisenden Innengewindeabschnitt (21), einem sich an den Innengewindeabschnitt (21) anschließenden hohlen rohrförmigen Abschnitt und einem offenen Flansch (24), der an dem rohrförmigen Abschnitt an dem dem Innengewinde (25) entgegengesetzten Ende ausgebildet ist, wobei der Innengewindeabschnitt (21) und der rohrförmige Abschnitt in eine Aufnahmebohrung (43) eines Bauteils (41) eingeführt werden und ein Teil des rohrförmigen Abschnitts zur Erweiterung des Durchmessers plastisch verformt wird, wodurch das Bauteil (41) zwischen dem verformten Abschnitt erweiterten Durchmessers und dem Flansch (24) festgeklemmt und die Blindmutter (20) in dem Bauteil befestigt wird, wobei der rohrförmige Abschnitt angrenzend an den Flansch (24) einen zylindrischen geraden Abschnitt (23) und einen kegelförmigen Abschnitt (22) aufweist, der von dem geraden Abschnitt (23) in Richtung auf den Innengewindeabschnitt (21) allmählich enger wird.
Blindmutter nach Anspruch 1, wobei der gerade Abschnitt (23) und der kegelförmige Abschnitt (22) von gleicher Dicke sind.
Blindmutter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Winkel zwischen dem kegelförmigen Abschnitt (22) und dem geraden Abschnitt (23) zwischen 1 und 20° liegt.
Blindmutter nach Anspruch 3, wobei der Winkel zwischen 2 und 15° liegt.
Blindmutter nach Anspruch 4, wobei der Winkel zwischen 3 und 8° liegt.
Blindmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blindmutter (20) im Bereich von 0,09x₁ + 0,15 < y₁ < 0,35x₁ + 1,5 liegt, wobei x₁ (mm) der Außendurchmesser des geraden Abschnitts (23) und y₁ (mm) die Länge des aus dem Bauteil (41) herausragenden Teils des geraden Abschnitts (23) ist.
Blindmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blindmutter im Bereich von 0,22x₂ + 0,4 < y₂ < 0,45x₂ + 1,4 liegt, wobei x₂ (mm) die Länge des geraden Abschnitts (23) und y₂ (mm) die Länge des kegelförmigen Abschnitts (22) ist.