DE102020004055A1

DE102020004055A1 - Welding stud and method for fastening a component with such a welding stud

Info

Publication number: DE102020004055A1
Application number: DE102020004055.1A
Authority: DE
Inventors: Ayyoub Faghfouri
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2020-09-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schweißgewindebolzen (1) mit einem Kopf (2), wobei der Kopf (2) eine Vertiefung (3) zur Übertragung eines Drehmoments und eine erste Schweißfläche (4.1) aufweist, und mit einem vom Kopf (2) ausgehenden Schaft (5), wobei der Schaft (5) wenigstens entlang eines Teilstücks mit einem Außengewinde (6) versehen ist. Der erfindungsgemäße Schweißgewindebolzen ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (5) einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt (7.1, 7.2, 7.3) aufweist, wobei der erste Abschnitt (7.1) an seiner Mantelfläche eine zweite Schweißfläche (4.2) ausbildet, der Schaft (5) entlang wenigstens eines Teilstücks des zweiten Abschnitts /7.2) mit dem Außengewinde (6) versehen ist und der dritte Abschnitt (7.3) einen Bohrer (8) ausbildet. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils (9) an einem Blech (10) mit Hilfe eines Schweißgewindebolzens (1).

The invention relates to a weld thread stud (1) with a head (2), the head (2) having a recess (3) for transmitting a torque and a first welding surface (4.1), and with a shaft (2) extending from the head (2). 5), the shaft (5) being provided with an external thread (6) at least along a section. The threaded weld stud according to the invention is characterized in that the shaft (5) has a first, second and third section (7.1, 7.2, 7.3), the first section (7.1) forming a second welding surface (4.2) on its outer surface, the shaft ( 5) is provided with the external thread (6) along at least a part of the second section /7.2) and the third section (7.3) forms a drill (8). The invention also relates to a method for fastening a component (9) to a sheet metal (10) with the aid of a welded threaded bolt (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißgewindebolzen nach der im Oberbergriff von Anspruch 1 näher definierten Art sowie ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils mit Hilfe eines solchen Schweißgewindebolzens nach der im Oberbegriff von Anspruch 4 näher definierten Art.The invention relates to a weld thread stud according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1 and a method for fastening a component with the aid of such a weld thread stud according to the type defined in more detail in the preamble of claim 4.

Bei der Herstellung von Maschinen kommt es häufig vor, dass Bauteile aneinander befestigt werden müssen. Häufig wird dabei ein Bauteil von einem Blech ausgebildet. Insbesondere bei Maschinen, welche einer starken Schwingungsanregung unterliegen, werden hohe Anforderungen an eine maximale Belastbarkeit der Befestigung des Bauteils am Blech gestellt.In the manufacture of machines it often happens that components have to be fastened together. Often a component is formed from sheet metal. Particularly in the case of machines that are subject to strong vibration excitation, high demands are placed on the maximum load capacity of the fastening of the component to the sheet metal.

Dies ist beispielsweise bei Fahrzeugen der Fall, bei denen Bauteile wie Steuergeräte, Kabel, Halter und/oder Leitungen an einem Karosserieblech des Fahrzeugs zu befestigen sind. Hier haben sich sogenannte Tucker-Bolzen bewährt, bei denen es sich um Bolzen oder Stifte handelt, welche einen Kopf oder eine Schweißwarze zum Anschweißen des Bolzens bzw. des Stifts an der Fahrzeugkarosserie aufweisen. Das Verschweißen der Tucker-Bolzen erfolgt dabei üblicherweise durch Reibschweißen. Nachteilig ist dabei, dass eine entstehende Schweißverbindung fehlerhaft sein kann, wodurch sich die Bolzen lösen können. Ferner werden sämtliche Verspannungskräfte zur Befestigung der Bauteile an der Fahrzeugkarosserie über die Schweißnaht in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet, weshalb zum Verhindern eines Abscherens der Tucker-Bolzen an der Schweißnaht lediglich geringe Verspannungskräfte, wie ein zulässiges Drehmoment zur Befestigung von auf den Tucker-Bolzen geschraubten Muttern, zulässig sind.This is the case, for example, in vehicles in which components such as control units, cables, holders and / or lines are to be attached to a body panel of the vehicle. So-called Tucker bolts, which are bolts or pins which have a head or a welding protrusion for welding the bolt or the pin to the vehicle body, have proven successful here. The welding of the Tucker bolts is usually done by friction welding. The disadvantage here is that a weld connection that is created can be faulty, as a result of which the bolts can loosen. Furthermore, all tensioning forces for fastening the components to the vehicle body are introduced into the vehicle body via the weld seam, which is why only low tension forces, such as a permissible torque for fastening nuts screwed onto the Tucker bolts, to prevent the Tucker bolts from shearing off at the weld seam, are permitted.

Zur Erhöhung einer maximalen Belastbarkeit der Schweißverbindung zwischen einem Befestigungselement, beispielsweise einem Tucker-Bolzen, sind aus dem Stand der Technik sogenannte Schweißschrauben bekannt, bei denen es sich analog zu Tucker-Bolzen um ein Befestigungselement mit einem Kopf und einem daran angeschlossenen Schaft, welcher mit einem Gewinde versehen ist, handelt. Zur Erhöhung der Belastbarkeit der Schweißverbindung wird das Blech mit Durchgangslöchern versehen, durch die der Schaft der Schweißschraube geführt wird, woraufhin die Schweißschraube mit ihrem Kopf an einer dem Kopf zugewandten Seite des Bleches verschweißt wird. Somit erstreckt sich die Schweißschraube auf beiden Seiten des Bleches, was ein Herausfallen oder Lösen der Verbindung zwischen Schweißschraube und Blech erschwert. So ist aus der DE 10 2006 036 237 A1 eine Schweißschraube bekannt, welche an einer dem Blech zugewandten Seite des Kopfes einen konzentrisch zum Schaft verlaufenden Schweißring aufweist, mit dessen Hilfe eine definierte Schweißfläche zwischen Schweißschraube und Blech erzeugt wird. Hierdurch lässt sich zwar eine höhere Belastbarkeit der Schweißverbindung erzielen, jedoch liegt ein Restpotenzial zur Erhöhung einer Belastbarkeit der Schweißverbindung vor, da bei der offenbarten Schweißschraube durch Aufweisen des Schweißrings nur eine geringe Fläche zur Ausbildung der Schweißnaht genutzt wird. Ferner ist ein erhöhter Fertigungsaufwand zum Herstellen einer Verbindung zwischen Schweißschraube und Blech notwendig, da das Blech in einem vorherigen Arbeitsschritt mit den Durchgangslöchern versehen werden muss.To increase the maximum load-bearing capacity of the welded connection between a fastening element, for example a Tucker bolt, so-called welding screws are known from the prior art, in which, analogously to Tucker bolts, a fastening element with a head and a shaft connected to it, which with is threaded, acts. To increase the load-bearing capacity of the welded connection, the sheet metal is provided with through holes through which the shaft of the welding screw is passed, whereupon the welding screw is welded to its head on a side of the sheet metal facing the head. The welding screw thus extends on both sides of the sheet metal, which makes it difficult for the connection between the welding screw and sheet metal to fall out or loosen. So is from the DE 10 2006 036 237 A1 a welding screw is known which, on a side of the head facing the sheet metal, has a welding ring running concentrically to the shaft, with the aid of which a defined welding surface is produced between the welding screw and sheet metal. This allows a higher load capacity of the welded connection to be achieved, but there is a residual potential for increasing the load capacity of the welded connection, since with the disclosed welding screw only a small area is used to form the weld seam due to the welding ring. Furthermore, an increased production effort is necessary to establish a connection between the welding screw and the sheet metal, since the sheet metal must be provided with the through holes in a previous work step.

Ferner ist aus der DE 10 2007 025 888 A1 eine Anordnung zum Verbinden von Bauteilen durch Schrauben und Schweißen bekannt, bei der ein Bauteil mit Hilfe einer Schweißschraube an einem weiteren Bauteil befestigt wird. Dabei weist die Schweißschraube eine zusätzliche Dichtung in Form eines temperaturbeständigen Kunststoffelements aus. Dieses wird bei einem Schweißvorgang erhitzt und aufgeschmolzen, wodurch eine Dichtwirkung zwischen Schweißschraube und Bauteil verbessert wird. Nachteilig ist dabei jedoch, dass zur Ausbildung der Dichtung ein separates Bauelement in Form des Kunststoffdichtelements benötigt wird, und ebenfalls zum Einführen der Schweißschraube in das Bauteil dieses mit einem Loch versehen werden muss.Furthermore, from the DE 10 2007 025 888 A1 an arrangement for connecting components by screwing and welding is known, in which a component is attached to another component with the aid of a welding screw. The welding screw has an additional seal in the form of a temperature-resistant plastic element. This is heated and melted during a welding process, which improves the sealing effect between the welding screw and the component. The disadvantage here, however, is that a separate component in the form of the plastic sealing element is required to form the seal, and that the welding screw must also be provided with a hole in order to insert the welding screw into the component.

Aus der DE 103 08 470 A1 ist eine selbstbohrende Schraube bekannt, welche einen Schraubenkopf mit einem sich daran anschließenden Schaft, welcher mit einem Gewinde versehen ist, aufweist, an dessen vorderen Ende eine Bohrspitze angeschweißt ist. Diese besteht aus HSS und weist die Geometrie eines Spiralbohrers auf. Mit Hilfe einer solchen selbstbohrenden Schraube lässt sich der Arbeitsaufwand zum Befestigen von Bauteilen reduzieren, da zum Durchführen der selbstbohrenden Schraube durch das erste Bauteil dieses vorab nicht mit einem Loch versehen werden muss, da das Loch beim Hineinschrauben der selbstbohrenden Schraube in das Bauteil direkt gebohrt wird. Nachteilig ist dabei jedoch, dass ein erhöhter Herstellungsaufwand zur Produktion der selbstbohrenden Schraube notwendig ist. Dies liegt daran, dass die Bohrspitze an den Schaft der selbstbohrenden Schraube geschweißt werden muss. Ferner wiest die offenbarte selbstbohrende Schraube keine Einrichtung zur Befestigung an einem Blech auf.From the DE 103 08 470 A1 a self-drilling screw is known which has a screw head with an adjoining shank which is provided with a thread, at the front end of which a drill bit is welded. This consists of HSS and has the geometry of a twist drill. With the help of such a self-drilling screw, the work involved in fastening components can be reduced, since the first component does not have to be provided with a hole in order to pass the self-drilling screw through, since the hole is drilled directly into the component when the self-drilling screw is screwed into it . The disadvantage here, however, is that an increased manufacturing effort is necessary for the production of the self-drilling screw. This is because the drill bit needs to be welded to the shank of the self-drilling screw. Furthermore, the disclosed self-drilling screw has no means for fastening to a sheet metal.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen an einem Blech anzugeben, welche gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Befestigungselementen eine erhöhte Belastbarkeit aufweist und durch eine einfache Verarbeitung gekennzeichnet ist.The present invention is based on the object of specifying a device for fastening components to a sheet metal which, compared with fastening elements known from the prior art, has an increased load capacity and is characterized by simple processing.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Schweißgewindebolzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils an einem Blech mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen. According to the invention, this object is achieved by a weld thread stud having the features of claim 1 and a method for fastening a component to a sheet metal having the features of claim 4. Advantageous refinements and developments result from the dependent claims.

Bei einem Schweißgewindebolzen mit einem Kopf, wobei der Kopf eine Vertiefung zur Übertragung eines Drehmoments und eine erste Schweißfläche aufweist, und mit einem vom Kopf ausgehenden Schaft, wobei der Schaft wenigstens entlang eines Teilstücks mit einem Außengewinde versehen ist, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Schaft einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt an seiner Mantelfläche eine zweite Schweißfläche ausbildet, der Schaft entlang wenigstens eines Teilstücks des zweiten Abschnitts mit dem Außengewinde versehen ist und der dritte Abschnitt einen Bohrer ausbildet.In the case of a weld thread stud with a head, the head having a recess for transmitting a torque and a first welding surface, and with a shaft extending from the head, the shaft being provided with an external thread at least along a section, this object is achieved in that the shank has a first, second and third section, the first section forming a second welding surface on its lateral surface, the shank being provided with the external thread along at least a portion of the second section and the third section forming a drill.

Mit Hilfe der drei Abschnitte ist der Schweißgewindebolzen dazu in der Lage, drei unterschiedliche Funktionen zu erfüllen. Durch den vom dritten Abschnitt ausgebildeten Bohrer ist der Schweißgewindebolzen dazu eingerichtet, ein Durchgangsloch zum Durchführen des Schweißgewindebolzens durch ein Blech, an welchem er zu befestigen ist, selbstständig zu erzeugen. Der zweite Abschnitt dient zur Befestigung eines Bauteils am Schweißgewindebolzen. Mit Hilfe des ersten Abschnitts lässt sich eine besonders zuverlässige Schweißverbindung zwischen Schweißgewindebolzen und Blech herstellen. Dadurch, dass der Schweißgewindebolzen zwei Schweißflächen aufweist, lässt sich eine Belastbarkeit der Schweißverbindung steigern. Dies begründet sich zum einen durch eine vergrößerte Schweißfläche sowie einer unterschiedlichen Ausrichtung der Schweißflächen zueinander. Dabei liegt die erste Schweißfläche an einer dem Blech zugewandten Seite des Kopfes vor, wobei die zweite Schweißfläche um einen Umfang des Schweißgewindebolzens verläuft und von diesem in eine radiale Richtung zum Blech zeigt. Mit Hilfe der zweiten Schweißfläche lässt sich eine besonders zuverlässige Dichtigkeit der Schweißverbindung erzielen, wodurch auf das Vorsehen eines separaten Dichtelements verzichtet werden kann. Eine Erstreckung der zweiten Schweißfläche in eine axiale Richtung, in der sich der Schaft erstreckt, kann dabei einer Blechdicke des Blechs in eben diese Richtung entsprechen. Bei einem Blech mit einer Stärke von 1 oder 2 mm entspricht somit die Ausdehnung der zweiten Schweißfläche in die axiale Richtung ebenfalls 1 oder 2 mm.With the help of the three sections, the weld stud is able to fulfill three different functions. By means of the drill formed by the third section, the welding thread bolt is set up to independently produce a through hole for passing the welding thread bolt through a metal sheet to which it is to be attached. The second section is used to attach a component to the weld stud. With the aid of the first section, a particularly reliable welded connection can be made between the weld thread stud and the sheet metal. The fact that the weld thread stud has two weld surfaces makes it possible to increase the load capacity of the weld connection. This is due, on the one hand, to an enlarged welding surface and a different alignment of the welding surfaces to one another. The first welding surface is located on a side of the head facing the sheet metal, the second welding surface running around a circumference of the welding thread bolt and pointing from this in a radial direction towards the sheet metal. With the aid of the second welding surface, a particularly reliable tightness of the welded connection can be achieved, whereby the provision of a separate sealing element can be dispensed with. An extension of the second welding surface in an axial direction in which the shaft extends can correspond to a sheet thickness of the sheet in precisely this direction. In the case of a sheet metal with a thickness of 1 or 2 mm, the expansion of the second welding surface in the axial direction also corresponds to 1 or 2 mm.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Schweißgewindebolzens sieht vor, dass das Außengewinde als Grobgewinde oder als metrisches ISO-Gewinde ausgeführt ist. Hierbei handelt es sich um bewährte Gewindetypen zur Befestigung von Bauteilen. Somit lässt sich eine breite Vielfalt verschiedener Bauteile mit dem offenbarten Schweißgewindebolzen befestigen.An advantageous development of the welded stud provides that the external thread is designed as a coarse thread or as a metric ISO thread. These are proven thread types for fastening components. Thus, a wide variety of different components can be fastened with the disclosed weld stud.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schweißgewindebolzens ist die Vertiefung zur Übertragung des Drehmoments als eines der folgenden Formelemente ausgeführt:

- als Innen-Sechskant;
- als Innen-Vierkant; oder
- als Innen-Sechsrund.

Besagte Formelemente stellen ebenfalls bewährte Formelemente zur Übertragung von Drehmomenten durch einen Schraubenkopf dar. Durch das Aufweisen der Vertiefung wird zum einen eine Angriffsfläche zum Einleiten des Drehmoments in den Schweißgewindebolzen erzeugt, was eine Befestigung von Bauteilen mit dem Schweißgewindebolzen vereinfacht, zudem können aufgrund des Nutzens etablierter Formelemente Standardwerkzeuge zum Einbringen des Drehmoments verwendet werden. Somit wird eine einfache Verarbeitung des Schweißgewindebolzens sichergestellt.According to a further advantageous embodiment of the welded stud, the recess for transmitting the torque is designed as one of the following shaped elements:

- as an internal hexagon;
- as an internal square; or
- as an inner six-circle.

Said form elements are also proven form elements for the transmission of torques through a screw head. By having the recess, on the one hand, an engagement surface for introducing the torque into the welded stud is created, which simplifies the fastening of components with the welded stud Form elements Standard tools can be used to introduce the torque. This ensures easy processing of the weld thread stud.

Bei einem Verfahren zum Befestigen eines Bauteils an einem Blech mit Hilfe eines solchen Schweißgewindebolzens wird der Schweißgewindebolzen erfindungsgemäß in einem ersten Arbeitsschritt mit dem Blech verbunden, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

- Bohren eines Durchgangslochs durch das Blech mit Hilfe eines am Schweißgewindebolzen ausgebildeten Bohrers;
- Durchführen des Schweißgewindebolzens durch das Durchgangsloch, bis ein vom Schweißgewindebolzen umfasster Kopf auf dem Blech unmittelbar anliegt;
- Verschweißen des Schweißgewindebolzens mit dem Blech, wobei eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Schweißgewindebolzen und Blech an einer ersten und/oder einer zweiten vom Schweißgewindebolzen umfassten Schweißfläche erzeugt wird.

In a method for attaching a component to a sheet metal with the help of such a welded stud, the welded stud is connected to the sheet according to the invention in a first work step, the following process steps being carried out:

- Drilling a through hole through the sheet metal with the aid of a drill formed on the weld thread bolt;
- Passing the weld stud through the through hole until a head encompassed by the weld stud rests directly on the sheet metal;
- Welding the weld thread stud to the sheet metal, a material connection between the weld thread stud and the sheet metal being produced on a first and / or a second welding surface encompassed by the weld thread stud.

Somit wird eine Befestigung des Schweißgewindebolzens an einem Blech, welches keine Löcher aufweist, in einem Arbeitsschritt ermöglicht. Somit lässt sich ein Arbeitsaufwand zum Befestigen des Schweißgewindebolzens am Blech reduzieren. Mit Hilfe der im Kopf vorliegenden Vertiefung lässt sich zudem ein Drehmoment zum Durchbohren des Schweißgewindebolzens durch das Blech einfach in den Schweißgewindebolzen einleiten. Dadurch, dass das Blech in der Regel eine im Vergleich zum Schweißgewindebolzen geringe Erstreckung in Richtung eines vom Schweißgewindebolzen umfassten Schafts aufweist, werden keine besonderen Ansprüche an eine Härte oder Temperaturbeständigkeit des durch den Schweißgewindebolzen ausgebildeten Bohrers gestellt. Dieser kann somit aus einem gleichen Material wie der Schaft des Schweißgewindebolzens bestehen. Eine Härtung einer Oberfläche des Bohrers ist nicht notwendig. Es ist jedoch möglich, den Bohrer aus einem anderen Material zu fertigen wie den Schaft und diesen auch zu Härten, wenn an den Schweißgewindebolzen gestellte Anforderungen dies erfordern. Ferner kann eine Erstreckung des Bohrers in eine axiale Richtung geringer sein als eine Erstreckung des Schafts in diese Richtung, da lediglich ein Durchgangsloch mit einer geringen Tiefe in das Blech einzubringen ist.This enables the welding thread stud to be fastened to a sheet metal which has no holes in one work step. In this way, the amount of work required to fasten the weld thread bolt to the sheet metal can be reduced. With the aid of the indentation in the head, a torque for drilling through the welded stud through the sheet metal can also be easily introduced into the welded stud. The fact that the sheet metal usually has a small extension in comparison to the weld thread stud Has the direction of a shaft encompassed by the welded stud, no special demands are made on a hardness or temperature resistance of the drill formed by the welded stud. This can thus consist of the same material as the shank of the weld thread bolt. It is not necessary to harden a surface of the drill. However, it is possible to manufacture the drill from a different material than the shank and also to harden it if the requirements placed on the weld thread stud require this. Furthermore, an extension of the drill in an axial direction can be less than an extension of the shaft in this direction, since only a through hole with a small depth needs to be made in the sheet metal.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Verschweißen des Schweißgewindebolzens mit dem Blech durch Reibschweißen. Dabei handelt es sich um ein in der Fahrzeugfertigung bewährtes Schweißverfahren. Somit kann eine Schweißverbindung zwischen Schweißgewindebolzen und Blech besonders einfach und schnell hergestellt werden. Ferner eignet sich Reibschweißen für eine Fertigung in Großserie.According to an advantageous further development of the method, the welding thread bolt is welded to the sheet metal by friction welding. This is a welding process that has proven itself in vehicle manufacturing. In this way, a welded connection between the weld thread stud and the sheet metal can be produced particularly easily and quickly. Friction welding is also suitable for large-scale production.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in einem zweiten Arbeitsschritt das Bauteil am Blech befestigt wird, indem wenigstens ein Schweißgewindebolzen durch wenigstens ein vom Bauteil umfasstes Durchgangsloch geführt wird, sodass das Bauteil wenigstens mit einer Teilfläche auf dem Blech aufliegt, und anschließend zum Aufprägen einer Anpresskraft zur kraftschlüssigen Verbindung des Bauteils mit dem Blech eine Mutter über den Schweißgewindebolzen geführt an diesem festgezogen wird.An advantageous embodiment of the method provides that, in a second work step, the component is fastened to the sheet metal by at least one threaded welding bolt being guided through at least one through hole encompassed by the component, so that at least one part of the component rests on the sheet metal, and then for embossing a contact force for a force-fit connection of the component with the sheet metal, a nut is tightened guided over the welding thread bolt on the latter.

Durch die offenbarte Verbindung des Schweißgewindebolzens am Blech lässt sich ein Drehmoment zum Festziehen der Mutter auf dem Schweißgewindebolzen vergrößern, da eine Belastbarkeit der Schweißverbindung zwischen Schweißgewindebolzen und Blech mit Hilfe des offenbarten Schweißgewindebolzens und des offenbarten Verfahrens zur Befestigung des Schweißgewindebolzens am Blech gesteigert werden kann. Somit wird eine gegenüber dem Stand der Technik zuverlässigere Befestigung des Bauteils am Blech gewährleitstet. Dies wird dadurch unterstützt, dass der Schweißgewindebolzen mit seinem Kopf aus Richtung des Bauteils hinter dem Blech liegt, wodurch ein Herausfallen des Schweißgewindebolzens aufgrund dieser Hinterschneidung verhindert wird. Somit liegen zwei Befestigungsmechanismen des Schweißgewindebolzens am Blech vor: Zum einen die Schweißverbindung zwischen Schweißgewindebolzen und Blech sowie die Pressung des Bauteils auf das Blech mit Hilfe der auf dem Schweißgewindebolzen festgezogenen Mutter. Dabei dient eine Bohrerspitze als Zentrier- und Einfädelhilfe zum Anbringen der Mutter auf dem Schweißgewindebolzen.The disclosed connection of the welded stud on the sheet metal allows a torque for tightening the nut on the welded stud to be increased, since the load-bearing capacity of the welded connection between the welded stud and the sheet metal can be increased with the aid of the disclosed welded stud and the disclosed method for fastening the welded stud to the sheet. This ensures that the component is fastened to the sheet metal more reliably than in the prior art. This is supported by the fact that the head of the welding thread bolt lies behind the sheet metal from the direction of the component, which prevents the welding thread bolt from falling out due to this undercut. Thus, there are two fastening mechanisms of the welded stud on the sheet metal: On the one hand, the welded connection between the welded stud and the sheet metal and the pressing of the component onto the sheet with the help of the nut tightened on the welded stud. A drill bit serves as a centering and threading aid for attaching the nut to the weld stud.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird alternativ der Schweißgewindebolzen mit einem Metallkleber am Blech befestigt. Dies ermöglicht eine Befestigung des Schweißgewindebolzens am Blech für den Fall, dass keine Reibschweißmaschine zum Herstellen der Schweißverbindung vorliegt oder kein Werkzeug zum Durchbohren des Schweißgewindebolzens in das Blech vorhanden ist. Außerdem lässt sich so ein Schweißgewindebolzen, dessen Schweißverbindung zum Blech versagt hat, wieder an diesem anbringen. Somit ist ein einfaches Reparieren der Verbindung möglich.According to a further advantageous embodiment of the method, the welding thread bolt is alternatively attached to the sheet metal with a metal adhesive. This enables the welding stud to be fastened to the sheet metal in the event that there is no friction welding machine for producing the welded connection or there is no tool for drilling through the welding stud in the sheet metal. In addition, a welded threaded bolt whose welded connection to the sheet metal has failed can be reattached to the sheet metal. This makes it easy to repair the connection.

Bevorzugt wird das Blech zur Ausbildung eines Karosserieteils eines Fahrzeugs eingesetzt. Somit wird eine Anwendung des Schweißgewindebolzens in der Fahrzeugbranche sichergestellt. Hierbei handelt es sich um Massenfertigung, was kurze Taktzeiten und hohe Zuverlässigkeit erfordert, wobei diese Anforderungen mit Hilfe des offenbarten Schweißgewindebolzens und des offenbarten Verfahrens zum Befestigen des Bauteils an einem Blech, welches einen Teil einer Fahrzeugkarosserie ausbildet, besonders eignet.The sheet metal is preferably used to form a body part of a vehicle. This ensures that the welded stud can be used in the automotive industry. This is mass production, which requires short cycle times and high reliability, these requirements being particularly suitable with the aid of the disclosed threaded weld stud and the disclosed method for fastening the component to a sheet metal which forms part of a vehicle body.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schweißgewindebolzens und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befestigen eines Bauteils an einem Blech ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.Further advantageous refinements of the weld thread stud according to the invention and the method according to the invention for fastening a component to a sheet metal also result from the exemplary embodiment, which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schweißgewindebolzens;
2 eine Schnittansicht einer Baugruppe eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schweißgewindebolzens an einem Blech befestigten Bauteils;
3 eine perspektivische Darstellung der Baugruppe; und
4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befestigen des Bauteils am Blech.

Show:

1 a perspective view of a weld stud according to the invention;
2 a sectional view of an assembly of a component fastened to a sheet metal with the aid of the weld thread bolt according to the invention;
3 a perspective view of the assembly; and
4th a flow chart of a method according to the invention for fastening the component to the sheet metal.

Bei dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Schweißgewindebolzen 1 handelt es sich um ein rotationssymmetrisches Bauteil mit einer Mittelachse A, welche in eine axiale Richtung a verläuft, wobei sich der Schweißgewindebolzen 1 entlang eben dieser axialen Richtung a und einer dazu orthogonalen radialen Richtung r erstreckt und eine Rotationssymmetrie in eine Umfangsrichtung u aufweist. Der Schweißgewindebolzen 1 umfasst an einem axialen Ende einen Kopf 2, welcher eine in 2 dargestellte Vertiefung 3 zum Einleiten eines Drehmoments aufweist. Der Kopf 2 kann dabei wie in 1 gezeigt einen kreisrunden Querschnitt, einen beliebigen anderen rotationssymmetrischen Querschnitt oder einen asymmetrischen Querschnitt aufweisen. Der Kopf 2 weist eine Kopflänge a_k in Richtung der axialen Richtung a sowie einen Kopfdurchmesser D_k in radialer Richtung r auf. Ferner schließt sich an den Kopf 2 in axialer Richtung a ein Schaft 5 an, welcher in drei Abschnitte 7.1, 7.2 und 7.3 unterteilt ist. Der Kopfdurchmesser D_k ist dabei größer als ein jeglicher Durchmesser eines der Abschnitte des Schafts 5. Somit lässt sich der Schweißgewindebolzen 1 durch einen von einem Blech 10, welches in 2 dargestellt ist, umfassten Durchgangslochs hindurchführen, sodass der Kopf 2 auf dem Blech 10 unmittelbar anliegt und ein Herausfallen des Schweißgewindebolzens 1 aus dem Durchgangsloch verhindert. Der Kopf 2 weist ferner eine erste Schweißfläche 4.1 auf einer sich in der radialen Richtung r und der Umfangsrichtung u erstreckenden Ebene liegenden dem Schaft 5 zugewandten Seite auf. Mit Hilfe der ersten Schweißfläche 4.1 lässt sich der Schweißgewindebolzen 1 mit dem Blech 10 verschweißen, vorteilhafterweise durch Reibschweißen. Der Kopf 2 und der Schaft 5 sind sp zueinander ausgerichtet, dass Mittelpunkte ihres Querschnitts konzentrisch zueinander auf der Mittelachse A liegen. Der erste Abschnitt 7.1 schließt sich dabei in axialer Richtung unmittelbar an den Kopf 2 an. Der erste Abschnitt 7.1 weist eine Länge a₁ in axialer Richtung a auf und bildet an seiner Mantelfläche eine zweite Schweißfläche 4.2 aus. Mit Hilfe der zweiten Schweißfläche 4.2 lässt sich der Schweißgewindebolzen 1 in radialer Richtung r mit dem Blech 10 verschweißen. Somit lässt sich zum einen eine Gesamtfläche einer Schweißnaht vergrößern und zum anderen weisen die erste und die zweite Schweißfläche 4.1 und 4.2 zwei zueinander orthogonale Flächennormalen auf, wodurch eine Belastbarkeit der Schweißverbindung gesteigert werden kann. Ferner wird hiermit eine Dichtigkeit des Durchgangslochs gewährleistet. Die Länge a₁ des ersten Abschnitts 7.1 entspricht vorteilhafterweise einer Blechdicke des Blechs 10. Beispielsweise kann diese 1 mm oder 2 mm betragen. An den ersten Abschnitt 7.1 schließt sich in axialer Richtung a unmittelbar der zweite Abschnitt 7.2 an, welcher eine Länge a₂ aufweist. Der zweite Abschnitt 7.2 ist wenigstens entlang eines Teilstücks mit einem Außengewinde 6 versehen, welches eine Gewindelänge a_G aufweist. Die Gewindelänge a_G kann dabei gleich oder kleiner der Länge a₂ des zweiten Abschnitts 7.2 sein. Insbesondere beginnt das Außengewinde 6 an einen den Kopf 2 abgewandten Ende des zweiten Abschnitts 7.2 und erstreckt sich in Richtung des Kopfes 2. Somit lässt sich eine in 2 dargestellte Mutter 11 auf den Schweißgewindebolzen 1 überstülpen und auf dem Außengewinde 6 festziehen. An den zweiten Abschnitt 7.2 schließt sich in axialer Richtung unmittelbar der dritte Abschnitt 7.3 an, welcher eine erste Länge a₃₁ und eine zweite Länge a₃₂ aufweist. Der dritte Abschnitt 7.3 bildet einen Bohrer 8 aus. Dabei weist der Bohrer 8 in dem Teil des dritten Abschnitts 7.3, der die Länge a₃₂ aufweist, eine Bohrerspitze 8.2 auf, welche als Zentrier- und Einfädelhilfe zum Überführen der Mutter 11 auf den Schweißgewindebolzen 1 dient. Ferner weist der Bohrer 8 in dem Abschnitt, der die Länge a₃₁ aufweist, Schneidkanten 8.1 auf. Dabei kann eine beliebige Anzahl an Schneidkanten 8.1 am Bohrer 8 vorgesehen sein. Die einzelnen Abschnitte 7.1, 7.2 und 7.3 des Schafts 5 sowie des Kopfes 2 können dasselbe oder ein unterschiedliches Material umfassen. Umfasst der komplette Schweißgewindebolzen 1 ein einziges Material, so lässt er sich besonders einfach herstellen. Beispielsweise lässt sich jedoch auch der dritte Abschnitt 7.3 zur Ausbildung des Bohrers 8 aus einem Material mit einer besonders hohen Härte herstellen, um einen Bohrvorgang zuverlässig durchzuführen. Vorteilhafterweise wird der Bohrer 8 jedoch eingesetzt, um Durchgangslöcher in ein Blech 10 zu bohren, aufgrund der geringen Blechdicke werden jedoch keine hohen Anforderungen an einer Bohrerhärte gestellt, zudem lässt sich die Länge a₃₁ und a₃₂ des Bohrers 8 im Vergleich zum restlichen Schaft 5 kurz ausführen.The in 1 illustrated weld stud according to the invention 1 it is a rotationally symmetrical component with a central axis A, which runs in an axial direction a, with the weld stud 1 extends along precisely this axial direction a and a radial direction r orthogonal thereto and has a rotational symmetry in a circumferential direction u. The weld stud 1 comprises a head at one axial end 2 which one in 2 depicted depression 3 for introducing a torque. The head 2 can be used as in 1 shown have a circular cross section, any other rotationally symmetrical cross section or an asymmetrical cross section. The head 2 has a head length a _k in the direction of the axial direction a and a head diameter D _k in the radial direction r. It also closes on the head 2 a shaft in the axial direction a 5 at which in three sections 7.1 , 7.2 and 7.3 is divided. The head diameter D _k is larger than any diameter of one of the sections of the shaft 5 . Thus, the weld stud 1 through one of a sheet 10 which is in 2 is shown, included through hole pass so that the head 2 on the sheet 10 is in direct contact and the weld stud bolt will fall out 1 prevented from the through hole. The head 2 also has a first welding surface 4.1 on a plane extending in the radial direction r and the circumferential direction u, the shaft 5 facing side. With the help of the first welding surface 4.1 can be the welding stud 1 with the sheet 10 weld, advantageously by friction welding. The head 2 and the shaft 5 are aligned with each other sp that center points of their cross-section are concentric to each other on the central axis A. The first paragraph 7.1 closes directly on the head in the axial direction 2 on. The first paragraph 7.1 has a length a ₁ in the axial direction a and forms a second welding surface on its lateral surface 4.2 out. With the help of the second welding surface 4.2 can be the welding stud 1 in the radial direction r with the sheet 10 weld. Thus, on the one hand, a total area of a weld seam can be increased and, on the other hand, the first and second weld areas face 4.1 and 4.2 two mutually orthogonal surface normals, whereby the load-bearing capacity of the welded connection can be increased. This also ensures that the through hole is sealed. The length a _{1 of} the first section 7.1 advantageously corresponds to a sheet metal thickness of the sheet metal 10 . For example, this can be 1 mm or 2 mm. To the first section 7.1 the second section closes directly in the axial direction a 7.2 which has a length a ₂ . The second section 7.2 is at least along a section with an external thread 6th provided, which has a thread length a _G. The thread length a _G can be equal to or less than the length a _{2 of} the second section 7.2 be. In particular, the external thread begins 6th to one's head 2 remote end of the second section 7.2 and extends towards the head 2 . Thus, an in 2 depicted mother 11 on the weld stud 1 Slip over and on the external thread 6th tighten. The second section 7.2 the third section closes directly in the axial direction 7.3 which has a first length a ₃₁ and a second length a ₃₂ . The third section 7.3 forms a drill 8th out. The drill points 8th in the part of the third section 7.3 , which has the length a ₃₂ , a drill tip 8.2 on which as a centering and threading aid for transferring the mother 11 on the weld stud 1 serves. Furthermore, the drill 8th in the section which has the length a ₃₁ , cutting edges 8.1 on. Any number of cutting edges can be used 8.1 on the drill 8th be provided. The individual sections 7.1 , 7.2 and 7.3 of the shaft 5 as well as the head 2 may comprise the same or a different material. Includes the complete weld thread stud 1 a single material, it is particularly easy to manufacture. For example, the third section can also be used 7.3 for training the drill 8th Manufactured from a material with a particularly high hardness in order to reliably carry out a drilling process. Advantageously, the drill 8th however used to make through holes in a sheet metal 10 to drill, due to the thin sheet metal, however, no high demands are placed on the hardness of the drill, and the length a ₃₁ and a _{32 of} the drill can also be used 8th compared to the rest of the shaft 5 run briefly.

2 verdeutlicht die Befestigung eines Bauteils 9 am Blech 10 mit Hilfe des Schweißgewindebolzens 1. Dabei ist der Schweißgewindebolzen 1 in ein von ihm umfassten Bohrer 8 gebohrtes Durchgangsloch in das Blech 10 geführt und an seinen Schweißflächen 4.1 und 4.2 mit dem Blech 10 verschweißt. Somit sitzt der Schweißgewindebolzen 1 besonders sicher und fest am Blech 10, wodurch das Bauteil 9 mit vom Bauteil 9 umfassten Öffnungen über den Schaft 5 geführt werden kann und anschließend mit einer danach über den Schaft 5 geführten Mutter 11 mit dem Blech 10 verpresst wird. Dadurch, dass die Schweißverbindung eine besonders hohe Belastbarkeit gegenüber dem Stand der Technik aufweist, kann die Mutter 11 besonders fest angezogen werden und somit das Bauteil 9 besonders zuverlässig mit dem Blech 10 verpressen. Zum Einbringen eines Drehmoments zum Einbohren des Schweißgewindebolzens 1 in das Blech 10 kann die Vertiefung 3 als Innen-Sechskant, Innen-Vierkant oder Innen-Sechsrund ausgeführt sein. Somit lassen sich bewährte und breit verfügbare Werkzeuge zum Einschrauben des Schweißgewindebolzens 1 nutzen. 2 illustrates the attachment of a component 9 on sheet metal 10 with the help of the welding stud 1 . Here is the weld stud 1 in a drill he encompasses 8th drilled through hole in the sheet metal 10 guided and on its welding surfaces 4.1 and 4.2 with the sheet 10 welded. The weld stud is thus seated 1 particularly safe and firm on the sheet metal 10 , making the component 9 with the component 9 included openings across the shaft 5 can be guided and then with a then over the shaft 5 run mother 11 with the sheet 10 is pressed. Because the welded connection has a particularly high load capacity compared to the prior art, the nut can 11 must be tightened particularly firmly and thus the component 9 particularly reliable with the sheet metal 10 press. For introducing a torque for drilling in the welding thread stud 1 in the sheet 10 can the deepening 3 be designed as an internal hexagon, internal square or internal hexagon. In this way, tried and tested and widely available tools for screwing in the welding thread stud can be used 1 use.

3 verdeutlicht die in 2 gezeigte Darstellung noch einmal in einer perspektivischen Darstellung. Hierbei weist das Bauteil 9 lediglich ein Durchgangsloch zur Aufnahme eines Schweißgewindebolzens 1 auf. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Bauteil 9 eine beliebige Anzahl an Durchgangslöchern zur Aufnahme einer beliebigen Anzahl an Schweißgewindebolzen 1 für eine noch zuverlässigere Befestigung am Blech 10 aufweist. 3 illustrates the in 2 The representation shown again in a perspective representation. Here the component 9 only a through hole for receiving a welded stud 1 on. However, it is also conceivable that the component 9 any number Through holes to accommodate any number of welding studs 1 for an even more reliable attachment to the sheet metal 10 having.

4 verdeutlicht einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens 400 zum Befestigen des Bauteils 9 am Blech 10. Das Verfahren 400 weist einen ersten Arbeitsschritt 410 auf, wobei im ersten Verfahrensschritt 411 mit Hilfe des vom Schweißgewindebolzens 1 umfassten Bohrers 8 ein Durchgangsloch in das Blech 10 gebohrt wird. Anschließend wird im Verfahrensschritt 412 der Schweißgewindebolzen 1 durch das Durchgangsloch geführt, sodass er mit seiner von ihm umfassten ersten Schweißfläche 4.1 unmittelbar auf dem Blech 10 anliegt. Im daran anschließenden Schritt 413 wird der Schweißgewindebolzen 1 mit dem Blech 10 an der ersten und/oder der zweiten Schweißfläche 4.1, 4.2 mit dem Blech 10 verschweißt. Hierzu wird vorteilhafterweise Reibschweißen eingesetzt. Somit ist der erste Arbeitsschritt 410 zum Verbinden des Schweißgewindebolzens 1 mit dem Blech 10 erfolgt. Hieran schließt sich ein zweiter Arbeitsschritt 420 an, bei dem im Schritt 421 das Bauteil 9 über den Schweißgewindebolzen 1 geführt wird und im Schritt 422 mit einer ebenfalls über den Schweißgewindebolzen 1 geführten Mutter 11 am Blech 10 angepresst wird. 4th illustrates a sequence of a method according to the invention 400 for fastening the component 9 on sheet metal 10 . The procedure 400 has a first step 410 on, with the first step 411 with the help of the welding stud 1 included drill 8th a through hole in the sheet metal 10 is drilled. Then in process step 412 the weld stud 1 guided through the through hole so that it is covered by its first welding surface 4.1 directly on the sheet 10 is applied. In the next step 413 becomes the weld stud 1 with the sheet 10 on the first and / or the second welding surface 4.1 , 4.2 with the sheet 10 welded. Friction welding is advantageously used for this purpose. This is the first step 410 to connect the welding stud 1 with the sheet 10 he follows. This is followed by a second step 420 where in the step 421 the component 9 over the weld stud 1 is guided and in step 422 with one also over the welding stud 1 run mother 11 on sheet metal 10 is pressed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102006036237 A1 [0004]
DE 102007025888 A1 [0005]
DE 10308470 A1 [0006]

Claims

Weld thread stud (1) with a head (2), the head (2) having a recess (3) for transmitting a torque and a first welding surface (4.1), and with a shaft (5) extending from the head (2), wherein the shaft (5) is provided with an external thread (6) at least along a part, characterized in that the shaft (5) has a first, second and third section (7.1, 7.2, 7.3), the first section (7.1) a second welding surface (4.2) forms on its outer surface, the shaft (5) is provided with the external thread (6) along at least a portion of the second section /7.2) and the third section (7.3) forms a drill (8).

Welding stud (1) Claim 1 , characterized in that the external thread (6) is designed as a coarse thread or as a metric ISO thread.

Welding stud (1) Claim 1 or 2 , characterized in that the recess (3) for transmitting the torque is designed as one of the following shaped elements: - as an internal hexagon; - as an internal square; or - as an inner hexagon.

Method (400) for fastening a component (9) to a sheet metal (10) with the aid of a welded threaded bolt (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the welded threaded bolt (1) in a first work step (410) with the sheet metal ( 10) is connected, the following method steps being carried out: - drilling a through hole through the sheet metal (10) with the aid of a drill (8) formed on the weld thread bolt (1); - Passing the weld stud (1) through the through hole until a head (2) encompassed by the weld stud (1) rests directly on the sheet metal (10); - Welding of the welded stud (1) to the sheet metal (10), a material connection between the welded stud (1) and sheet (10) being produced on a first and / or a second welding surface (4.1, 4.2) surrounded by the welded stud (1) .

Method (400) according to Claim 4 , characterized in that the welding thread stud (1) and the sheet metal (10) is carried out by friction welding.

Method (400) according to Claim 4 or 5 , characterized in that in a second work step (420) the component (9) is fastened to the sheet metal (10) by at least one threaded weld stud (1) being guided through at least one through hole enclosed by the component (9) so that the component (9 ) at least one part of the surface rests on the sheet metal (10), and then a nut (11) is passed over the welded threaded bolt (1) and tightened on it to apply a contact force for the frictional connection of the component (9) to the sheet metal (10) .

Method (400) according to one of the Claims 4 to 6th , characterized in that the welding thread bolt (1) is attached to the sheet metal (10) with a metal adhesive.

Method (400) according to one of the Claims 4 to 7th , characterized in that the sheet metal (10) is used to form a body part of a vehicle.