DE102019114381A1

DE102019114381A1 - Einbau und gestaltung einer nietmutter

Info

Publication number: DE102019114381A1
Application number: DE102019114381.0A
Authority: DE
Inventors: Bradley Blaski; Richard C. Janis; Pei-Chung Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-03-26
Also published as: CN110939646A; US20200096032A1; US11092184B2

Abstract

Es werden ein Annietmutter- („Nietmutter-“) Einbauverfahren und eine Nietmutter-Strukturkonfiguration offenbart, die separat in Verbindung miteinander ausgeführt werden können, um als Anker in und/oder einem Werkstück an einem Einbauort zu dienen. Das Nietmutter-Einbauverfahren beinhaltet das Einsetzen einer Nietmutter auf einen mit Außengewinde versehenen Dorn, Drehen des Dorns, während ein freies Ende des Dorns mit dem Werkstück in Kontakt steht, und Treiben des freien Endes des Dorns und der Nietmutter durch das Werkstück, während der Dorn weiter gedreht wird. Das Verfahren ist besonders nützlich, wenn das Werkstück eine oder mehrere Substratschichten einschließt, die aus einem Material mit geringer Duktilität bestehen, wie etwa einem Polymerverbundwerkstoff. Die Nietmutter-Strukturkonfiguration schließt die Aufnahme eines Außengewindes auf mindestens einem Abschnitt eines Hohlschafts der Nietmutter ein.

Description

EINLEITUNG
Eine Annietmutter oder kurz „Nietmutter“ ist ein Blindbefestiger, der sicher in einem Werkstück befestigt werden kann, das eine einzige Substratschicht oder eine Anordnung aus zwei oder mehr überlappenden Substratschichten einschließt, während nur Zugang von einer Seite zu dem Werkstück erforderlich ist. Eine herkömmliche Nietmutter umfasst einen Hohlschaft und einen Kopf. Der Hohlschaft schließt einen angesenkten oberen Wandabschnitt und einen unteren Wandabschnitt mit Innengewinde ein. Der Kopf umgibt den angesenkten oberen Wandabschnitt und schließt üblicherweise einen flachen oder versenkten Flansch ein. Im Betrieb wird der mit Innengewinde versehene untere Wandabschnitt des Nietmutterschafts durch ein vorgeformtes Loch in dem Werkstück eingeführt. Ein mit Außengewinde versehener Dorn wird dann durch den angesenkten oberen Wandabschnitt geführt und in Gewindeeingriff mit dem unteren Wandabschnitt mit Innengewinde gedreht. Sobald er eingreift, wird der Dorn in einer Richtung entgegen der Einführrichtung gezogen, während der Nietmutterkopf fest gegen die Vorderseite des Werkstücks gehalten wird. Dieses „Stauchen“ bewirkt, dass der angesenkte obere Wandabschnitt des Nietmutterschafts zusammengedrückt wird und eine sich radial nach außen erstreckende Wulst hinter und gegen die Rückseite des Werkstücks bildet. Der Flansch und die Stauchwulst arretieren die Nietmutter mechanisch an Ort und Stelle, während sie eine Druckkraft gegen die gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks ausüben.
Eine Nietmutter kann verwendet werden, um eine große Vielfalt von Werkstücken aneinander zu befestigen. Das Werkstück kann ein einzige Substratschicht oder eine Anordnung von einer oder mehreren gleichen oder unterschiedlichen Substratschichten sein, die häufig auf überlappende Art und Weise mithilfe einer dazwischen liegenden Klebstoffschicht gestapelt sind. Wenn jedoch eine Substratschicht des Werkstücks ein Polymerverbundwerkstoff, eine Keramik oder ein anderes sprödes Material mit einer geringen Duktilität mit 3 % Dehnung oder weniger ist, das eine eingeschränkte Fähigkeit hat, sich unter Last zu verformen, kann der Einbau einer Nietmutter eine örtliche Beschädigung des Werkstücks verursachen. Insbesondere kann die Brüchigkeit der Substratschicht mit geringer Duktilität kombiniert mit der Druckkraft, die während des Einbaus der Nietmutter auf das Werkstück aufgebracht wird, eine Rissbildung der Substratschicht und/oder Delaminierung der Substratschicht in der umliegenden Umgebung der eingebauten Nietmutter hervorrufen. Derartige lokalisierte Rissbildung und/oder Delaminierung kann die Arretierfähigkeit der eingebauten Nietmutter verringern und die strukturelle Integrität des Endprodukts beeinträchtigen.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Nietmutter-Strukturkonfiguration und ein Nietmutter-Einbauverfahren bereit, die insbesondere in Verbindung mit einem Werkstück nützlich sind, das eine oder mehrere Substratschichten einschließt, die aus einem relativ spröden Material bestehen. Das offenbarte Nietmutter-Einbauverfahren beinhaltet Treiben der Nietmutter durch das Werkstück, während die Substratschicht(en) mit durch Reibung erzeugter Wärme weich gemacht wird bzw. werden, und die offenbarte Nietmutter-Strukturkonfiguration beinhaltet die Aufnahme eines Außengewindes auf dem Hohlschaft der Nietmutter. Jede der Nietmutter-Strukturkonfiguration und des Nietmutter-Einbauverfahrens ermöglicht den Einbau der Nietmutter in ein Werkstück, das eine oder mehrere spröde Substratschichten einschließt, ohne einen örtlichen Schaden in Form von Rissbildung oder Delaminierung zu verursachen oder um zumindest die nachteiligen Folgen eines derartigen Schadens zu mildern, wenn dieser auftritt. Die offenbarte Nietmutter-Strukturkonfiguration und das offenbarte Nietmutter-Einbauverfahren werden vorzugsweise zusammen implementiert, müssen aber nicht notwendigerweise unter allen Umständen zusammen implementiert werden, um eine zufriedenstellende Nietmutterleistung hinsichtlich mechanischer Verankerung oder Befestigung je nach Anwendung zu erreichen.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Ein Verfahren zum Einbauen einer Nietmutter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt mehrere Schritte ein. In einem Schritt wird ein Werkstück bereitgestellt, das eine Vorderseite und eine gegenüberliegende Rückseite aufweist und eine oder mehrere Substratschichten an einem Einbauort einschließt. In einem weiteren Schritt wird ein mit Außengewinde versehener Dorn durch einen Hohlschaft einer Nietmutter eingeführt, um einen Gewindeeingriff zwischen dem mit Außengewinde versehenen Dorn und einer Innengewindebohrung herzustellen, die durch einen unteren Wandabschnitt eines Hohlschafts der Nietmutter definiert ist. Der Hohlschaft der Nietmutter schließt ferner einen oberen Wandabschnitt ein, der sich zwischen einem Kopf der Nietmutter und dem unteren Wandabschnitt des Hohlschafts erstreckt. Zusätzlich erstreckt sich ein vorderes Ende des mit Außengewinde versehenen Dorns durch den Hohlschaft der Nietmutter und steht über ein freies Ende des Hohlschafts vor.
In noch einem weiteren Schritt wird der Dorn zusammen mit der Nietmutter gedreht, während das vordere Ende des Dorns, das über das freie Ende des Hohlschafts der Nietmutter vorsteht, an der Einbaustelle mit der Vorderseite des Werkstücks in Kontakt steht. In einem weiteren Schritt wird das vordere Ende des Dorns in einer Einführrichtung in und durch das Werkstück getrieben, während der Dorn weiter gedreht wird, bis ein Loch durch das Werkstück gebildet ist und der Kopf der Nietmutter in die Vorderseite des Werkstücks eingreift. Und in noch einem weiteren Schritt wird der Dorn entgegen der Einführrichtung in umgekehrter Richtung zurückgezogen, während der Kopf der Nietmutter gegen die Vorderseite des Werkstücks gedrückt wird, um den oberen Wandabschnitt der Nietmutter in eine sich radial nach außen erstreckende Wulst zusammenzudrücken, die an der Rückseite des Werkstücks anliegt. Der Kopf der Nietmutter und die sich radial nach außen erstreckende Wulst üben am Einbauort eine Druckkraft gegen das Werkstück aus.
Das vorgenannte Verfahren kann zusätzliche Schritte einschließen oder weiter definiert werden. Zum Beispiel kann jeder des oberen Wandabschnitts und des unteren Wandabschnitts des Hohlschafts eine Außenfläche aufweisen und mindestens ein Abschnitt der Außenfläche des oberen Wandabschnitts kann in Form eines Außengewindes vorliegen. Und in einer bestimmten Implementierung kann jede der Außenfläche des oberen Wandabschnitts und der Außenfläche des unteren Wandabschnitts in der Form eines spiralförmigen Außengewindes vorliegen, um ein einziges durchgehendes spiralförmiges Außengewinde zu definieren, das sich den ganzen Weg vom Kopf zum freien Ende des Hohlschafts erstreckt. In einem anderen Beispiel kann der Kopf der Nietmutter einen flachen oder versenkten Flansch umfassen, der den Hohlschaft umgibt und sich von diesem radial nach außen erstreckt. Darüber hinaus kann das vordere Ende des Dorns radial nach innen verjüngt sein.
Die Konstruktion des Werkstücks, das in dem zuvor erwähnten Verfahren angegeben ist, kann eine Vielzahl von Formen annehmen. In einer Implementierung kann das Werkstück eine einzelne Substratschicht sein, die aus einem Material mit niedriger Duktilität mit einer Dehnung von weniger als 3 % besteht. Die einzelne Substratschicht kann beispielsweise aus einem Polymerverbundwerkstoff bestehen, der eine thermoplastische Harzpolymermatrix umfasst, die mit eingebetteten Fasern verstärkt ist. In einer weiteren Implementierung kann das Werkstück zwei oder mehr überlappende Substratschichten am Einbauort einschließen. Mindestens eine dieser zwei oder mehr überlappenden Substratschichten kann aus einem Material mit niedriger Duktilität mit einer Dehnung von weniger als 3 % bestehen. Tatsächlich kann jede der zwei oder mehr überlappenden Substratschichten aus dem Material mit geringer Duktilität bestehen. Unter diesen Umständen können alle der zwei oder mehr überlappenden Substratschichten aus einem Polymerverbundwerkstoff bestehen, der eine thermoplastische Harzpolymermatrix umfasst, die mit eingebetteten Fasern verstärkt ist.
Ein Verfahren zum Einbauen einer Nietmutter gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt mehrere Schritte ein. In einem Schritt wird ein Werkstück bereitgestellt, das eine Vorderseite und eine gegenüberliegende Rückseite aufweist und eine oder mehrere Substratschichten aufweist, die aus einem Material mit geringer Duktilität an einem Einbauort bestehen. Das Material mit geringer Duktilität weist eine Dehnung von weniger als 3 % auf. In einem weiteren Schritt wird ein mit Außengewinde versehener Dorn durch einen Hohlschaft einer Nietmutter eingeführt, sodass ein vorderes Ende des mit Außengewinde versehenen Dorns über ein freies Ende des Hohlschafts vorsteht. Die Nietmutter schließt ferner einen Kopf ein, von dem sich der Hohlschaft erstreckt. Der Hohlschaft umfasst einen oberen Wandabschnitt, der sich von dem Kopf der Nietmutter erstreckt, und einen unteren Wandabschnitt, der sich von dem oberen Wandabschnitt zu dem freien Ende des Hohlschafts erstreckt. Der untere Wandabschnitt des Hohlschafts definiert eine Bohrung mit Innengewinde und stellt einen Gewindeeingriff mit dem Dorn mit Außengewinde her. Außerdem weist jeder des oberen Wandabschnitts und des unteren Wandabschnitts des Hohlschafts eine Außenfläche auf und mindestens ein Abschnitt der Außenfläche des oberen Wandabschnitts ist in der Form eines Außengewindes.
In einem weiteren Schritt wird der Dorn zusammen mit der Nietmutter gedreht, während das vordere Ende des Dorns, das über das freie Ende des Hohlschafts der Nietmutter vorsteht, an der Einbaustelle mit der Vorderseite des Werkstücks in Kontakt steht. In noch einem weiteren Schritt wird das vordere Ende des Dorns in einer Einführrichtung in und durch das Werkstück getrieben, während der Dorn weiter gedreht wird, bis ein Loch durch das Werkstück gebildet ist und der Kopf der Nietmutter mit der Vorderseite des Werkstücks in Eingriff steht. Zu diesem Zweck greift das Außengewinde des Hohlschafts der Nietmutter mit dem Werkstück beim Drehen der Nietmutter ineinander und wird durch das durch das Werkstück gebildete Loch bewegt. Anschließend werden die eine oder mehreren Substratschichten, die aus einem Material mit geringer Duktilität bestehen, erwärmt und weich gemacht, wenn das vordere Ende des Dorns durch dieses hindurchgeführt wird. Und in noch einem weiteren Schritt wird der Dorn entgegen der Einführrichtung in einer umgekehrten Richtung zurückgezogen, während der Kopf der Nietmutter gegen die Vorderseite des Werkstücks gehalten wird, um den oberen Wandabschnitt der Nietmutter in eine sich radial nach außen erstreckende Wulst zusammenzudrücken, die an der Rückseite des Werkstücks anliegt. Der Kopf der Nietmutter und die sich radial nach außen erstreckende Wulst üben am Einbauort eine Druckkraft gegen das Werkstück aus.
Das vorgenannte Verfahren kann zusätzliche Schritte einschließen oder weiter definiert werden. Zum Beispiel kann jede der Außenfläche des oberen Wandabschnitts und der Außenfläche des unteren Wandabschnitts in der Form eines spiralförmigen Außengewindes vorliegen, um ein einziges durchgehendes spiralförmiges Außengewinde zu definieren, das sich über den ganzen Weg vom Kopf zum freien Ende des Hohlschafts erstreckt. Als weiteres Beispiel kann das Werkstück eine einzelne Substratschicht sein, die aus einem Material mit geringer Duktilität besteht, oder das Werkstück kann zwei oder mehr überlappende Substratschichten einschließen, wobei mindestens eine der zwei oder mehr überlappenden Substratschichten aus einem Material mit geringer Duktilität besteht. Das Material mit geringer Duktilität kann ein Polymerverbundwerkstoff sein, der eine thermoplastische Harzpolymermatrix umfasst, die mit eingebetteten Fasern verstärkt ist. In einer Implementierung kann die thermoplastische Harzpolymermatrix Nylon sein und die Verstärkungsfasern, die in die thermoplastische Harzpolymermatrix eingebettet sind, können mindestens eines von Kohlenstofffasern, Graphenfasern oder Glasfasern umfassen. Eine Nietmutter zum Einbau in ein Werkstück an einem Einbauort ist ebenfalls in der vorliegenden Offenbarung beschrieben und kann durch jedes geeignete Einbauverfahren eingebaut werden. Die Nietmutter schließt einen Kopf und einen Hohlschaft ein. Der Kopf definiert eine zentrale Öffnung um eine Drehachse und der Hohlschaft erstreckt sich entlang der Drehachse von dem Kopf zu einem gegenüberliegenden freien Ende des Schafts. Der Hohlschaft umfasst ferner einen oberen Wandabschnitt und einen unteren Wandabschnitt. Der obere Wandabschnitt erstreckt sich vom Kopf teilweise zum freien Ende des Hohlschafts und der untere Wandabschnitt erstreckt sich vom oberen Wandabschnitt zum freien Ende des Schafts. Der obere Wandabschnitt weist eine Innenfläche auf, die eine Senkbohrung definiert, und der untere Wandabschnitt weist eine Innenfläche in Form eines Gewindes auf, das eine Innengewindebohrung definiert. Die Senkbohrung steht mit der zentralen Öffnung des Kopfs in Verbindung und die Innengewindebohrung steht mit der Senkbohrung in Verbindung. Darüber hinaus weist jeder des oberen Wandabschnitts und des unteren Wandabschnitts des Hohlschafts eine Außenfläche auf und mindestens ein Abschnitt der Außenfläche des oberen Wandabschnitts liegt in der Form eines Außengewindes vor. Die vorgenannte Nietmutter kann zusätzliche Strukturmerkmale einschließen oder weiter definiert sein. Zum Beispiel kann jede der Außenfläche des oberen Wandabschnitts und der Außenfläche des unteren Wandabschnitts in der Form eines spiralförmigen Außengewindes vorliegen, um ein einziges durchgehendes spiralförmiges Außengewinde zu definieren, das sich den ganzen Weg vom Kopf zum freien Ende des Hohlschafts erstreckt. In einer anderen Implementierung kann der Kopf einen flachen oder versenkten Flansch umfassen, der den Hohlschaft umgibt und sich von diesem radial nach außen erstreckt.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer Nietmutter und eine Seitenansicht des mit Außengewinde versehenen Dorns, die separat oberhalb von, aber nicht in Kontakt mit einem Werkstück positioniert sind, gemäß einem Aspekt eines Einbauverfahrens, das in der vorliegenden Offenbarung dargelegt ist;
2 ist eine Querschnittsansicht der Nietmutter und eine Seitenansicht des mit Außengewinde versehenen Dorns, die in 1 dargestellt sind, wobei die Nietmutter und der mit Außengewinde versehenen Dorn hier miteinander verschraubt sind und ein vorderes Ende des Dorns, das über ein freies Ende der Nietmutter vorsteht, gemäß einem Aspekt eines in der vorliegenden Offenbarung dargelegten Einbauverfahrens in Drehkontakt mit einer Vorderseite des Werkstücks gebracht ist;
3 ist eine Querschnittsansicht der Nietmutter und eine Seitenansicht des mit Außengewinde versehenen Dorns, nachdem die Nietmutter drehbar durch das Werkstück getrieben wurde, und ein Kopf der Nietmutter sitzt gegen die Vorderseite des Werkstücks gemäß einem Aspekt eines in der vorliegenden Offenbarung dargelegten Einbauverfahrens;
4 ist eine Querschnittsansicht der Nietmutter und eine Seitenansicht des mit Außengewinde versehenen Dorns, nachdem die Nietmutter durch Zurückziehen des Dorns gemäß einem Aspekt eines in der vorliegenden Offenbarung dargelegten Einbauverfahrens verformt oder gegen eine Rückseite des Werkstücks gestaucht wurde;
5 ist eine Querschnittsansicht der eingebauten Nietmutter, nachdem der mit Außengewinde versehene Dorn aus der Nietmutter gemäß einem Aspekt eines in der vorliegenden Offenbarung dargelegten Einbauverfahrens zurückgezogen wurde; und
6 ist eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Implementierung der Nietmutter gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Nietmutter-Einbauverfahren und eine Nietmutter-Strukturkonfiguration sind offenbart, die separat oder, bevorzugt, zusammen miteinander implementiert werden können, um ein Werkstück effektiver zu befestigen, das eine oder mehrere Substratschichten einschließt, die aus einem relativ spröden Material wie etwa einem Polymerverbundwerkstoff bestehen. Sowohl das Nietmutter-Einbauverfahrens als auch die Nietmutter-Strukturkonfiguration sind so ausgelegt, dass sie das Auftreten von schwächenden Rissen und Delaminierung der Substratschicht(en) mit niedriger Duktilität in der unmittelbaren Umgebung der eingebauten Nietmutter hemmen. Nun auf die 1 bis 5 Bezug nehmend, ist das Nietmutter-Einbauverfahren veranschaulicht, bei dem eine Nietmutter 10 in einem Werkstück 12 an einem Einbauort 14 eingebaut ist. Das Werkstück 12 weist eine Vorderseite 16 und eine gegenüberliegende Rückseite 18 auf, die freiliegende Außenflächen des Werkstücks 12 sind, und schließt mindestens eine Substratschicht 20 ein. Hier ist das Werkstück 12 mit zwei überlappenden Substratschichten 20 - nämlich einer ersten Substratschicht 20' und einer zweiten Substratschicht 20" - dargestellt, aber in anderen Fällen kann es nur eine einzige Substratschicht 20 oder mehr als zwei überlappende Substratschichten am Einbauort 14 aufweisen. Eine Klebstoffschicht 22, wie etwa eine 0,1 mm bis 1,0 mm dicke Epoxid- oder Polyurethan-Klebstoffschicht, kann wahlweise breit zwischen jedem Paar benachbarter Substratschichten 20 zugeordnet sein, um die Schichten 20 relativ zueinander zu fixieren. Jede der Substratschicht(en) 20 ist üblicherweise zwischen 0,5 mm und 5,0 mm dick.
Die Substratschicht(en) 20 können eine Vielfalt von Zusammensetzungen annehmen. Das vorliegend offenbarte Nietmutter-Einbauverfahren ist besonders nützlich, wenn die Substratschicht 20 (wenn nur eine vorhanden ist) oder mindestens eine der Substratschichten 20 (falls mehr als eine vorhanden sind) in dem Werkstück 12 aus einem Material mit geringer Duktilität besteht. Ein Material mit geringer Duktilität ist eines, das eine Dehnung (d. h. die prozentuale Änderung der Länge vor dem Versagen) von weniger als 3 % aufweist, gemessen durch Kraft-Weg in statischer Zugprüfung. Beispielsweise bestehen bei einer Implementierung eines Werkstücks 12 mit mehreren Substratschichten alle Substratschichten 20 aus einem Material mit geringer Duktilität, was bedeutet, dass in der spezifischen Ausführungsform, die in 1 bis 5 gezeigt ist, jede der ersten und zweiten Substratschicht 20', 20" aus einem Material mit geringer Duktilität besteht. In einem anderen Beispiel, und wieder mit Bezug auf das Werkstück 12, das in den 1 bis 5 gezeigt ist, kann entweder die erste Substratschicht 20' oder die zweite Substratschicht 20" aus einem Material mit geringer Duktilität bestehen, während die andere der ersten Substratschicht 20' oder der zweiten Substratschicht 20" aus einem anderen Material bestehen kann, wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Titan oder einer Titanlegierung oder Stahl.
Ein spezifisches Material mit geringer Duktilität, das die Substratschicht(en) 20 des Werkstücks bilden kann, ist ein Polymerverbundwerkstoff. Ein Polymerverbundwerkstoff umfasst eine thermoplastische Harzpolymermatrix, die mit eingebetteten Fasern verstärkt ist. Die thermoplastische Harzpolymermatrix kann in einer Menge im Bereich von 95 Gew.-% bis 30 Gew.-% vorhanden sein und die eingebetteten Fasern, die vorzugsweise gleichmäßig in der thermoplastischen Harzpolymermatrix verteilt sind, können in einer Menge im Bereich von 5 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden sein. Die Duktilität des Polymerverbundwerkstoffs kann relativ gering sein, d. h. weniger als 3 % Dehnung, da die verstärkenden Fasern dazu neigen, die Fähigkeit der thermoplastischen Harzpolymermatrix zur Verformung unter Belastung zu beschränken. Bevorzugt kann die thermoplastische Harzpolymermatrix des Polymerverbundwerkstoffs ein Polyamid sein, wie Polycaprolactam (Nylon 6) oder Polyhexamethylenadipamid (Nylon 6, 6), und die eingebetteten Fasern können Kohlenstofffasern, Graphenfasern und/oder Glasfasern sein. Ein anderes spezifisches Material mit niedriger Duktilität, das die Substratschicht(en) 20 des Werkstücks bilden kann, ist eine Keramik.
Die Nietmutter 10, die in dem Werkstück 12 eingebaut ist, ist in einem anfänglich ausgedehnten Zustand in 1 dargestellt. Die Nietmutter 10 weist einen einstückigen Körper 24 auf, der einen Kopf 26 und einen Hohlschaft 28 einschließt. Der Kopf 26 definiert eine zentrale Öffnung 30 um eine Drehachse 32, und der Hohlschaft 28 erstreckt sich entlang der Drehachse 32 vom Kopf 26 zu einem gegenüberliegenden freien Ende 34 des Schafts 28. Der Kopf 26 umgibt den und erstreckt sich radial nach außen von dem Hohlschaft 28 und besteht vorzugsweise aus einem flachen (wie gezeigt) oder versenkten Flansch. Zusätzlich umfasst der Hohlschaft 28 einen oberen Wandabschnitt 36 und einen unteren Wandabschnitt 38, die nacheinander entlang der Drehachse 32 angeordnet sind. Der obere Wandabschnitt 36 erstreckt sich vom Kopf 26 teilweise zum freien Ende 34 des Hohlschafts 28, üblicherweise etwa 25 % bis 40 % einer Länge des Hohlschafts 28 entlang der Drehachse 32, und der untere Wandabschnitt 38 erstreckt sich vom oberen Wandabschnitt 36 zum freien Ende 34 des Hohlschafts 28. Der obere Wandabschnitt 36 weist eine Dicke auf, die geringer ist als eine Dicke des unteren Wandabschnitts 38, um das Zusammendrücken der Nietmutter 10 in einen komprimierten Zustand zu erleichtern, wie in 5 gezeigt und nachstehend in weiterem Detail beschrieben. Der einstückige Körper 24 der Nietmutter 10 kann aus einem beliebigen geeigneten Material konstruiert sein, einschließlich, zum Beispiel, Stahl, Edelstahl oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Der Hohlschaft 28 definiert einen Durchgang 40, der mit der zentralen Öffnung 30 des Kopfs 26 in Verbindung steht und sich entlang der Drehachse 32 erstreckt. Der Durchgang 40 erstreckt sich vorzugsweise vollständig durch den Hohlschaft 28, sodass der Schaft 28 eine zweite zentrale Öffnung 42 um die Drehachse 32 gegenüber der zentralen Öffnung 30 definiert. Der Durchgang 40 schließt zwei Abschnitte ein. Genauer weist der obere Wandabschnitt 36 des Hohlschafts 28 eine Innenfläche 44 auf, die eine Ansenkung 46 definiert, und der untere Wandabschnitt 38 weist eine Innenfläche 48 in Form eines Gewindes 50 auf, das eine Innengewindebohrung 52 definiert. Die Ansenkung 46 steht mit der zentralen Öffnung 30 des Kopfs 26 in Verbindung und weist vorzugsweise dieselbe Querschnittsgröße und -form auf wie die zentrale Öffnung 30, wenn sie senkrecht zur Drehachse 32 geschnitten ist. Die Innengewindebohrung 52 steht mit der Ansenkung 46 in Verbindung und endet an der zweiten zentralen Öffnung 42 oder nahe an ihr in jenen Fällen, in denen sich der Durchgang 40 nicht vollständig durch den Hohlschaft 28 erstreckt. Das Gewinde 50, das von der Innenfläche 48 des unteren Wandabschnitts 38 bereitgestellt ist, ist vorzugsweise ein spiralförmiges Gewinde wie hier dargestellt in 1.
Der Einbau der Nietmutter 10 wird mithilfe eines mit Außengewinde versehenen Dorns 56 durchgeführt. Der mit Außengewinde versehene Dorn 56 ist eine einziehbare Spindel, die ein vorderes Ende 58 einschließt, das vorzugsweise radial nach innen verjüngt ist, um eine konische oder kegelstumpfförmige Form anzunehmen. Mindestens ein Teil der Außenfläche 60 des Dorns 56 liegt in Form eines Gewindes 62 vor, das mit dem Gewinde 50 komplementär und drehbar in Eingriff bringbar ist, das die Innengewindebohrung 52 des Hohlschafts 28 der Nietmutter 10 definiert. Der Dorn 56 wird an einem bekannten Werkzeug 88 befestigt, das mindestens den Dorn 56 relativ zur Nietmutter 10 zurückziehen kann, während ein Gewindeeingriff zwischen dem Außengewinde 62 des Dorns 56 und dem Innengewinde 50 des Hohlschafts 28 der Nietmutter 10 aufrechterhalten wird. Das Werkzeug 88 kann auch zum Drehen des Dorns 56 sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn konfiguriert sein, wenn gewünscht, aber es muss nicht unbedingt mit dieser Funktionalität ausgestattet sein. Das Arbeitswerkzeug 88, das den Dorn 56 befestigt, kann zum Beispiel ein manuell bedienbares Handwerkzeug oder eine hydropneumatische Pistole sein, die beide nach dem Stand der Technik bekannt sind. In einer Herstellungsumgebung ist das Werkzeug vorzugsweise eine hydropneumatische Pistole, die an einem Roboterarm montiert ist, um automatisierten Einbau der Nietmutter 10 als Teil eines größeren Herstellungsvorgangs zu ermöglichen.
Das Nietmutter-Einbauverfahren verwendet den mit Außengewinde versehenen Dorn 56, um drei Betriebsaufgaben durchzuführen: (1) um ein Loch in dem Werkstück 12 zu bilden, das eine Dicke des Werkstücks 12 vollständig durchläuft und sich folglich zwischen der Vorderseite 16 und der gegenüberliegenden Rückseite 18 des Werkstücks 12 erstreckt; (2) um die Nietmutter 10 durch das Loch in dem Werkstück 12 zu drücken, während das Loch gebildet wird; und (3) um die Nietmutter 10 gegen die Rückseite 18 des Werkstücks 12 zusammenzudrücken, nachdem die Nietmutter 10 in das Loch eingesetzt wurde und der Kopf 26 gegen die Vorderseite 16 des Werkstücks 12 sitzt, um dadurch als Anker für ein weiteres Befestigungselement (z. B. einen Bolzen) zu dienen und, wenn mehrere Substratschichten 20 vorhanden sind, die Substratschichten 20 zusammen an dem Einbauort 14 zu befestigen. Durch Ausbilden des Lochs in dem Werkstück 12 und gleichzeitiges Pressen der Nietmutter 10 durch das Loch - im Gegensatz zu Vorbohren des Lochs und anschließendes Pressen einer Nietmutter durch das vorgeformte Loch - wird/werden die Substratschichten(en) 20, die aus Material mit geringer Duktilität besteht/bestehen, lokal um die Nietmutter 10 erwärmt und weich gemacht, wenn die Nietmutter 10 durch das Werkstück 12 gedrückt und dann zusammengedrückt wird. Dies ermöglicht, dass die Substratschicht(en) 20 des Materials mit geringer Duktilität der Druckkraft besser standhält/standhalten, die auf das Werkstück 12 am Einbauort 14 während des Zusammendrückens der Nietmutter 10 aufgebracht wird. Dadurch können Rissbildung und/oder Delaminierung der Substratschicht(en) 20 aus Material mit geringer Duktilität bei dem Einbau der Nietmutter 10 wesentlich reduziert oder ganz vermieden werden.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 2 beinhaltet das Nietmutter-Einbauverfahren zuerst Einführen des mit Außengewinde versehenen Dorns 56 durch den Durchgang 40 des Hohlschafts 28 der Nietmutter 10, um einen Gewindeeingriff zwischen dem Außengewinde 62 des Dorns 26 und dem Innengewinde 50 herzustellen, das die Innengewindebohrung 52 definiert. Dies kann bewerkstelligt werden, indem das vordere Ende 58 des Dorns 56 durch die Ansenkung 46 und in die Innengewindebohrung 52 aufgenommen wird und dann der Dorn 56 und die Nietmutter 10 relativ zueinander gedreht werden. Eine derartige relative Drehung lässt die komplementären Gewinde 50, 62 eingreifen und vergrößert das Ausmaß ihres Eingriffs, wenn das vordere Ende 58 des Dorns 56 axial durch die Innengewindebohrung 52 fortschreitet. Der Dorn 56 wird vollständig durch die Innengewindebohrung 52 und aus der zweiten zentralen Öffnung 42 des Hohlschafts 28 der Nietmutter 10 eingeführt. Auf diese Weise steht das vordere Ende 58 des Dorns 56 über das freie Ende 34 des Hohlschafts 28 vor, wenn der Dorn 56 mit dem Hohlschaft 28 in Gewindeeingriff steht.
Nachdem die Nietmutter 10 auf dem mit Außengewinde versehenen Dorn 56 getragen wird, und nun auf 2 Bezug nehmend, wird der Dorn 56 in einer ersten Drehrichtung 64 gedreht, während das vordere Ende 58 des Dorns 56 in Kontakt mit der Vorderseite 16 des Werkstücks 12 am Einbauort 14 steht. Aufgrund des Gewindeeingriffs zwischen dem Hohlschaft 28 der Nietmutter 10 und dem Dorn 56 dreht sich die Nietmutter 10 gemeinsam mit dem Dorn 56 um seine Drehachse 32 in der gleichen Drehrichtung 64 mit derselben Winkelgeschwindigkeit. Der Drehreibungskontakt, der zwischen dem vorderen Ende 58 des mit Außengewinde versehenen Dorns 56 und der Vorderseite 16 des Werkstücks 12 auftritt, erzeugt Wärme am Einbauort 14. Diese Wärme macht die Substratschicht 20 weich, gegen die sich das vordere Ende 58 des Dorns 56 dreht - hier die erste Substratschicht 20' - insbesondere wenn diese bestimmte Substratschicht 20 aus einem Material mit niedriger Duktilität, wie etwa einem Polymerverbundwerkstoff, besteht. Das Weichmachen der Substratschicht 20 ermöglicht, dass das vordere Ende 58 des Dorns 56 in die Schicht 20 an der Vorderseite 16 des Werkstücks 12 eindringt. Das anfängliche Eindringen des vorderen Endes 58 des Dorns 56 kann durch die vorstehend diskutierte radial nach innen verjüngte Form unterstützt werden.
Wenn der Dorn 56 in der ersten Drehrichtung 64 gedreht wird, wird das vordere Ende 58 des Dorns 56 durch das Anlegen einer axialen Andruckkraft 68 an den Dorn 56 in einer linearen Einführrichtung 66 in und durch das Werkstück 12 getrieben, wie in 3 dargestellt. Das fortgesetzte Eindringen des vorderen Endes 58 des Dorns 56 bildet einen Hohlraum, der in der Einführrichtung 66 wächst. Die Nietmutter 10 dreht sich weiter mit dem Dorn 56 und wird somit zusammen mit dem Dorn 56 durch das Werkstück 12 gedrückt. Dadurch vergrößert die Nietmutter 10 und insbesondere der Hohlschaft 28 der Nietmutter 10 den Durchmesser des Hohlraums, der hinter der Druckvorwärtsbewegung des vorderen Endes 58 des Dorns 56 erzeugt wird. Der Dorn 56 wird gedreht und in der Einführrichtung 66 nach vorne gedrückt, bis ein Loch 70 durch das Werkstück 12 gebildet wird und der Kopf 26 der Nietmutter 10 eingreift und sich gegen die Vorderseite 16 des Werkstücks 12 setzt. Das Loch 70 erstreckt sich durch das Werkstück 12 von der Vorderseite 16 zur Rückseite 18 und entspricht im Allgemeinen dem Abschnitt des Hohlschafts 28 der Nietmutter 10, umgeben von dem Werkstück 12. Und während der Zeit, in der das vorderen Ende 58 des Dorns 56 durch das Werkstück 12 getrieben wird, um das Loch 70 zu bilden, wird/werden die Substratschichten(en) 20, die aus einem Material mit geringer Duktilität besteht/bestehen, durch die Reibungswärme, die durch drehenden Kontakt mit dem vorderen Ende 58 und dem Hohlschaft 28 der Nietmutter 10 erzeugt wird, erwärmt und weich gemacht, was das Material mit geringer Duktilität weniger steif und zugänglicher für lokalisierte plastische Verformung in der unmittelbaren umgehenden Nähe des Lochs 70 macht.
Sobald die Nietmutter 10 an Ort und Stelle sitzt und sich der Hohlschaft 28 durch das Loch 70 über die Rückseite 18 des Werkstücks 12 erstreckt, wird die Nietmutter 10 hinter dem Werkstück 12 verformt oder „gestaucht“, wie in 4 dargestellt, und dadurch von dem anfänglichen erweiterten Zustand in den komprimierten Zustand komprimiert. Während des Stauchvorgangs wird der Dorn 56 in einer entgegengesetzten linearen Richtung 72 entgegengesetzt zur Einführrichtung 66 zurückgezogen, während der Kopf 26 der Nietmutter 10 von dem Werkzeug 88 gegen die Vorderseite 16 des Werkstücks 12 gehalten wird. Um den Dorn 56 zurückzuziehen, wird eine axiale Zugkraft 74 auf den Dorn 56 ausgeübt, ohne den Dorn 56 relativ zur Nietmutter 10 zu drehen, wodurch der Gewindeeingriff zwischen dem Außengewinde 62 des Dorns 56 und dem Innengewinde 50 des Hohlschafts 28 der Nietmutter 10 während der Anwendung der Zugkraft 74 beibehalten wird. Das Zurückziehen des Dorns 56 drückt den oberen Wandabschnitt 36 des Hohlschafts 28 in eine sich radial nach außen erstreckende Wulst 76 zusammen, die an der Rückseite 18 des Werkstücks 12 anliegt. Als eine Folge dieses Vorgangs übt der Kopf 26 der Nietmutter 10 und die daraus resultierende sich radial nach außen erstreckende Wulst 76 eine Druckkraft 78 gegen das Werkstück 12 am Einbauort 14 aus. Und wenn das Werkstück 12 mehrere überlappende Substratschichten 20 einschließt, befestigt die Druckkraft 78 die Substratschichten 20 mechanisch aneinander.
Während das Zurückziehen des Dorns 56 den oberen Wandabschnitt 36 des Hohlschafts 28 zusammendrückt, wie gerade beschrieben, verformt sich der untere Wandabschnitt 38, der mit dem mit Außengewinde versehenen Dorn 56 in Gewindeeingriff steht, nicht, sondern behält stattdessen seine ursprüngliche Form bei. Dies ermöglicht, dass der mit Außengewinde versehene Dorn 56 aus der eingebauten Nietmutter 10 zurückgezogen werden kann. Insbesondere wird, wie in 5 gezeigt, der Dorn 56 aus der Nietmutter 10 zurückgezogen, indem der Dorn 56 in der zweiten Drehrichtung 80 gedreht wird, die entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung 64 ist. Da die Nietmutter 10 mechanisch an Ort und Stelle in dem Werkstück 12 arretiert ist, bleibt die Nietmutter 10 während der Drehung des Dorns 56 ortsfest. Als Ergebnis wird das vordere Ende 58 des Dorns 56 in der umgekehrten Richtung 72 durch die Innengewindebohrung 52 zurückgezogen und der Gewindeeingriff zwischen den Gewinden 50, 62 der Nietmutter 10 und des Dorns 56 wird schließlich gelöst. Der mit Außengewinde versehene Dorn 56 kann nun an einem anderen Einbauort 14 am selben Werkstück 12 oder einer anderen Anordnung positioniert werden und das Verfahren mit einer anderen Nietmutter 10 wiederholt werden.
Das Nietmutter-Einbauverfahren, das vorstehend in Verbindung mit 1 bis 5 beschrieben ist, kann mit der herkömmlichen Nietmutter 10 oder mit einer Nietmutter ausgeführt werden, die eine modifizierte Strukturkonfiguration aufweist, wie in 6 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet. Nur die Materialunterschiede zwischen der Nietmutter 110, die in 6 dargestellt ist, und der Nietmutter 10, die in 1 bis 5 gezeigt ist, werden nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben. Andere Merkmale der Nietmutter 110, die in 6 gezeigt ist, die in Aufbau und Funktion der Nietmutter 10 entsprechen, die vorstehend in Verbindung mit 1 bis 5 beschrieben ist, werden mit entsprechenden Bezugszeichen der Serie 100 identifiziert. Und sofern nicht anders angegeben, gilt die Beschreibung von Merkmalen der Nietmutter 10, die in 1 bis 5 beschrieben ist, gleichermaßen für alle Merkmale der Nietmutter 110, die in 6 gezeigt ist, die mit einem entsprechenden Bezugszeichen der Serie 100 identifiziert sind, als ob die relevante Beschreibung hierin vollständig wiederholt ist und auf 6 gerichtet ist. Außerdem versteht es sich, dass das vorstehend beschriebene Nietmutter-Einbauverfahren auf die gleiche Weise durchgeführt wird, ungeachtet davon, welche Nietmutter 10, 110 zur Befestigung der Werkstücke 20 des Werkstücks 12 verwendet wird.
Jetzt speziell auf 6 Bezug nehmend ist die dort gezeigte Nietmutter 110 mit Außengewinde versehen. Insbesondere weist der obere Wandabschnitt 136 des Hohlschafts 128 eine Außenfläche 182 auf und ebenso weist der untere Wandabschnitt 138 des Hohlschafts 128 eine Außenfläche 184 auf. Die Außenflächen 182, 184 können ausgerichtet sein, um den Hohlschaft 128 mit einem konstanten Außendurchmesser entlang der gesamten Länge des Schafts 128 bereitzustellen, aber sie müssen nicht notwendigerweise auf diese Art und Weise koordiniert sein. Mindestens ein Abschnitt der Außenfläche 182 des oberen Wandabschnitts liegt in der Form eines Außengewindes 186 vor, das vorzugsweise ein spiralförmiges Gewinde ist. Tatsächlich liegen in einer Implementierung und wie insbesondere in 6 gezeigt sowohl die Außenfläche 182 des oberen Wandabschnitts 136 als auch die Außenfläche 184 des unteren Wandabschnittes 138 in Form des Außengewindes 186 vor, um ein einzelnes kontinuierliches spiralförmiges Außengewinde zu definieren, das sich ganz vom Kopf 126 der Nietmutter 110 bis zum freien Ende 134 des Hohlschafts 128 erstreckt. Das Außengewinde 186 verleiht - unabhängig davon, ob es nur einen Abschnitt des oberen Wandabschnitts 136 oder die gesamten oberen und unteren Wandabschnitte 136, 138 überspannt - der Nietmutter 110 die zusätzliche Fähigkeit zum Ineinandergreifen mit dem Innenabschnitt des Werkstücks 12, der das Loch 70 definiert, wenn die Nietmutter 10 während der Bildung des Lochs 70 gedreht und durch das Werkstück 12 bewegt wird.
Das Ineinandergreifen der Nietmutter 110 und des Werkstücks 12 kann die Druckkraft 78 ergänzen, die auf das Werkstück 12 durch den Kopf 126 der Nietmutter 110 und die sich radial nach außen erstreckende Wulst (nicht dargestellt) ausgeübt wird, die während des Zusammendrückens des oberen Wandabschnitts 136 gebildet wird, wie oben beschrieben. Der Ineinandergreifvorgang erfolgt, wenn das Außengewinde 186 in das umgebende Werkstück 12 und insbesondere den umgebenden weich gemachten Abschnitt der Substratschicht(en) 20 geritzt wird, die aus einem Material mit geringer Duktilität bestehen, wenn der Dorn 56 die Nietmutter 110 in und durch das Werkstück 12 dreht. Das Außengewinde 186 dringt im Wesentlichen in den umgebenden Abschnitt des Werkstücks 12 ein und verzahnt sich mit diesem, um die axiale Bewegung der Nietmutter 110 weiter zu beschränken. Darüber hinaus kann, selbst wenn eine geringe Rissbildung oder Delaminerung in dem Werkstück 12 im umgebenden Bereich der Nietmutter 110 auftritt, das Ineinandergreifen, das durch das Außengewinde 186 der Nietmutter 110 bereitgestellt wird, die nachteiligen Folgen einer solchen Beschädigung mildern, indem es die Substratschicht(en) 20 aus dem Werkstück 12 heraus neben dem Ort, an dem die Beschädigung begonnen hat, greift und zusammendrückt.
Die Nietmutter 110 kann in dem Werkstück 12 unter Verwendung von anderen Techniken als dem Nietmutter-Einbauverfahren, wie vorstehend in Verbindung mit 1 bis 5 beschrieben, eingebaut werden. Zum Beispiel kann durch Bohren, Stanzen oder eine andere Prozedur ein Loch durch das Werkstück 12 vorgeformt werden. Die Nietmutter 110 kann dann durch das vorgeformte Loch gedrückt oder gedreht werden, bis der Kopf 126 der Nietmutter 110 in Eingriff mit der Vorderseite 16 des Werkstücks 12 kommt und gegen diese sitzt und sich der Hohlschaft 128 über die Rückseite 18 des Werkstücks 12 hinaus durch das Loch erstreckt. Sobald die Nietmutter 110 an Ort und Stelle sitzt und sich der Hohlschaft 128 durch das Loch erstreckt, wird die Nietmutter 110 gestaucht, um den oberen Wandabschnitt 136 des Hohlschafts 128 zusammenzudrücken, und anschließend wird der Dorn 56 zurückgezogen. Das Zurückziehen der Nietmutter 110 und das Zurückziehen des Dorns 56 werden auf die gleiche Weise durchgeführt, wie vorstehend jeweils in Verbindung mit 4 bis 5 des Nietmutter-Einbauverfahrens der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Und während die Nietmutter 110 besonders nützlich in Verbindung mit einem Werkstück ist, das mindestens eine Substratschicht einschließt, die aus einem Material mit geringer Duktilität besteht, ist seine Verwendung nicht notwendigerweise nur auf diese Arten von Werkstücken beschränkt. Die Nietmutter 110 kann auch in einem Werkstück eingebaut werden, das keine Substratschicht einschließt, die aus einem Material geringer Duktilität besteht, wie vorstehend beschrieben, einschließlich beispielsweise eines Werkstücks, in dem die Substratschicht 20 oder jede der zwei oder mehr überlappenden Substratschichten 20 aus einem Metall besteht.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und spezifischer Beispiele ist lediglich beschreibender Natur; sie sollen den Schutzumfang der folgenden Ansprüche nicht einschränken. Jeder der in den beiliegenden Ansprüchen verwendeten Begriffe sollte seine gewöhnliche und übliche Bedeutung erhalten, sofern nicht spezifisch und eindeutig etwas anderes in der Patentschrift angegeben ist.

Claims

Verfahren zum Einbauen einer Nietmutter, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Werkstücks, das eine Vorderseite und eine gegenüberliegende Rückseite aufweist und eine oder mehrere Substratschichten an einem Einbauort einschließt; Einführen eines mit Außengewinde versehenen Dorns durch einen Hohlschaft einer Nietmutter, um einen Gewindeeingriff zwischen dem mit Außengewinde versehenen Dorn und einer Innengewindebohrung herzustellen, die durch einen unteren Wandabschnitt eines Hohlschafts der Nietmutter definiert ist, wobei der Hohlschaft ferner einen oberen Wandabschnitt einschließt, der sich zwischen einem Kopf der Nietmutter und dem unteren Wandabschnitt des Hohlschafts erstreckt, und wobei ein vorderes Ende des mit Außengewinde versehenen Dorns sich durch den Hohlschaft der Nietmutter erstreckt und über ein freies Ende des Hohlschafts vorsteht; Drehen des Dorns zusammen mit der Nietmutter, während das vordere Ende des Dorns, das über das freie Ende des Hohlschafts der Nietmutter vorsteht, am Einbauort mit der Vorderseite des Werkstücks in Kontakt steht; Treiben des vorderen Endes des Dorns in und durch das Werkstück in einer Einführrichtung, während der Dorn weiterhin gedreht wird, bis ein Loch durch das Werkstück gebildet ist und der Kopf der Nietmutter mit der Vorderseite des Werkstücks in Eingriff steht; und Zurückziehen des Dorns in eine umgekehrte Richtung entgegengesetzt der Einführrichtung, während der Kopf der Nietmutter gegen die Vorderseite des Werkstücks gehalten wird, um den oberen Wandabschnitt der Nietmutter in eine sich radial nach außen erstreckende Wulst zusammenzudrücken, die auf der Rückseite des Werkstücks anliegt, wobei der Kopf der Nietmutter und die sich radial nach außen erstreckende Wulst am Einbauort eine Druckkraft gegen das Werkstück ausüben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl der obere Wandabschnitt als auch der untere Wandabschnitt des Hohlschafts eine Außenfläche aufweisen, wobei mindestens ein Teil der Außenfläche des oberen Wandabschnitts in der Form eines Außengewindes vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl die Außenfläche des oberen Wandabschnitts als auch die Außenfläche des unteren Wandabschnitts in der Form eines spiralförmigen Außengewindes vorliegen, um ein einziges durchgehendes spiralförmiges Außengewinde auf dem ganzen Weg vom Kopf zum freien Ende des Hohlschafts zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkstück eine einzelne Substratschicht ist, die aus einem Material mit geringer Duktilität mit einer Dehnung von weniger als 3 % besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkstück zwei oder mehr überlappende Substratschichten an der Einbaustelle einschließt und wobei mindestens eine der zwei oder mehr überlappenden Substratschichten aus einem Material mit geringer Duktilität mit einer Dehnung von weniger als 3 % besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das vordere Ende des Dorns sich radial nach innen verjüngt.
Verfahren zum Einbauen einer Nietmutter, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Werkstücks mit einer Vorderseite und einer gegenüberliegenden Rückseite, das aus einer oder mehreren Substratschichten aus einem Material mit geringer Duktilität an einem Einbauort besteht, wobei das Material mit geringer Duktilität eine Dehnung von weniger als 3 % aufweist; Einführen eines mit Außengewinde versehenen Dorns durch einen Hohlschaft einer Nietmutter, sodass ein vorderes Ende des mit Außengewinde versehenen Dorns über ein freies Ende des Hohlschafts vorsteht, wobei die Nietmutter ferner einen Kopf einschließt, von dem aus sich der Hohlschaft erstreckt, wobei der Hohlschaft einen oberen Wandabschnitt, der sich von dem Kopf der Nietmutter erstreckt, und einen unteren Wandabschnitt umfasst, der sich vom oberen Wandabschnitt zum freien Ende des Hohlschafts erstreckt, wobei der untere Wandabschnitt des Hohlschafts eine Innengewindebohrung definiert und einen Gewindeeingriff mit dem mit Außengewinde versehenen Dorn herstellt und wobei jeder des oberen Wandabschnitts und des unteren Wandabschnitts des Hohlschafts eine Außenfläche aufweist, wobei mindestens ein Abschnitt der Außenfläche des oberen Wandabschnitts in der Form eines Außengewindes vorliegt; Drehen des Dorns zusammen mit der Nietmutter, während das vordere Ende des Dorns, das über das freie Ende des Hohlschafts der Nietmutter vorsteht, am Einbauort mit der Vorderseite des Werkstücks in Kontakt steht; Treiben des vorderen Ende des Dorns in und durch das Werkstück in einer Einführrichtung, während der Dorn weiter gedreht wird, bis ein Loch durch das Werkstück gebildet ist und der Kopf der Nietmutter an der Vorderseite des Werkstücks eingreift, wobei das Außengewinde des Hohlschafts der Nietmutter mit dem Werkstück ineinandergreift, wenn die Nietmutter sich dreht und durch das Loch bewegt wird, das durch das Werkstück gebildet wird, und wobei die eine oder mehreren Substratschichten, die aus einem Material mit geringer Duktilität bestehen, erwärmt und weich gemacht wird, wenn das vordere Ende des Dorns dahindurch getrieben wird; und Zurückziehen des Dorns in eine umgekehrte Richtung entgegengesetzt der Einführrichtung, während der Kopf der Nietmutter gegen die Vorderseite des Werkstücks gehalten wird, um den oberen Wandabschnitt der Nietmutter in eine sich radial nach außen erstreckende Wulst zusammenzudrücken, die auf der Rückseite des Werkstücks anliegt, wobei der Kopf der Nietmutter und die sich radial nach außen erstreckende Wulst am Einbauort eine Druckkraft gegen das Werkstück ausüben.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jede von der Außenfläche des oberen Wandabschnitts und der Außenfläche des unteren Wandabschnitts in der Form eines spiralförmigen Außengewindes vorliegt, um ein einziges durchgehendes spiralförmiges Außengewinde den ganzen Weg vom Kopf zum freien Ende des Hohlschafts zu definieren.
Nietmutter zum Einbau in ein Werkstück an einem Einbauort, wobei die Nietmutter Folgendes umfasst: einen Kopf, der eine zentrale Öffnung um eine Drehachse definiert; einen Hohlschaft, der sich entlang der Drehachse vom Kopf zu einem entgegengesetzten freien Ende der Schafts erstreckt, wobei der Hohlschaft einen oberen Wandabschnitt und einen unteren Wandabschnitt umfasst, wobei sich der obere Wandabschnitt von dem Kopf teilweise zum freien Ende des Hohlschafts erstreckt und wobei der untere Wandabschnitt sich vom oberen Wandabschnitt zum freien Ende des Schafts erstreckt, wobei der obere Wandabschnitt eine Innenfläche aufweist, die eine Ansenkung definiert, und der untere Wandabschnitt eine Innenfläche in Form eines Gewindes aufweist, die eine Innengewindebohrung definiert, wobei die Ansenkung mit der zentralen Öffnung des Kopfs und die Innengewindebohrung mit der Ansenkung in Verbindung steht und wobei jeder des oberen Wandabschnitts und des unteren Wandabschnitts des Hohlschafts eine Außenfläche aufweist, wobei mindestens ein Abschnitt der Außenfläche des oberen Wandabschnitts in der Form eines Außengewindes vorliegt.
Nietmutter nach Anspruch 9, wobei jede der Außenfläche des oberen Wandabschnitts und der Außenfläche des unteren Wandabschnitts in der Form eines spiralförmigen Außengewindes vorliegt, um ein einziges durchgehendes spiralförmiges Außengewinde zu definieren, das sich den ganzen Weg vom Kopf zum freien Ende des Hohlschafts erstreckt.