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Die Erfindung betrifft eine Bindnietgewindeelement-Verbindung und ein Verfahren zum Überprüfen einer Verschraubung an einer Bindnietgewindeelement-Verbindung.
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Mit Hilfe von Blindnietgewindeelementen, d.h. Blindnietmuttern oder Blindnietgewindebolzen, können tragfähige Gewinde ohne Einsatz eines Gewindeschneiders in dünnen Materialien geschafften werden.
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Blindnietmuttern weisen einen Setzkopf auf sowie einen daran angeformten Schaft mit einem endseitigen Innengewinde. Blindnietgewindebolzen, auch Blindnietschrauben genannt, weisen einen Schaft mit Setzkopf auf sowie einen auf Seiten des Setzkopfes vorstehenden Gewindebolzen mit Außengewinde. Der Gewindebolzen ist üblicherweise dauerhaft mit dem Schaft verbunden, z.B. mit diesem verschweißt oder vercrimpt.
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Für den Setzvorgang wird das Blindnietgewindeelement auf ein Setzgerät aufgespindelt und in ein Durchgangsloch in dem Bauteil eingeführt. Der Setzkopf gelangt in Anlage mit dem Bauteil und der Schaft reicht durch das Bauteil hindurch. Mittels des Setzgeräts wird nun das Ende des Schafts in Richtung auf den Setzkopf gezogen, wodurch sich die Länge des Schaftes verkürzt und einen Schließkopf ausbildet, welcher das Blindnietgewindeelement im Bauteil fixiert. An dem Gewinde des Blindnietgewindeelements kann anschließend eine Verschraubung erfolgen.
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Derartige Bindnietgewindeelement-Verbindungen finden zunehmend auch im Fahrzeugbau Verwendung, z.B. für sicherheitsrelevante Verschraubungen (KAT-A-Verschraubung) im Karosseriebau.
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Beispielsweise kann eine mit der Fahrzeugkarosserie vernietete Blindnietmutter als Anschraubpunkt für einen Gurtendbeschlag verwendet werden. Der Gurtendbeschlag ist üblicherweise als Blechteil ausgebildet und wird mittels einer Schraube, die durch eine Durchgangsöffnung in der Gurtlasche geführt und mit der Blindnietmutter verschraubt wird, an der Fahrzeugkarosserie befestigt. Aufgrund der Position des Anschraubpunktes im Fahrzeug ist die Zugänglichkeit eingeschränkt. Eine Sichtprüfung ist nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Dennoch muss sichergestellt werden, dass das Anbauteil sicher mit der Karosserie verbunden ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung eine Bindnietgewindeelement-Verbindung anzugeben, die eine Überprüfbarkeit der Verschraubung verbessert sowie ein entsprechendes Verfahren zur Überprüfung einer Verschraubung.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Bindnietgewindeelement-Verbindung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird eine Bindnietgewindeelement-Verbindung angegeben mit einem Bauteil und einem Blindnietgewindeelement mit einem Setzkopf, das in ein Durchgangsloch im Bauteil gesetzt ist und unter Ausbildung eines Schließkopfes mit dem Bauteil vernietet ist. Setzkopf und Schließkopf sind dabei üblicherweise auf gegenüberliegenden Seiten des Bauteils ausgebildet und bilden jeweils Hinterschnitte gegenüber dem Durchgangsloch aus, wodurch ein Formschluss zum Bauteil erzielt wird.
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Erfindungsgemäß weist der Schließkopf zwei oder mehr vom Schaft wegstehende Ausstülpungen auf, die durch Durchgangsöffnungen im Bauteil hindurchreichen und zumindest gegenüber der dem Setzkopf zugewandten Bauteiloberfläche und insbesondere gegenüber dem Setzkopf des Blindnietgewindeelements vorstehen.
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Mit anderen Worten gesagt ist der Schließkopf nicht als einfache wulstförmige Verdickung ausgebildet. Vielmehr bildet der Schaft des Blindnietgewindeelements beim Vernieten mehrere Ausstülpungen aus, die sich nach außen und in Richtung des Bauteils aufbauen. Zur Aufnahme dieser Ausstülpungen sind im Bauteil korrespondierende Durchgangsöffnungen vorgesehen, in die die Ausstülpungen während des Setzvorgangs hineingedrückt werden und quasi „hineinwachsen“. Nach Abschluss des Setzvorgangs reichen die Ausstülpungen durch die Durchgangsöffnungen hindurch und stehen über die dem Setzkopf zugewandte Oberfläche hinaus aus dem Bauteil hervor. Vorzugsweise stehen die Ausstülpungen bis über den Setzkopf hinaus von der Bauteiloberfläche vor.
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Eine derartige Bindnietgewindeelement-Verbindung bietet nun folgende Funktionalität: Um ein Anbauteil an dem Bauteil zu befestigen, wird ein Gegengewindeelement mit dem Blindnietgewindeelement verschraubt und das Anbauteil zwischen Gegengewindeelement und Blindnietgewindeelement bzw. Bauteil verklemmt. Aufgrund der vorstehenden Ausstülpungen liegt das Anbauteil zunächst an den Ausstülpungen an und kommt noch nicht in Anlage mit dem Blindnietgewindeelement oder Bauteil. Zu Beginn der Verschraubung wird das Anbauteil gegen den Widerstand der Ausstülpungen in Richtung auf das Bauteil gepresst. Hierbei verformen sich die Ausstülpungen und werden z.B. in die Durchgangsöffnungen zurück gedrückt. Wird das Verschrauben fortgesetzt, so werden Anbauteil und Blindnietgewindeelement bzw. Bauteil flächig aneinander gepresst und der Klemmverbund hergestellt. Wird hingegen das Anbauteil vergessen, so wird das Gegengewindeelement lediglich mit dem Blindnietgewindeelement verschraubt und die Ausstülpungen werden nicht zurückgedrückt.
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Die Verformung der Ausstülpungen bewirkt einen veränderten, nämlich flacheren Schraubkurvenverlauf, der nachfolgend noch näher beschrieben wird. Durch Erfassen und Auswerten des Schraubkurvenverlaufs kann folglich überwacht werden, ob das Anbauteil vergessen wurde.
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Das Ausbilden der voranstehend beschriebenen Ausstülpungen während des Setzvorgangs des Blindnietgewindeelements wird in einer Ausgestaltung vorzugsweise dadurch erzielt, dass ein den Schließkopf bildender Schaftbereich des Blindnietgewindeelements mit mehreren Längsschlitzen versehen ist. Die Längsschlitze verlaufen vorzugsweise entlang der Längsachse des Schaftes. Die Längsschlitze können als Vertiefungen im Hohlschaft des Blindnietgewindeelements ausgebildet sein, d.h. im Bereich der Längsschlitze kann die Wandstärke des Schaftes reduziert sein. Die Längsschlitze können sich auch durch den Hohlschaft hindurch erstrecken und quasi Öffnungen zum Inneren des Hohlschaftes darstellen. Durch die Längsschlitze entstehen mehrere jeweils zwischen zwei Längsschlitzen verlaufende stegförmige Abschnitte im Nietschaft. Wird während des Setzvorgangs der Schaft gestaucht, so knicken diese stegförmigen Schaftabschnitte nach außen und bilden fingerartige Ausstülpungen. Durch Anzahl, Größe und Anordnung der Längsschlitze kann hierbei in geeigneter Weise auf das Knickverhalten des Schaftmaterials und die Art und Größe der sich bildenden Ausstülpungen Einfluss genommen werden.
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Um eine gleichmäßige Krafteinleitung zu gewährleisten und ein Kippmoment zu verhindern ist es besonders bevorzugt, wenn die Längsschlitze gleichmäßig entlang des Umfangs des Schaftbereichs verteilt angeordnet sind. Sind z.B. drei Längsschlitze vorgesehen, so sind diese vorzugsweise jeweils um 120 Grad versetzt am Schaft angeordnet.
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Unter Montage und Fertigungsgesichtspunkten ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schließkopf drei oder vier Ausstülpungen aufweist bzw. wenn der Schaft des Blindnietgewindeelements mit drei oder vier Längsschlitzen versehen ist. Dennoch kann die erfindungsgemäße Idee grundsätzlich auch mit weniger oder mehr Ausstülpungen umgesetzt werden.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem Vorsehen von Längsschlitzen kann durch den gezielten Einsatz unterschiedlicher Wandstärken im Schaftbereich und/oder die Verwendung unterschiedlicher Materialhärten im Schaftbereich beeinflusst werden, in welchem Maße und in welche Richtung sich die Ausstülpungen bilden. In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Wandstärke des den Schließkopf bildenden Schaftbereichs in einem unteren Bereich größer ist als in einem oberen Bereich und/oder dass die Härte des den Schließkopf bildenden Schaftbereichs in einem unteren Bereich höher ist als in einem oberen Bereich. Die Begriffe „oberer“ und „unterer“ Bereich sind dabei mit Bezug auf den Setzkopf gewählt, d.h. der obere Bereich befindet sich näher am Setzkopf als der untere Bereich. Diese Maßnahmen sind insofern vorteilhaft, als sie die Tendenz der Ausstülpungen verstärken, sich in Richtung auf das Bauteil aufzubauen und in die Durchgangsöffnungen einzugreifen.
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Die Durchgangsöffnungen im Bauteil sind als zu den Ausstülpungen korrespondierende Durchgangsöffnungen ausgebildet. Darunter ist zu verstehen, dass die Durchgangsöffnungen in ihrer Größe und ihrer Lage im Bauteil so angeordnet sind, dass die Ausstülpungen des Blindnietgewindeelements beim Vernieten mit dem Bauteil in die Durchgangsöffnungen eingreifen und durch diese hindurchreichen können.
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Das Blindnietgewindeelement kann als Blindnietmutter oder als Blindnietgewindebolzen ausgebildet sein. Das Bauteil ist vorzugsweise ein Blechbauteil oder ein blechförmiges Bauteil, wie z.B. ein faserverstärktes Kunststoffbauteil. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Bauteil ein Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs ist.
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In einer Ausgestaltung weist die Bindnietgewindeelement-Verbindung weiterhin ein Gegengewindeelement auf, das mit dem Blindnietgewindeelement verschraubt ist und ein Anbauteil, das mittels der Verschraubung von Blindnietgewindeelement und Gegengewindeelement am Bauteil befestigt ist, wobei das Anbauteil in Kontakt mit den Ausstülpungen ist. Wird als Blindnietgewindeelement eine Blindnietmutter verwendet, so handelt es sich bei dem Gegengewindeelement um eine Schraube. Ist das Blindnietgewindeelement ein Blindnietgewindebolzen, so ist das Gegengewindeelement eine Mutter. Wie voranstehend beschrieben wird das Anbauteil beim Verschrauben zunächst gegen die Ausstülpungen gedrückt und verformt diese, bis es in Anlage mit dem Blindnietgewindeelement bzw. Bauteil gelangt.
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Die Rückverformung der Ausstülpungen kann erfindungsgemäß genutzt werden um den Schraubprozess zu überwachen:
- In einem weiteren Aspekt wird daher ein Verfahren zum Überprüfen einer Verschraubung an einer Bindnietgewindeelement-Verbindung angegeben. Zunächst wird eine wie voranstehend beschriebene Bindnietgewindeelement-Verbindung zwischen einem Bauteil und einem Blindnietgewindeelement hergestellt. Anschließend wird ein Gegengewindeelement mit dem Blindnietgewindeelement verschraubt. Hierzu wird vorzugsweise ein Schraubgerät verwendet, vorzugsweise ein drehmomentgesteuertes oder drehwinkelgesteuertes Schraubgerät.
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Während des Verschraubens wird ein Schraubkurvenverlauf erfasst. Der Schraubkurvenverlauf gibt vorzugsweise das Drehmoment des Schraubgeräts über dem Drehwinkel an. Es erfolgt eine Auswertung des Schraubkurvenverlaufs zur Feststellung, ob ein Anbauteil zwischen dem Gegengewindeelement und dem Bauteil angeordnet und mittels der Verschraubung befestigt wurde.
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Bei der Verschraubung wird das Anbauteil zunächst gegen die Ausstülpungen gedrückt und verformt diese, bevor es in Anlage mit dem Bauteil gelangt. Die Verformung der Ausstülpungen bedingt einen weicheren Verlauf des Schraubkurvenverlaufs. Die Auswertung kann beispielsweise durch Vergleich des erfassten Schraubkurvenverlaufs mit einem Referenzkurvenverlauf erfolgen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
- 1 ein beispielhaftes Blindnietgewindeelement,
- 2 ein beispielhaftes Bauteil,
- 3 und 4 eine beispielhafte Blindnietgewindeelement-Verbindung zu verschiedenen Zeitpunkten des Setzvorgangs,
- 5 und 6 eine Verschraubung der Blindnietgewindeelement-Verbindung aus 1 mit und ohne Anbauteil und
- 7 beispielhafte Schraubkurvenverläufe für die Verschraubungen von 5 und 6.
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1 zeigt ein beispielhaftes Blindnietgewindeelement 10 in Form einer Blindnietmutter, das für eine nachfolgend MIT Bezug auf die 3 und 4 beschriebene Blindnietgewindeelement-Verbindung 1 mit einem Bauteil 20 vernietet wird. Das Blindnietgewindeelement 10 weist einen Setzkopf 12 auf, sowie einen daran angeformten Schaft 13. Der Schaft ist als Hohlschaft ausgebildet und weist ein Innengewinde auf. In dem Schaftbereich 14, der beim Setzen des Blindnietgewindeelements 10 zum Schließkopf umgeformt wird, sind mehrere Längsschlitze 15 ausgebildet, die entlang einer Längsachse des Schaftes 13 verlaufen.
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2 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 20, z.B. in Form eines Karosseriebauteils. In dem Bauteil 20 ist ein Durchgangsloch 22 vorgesehen, in das das Blindnietgewindeelement 10 eingesetzt wird. Weiterhin sind rund um das Durchgangsloch 22 weitere Durchgangsöffnungen 23 bis 26 angeordnet, in die bei der Ausformung des Schließkopfes die nachfolgend beschriebenen Ausstülpungen eingreifen.
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Zum Ausbilden der Blindnietgewindeelement-Verbindung wird das Blindnietgewindeelement 10 auf ein nicht dargestelltes Setzgerät aufgespindelt und in das Durchgangsloch 22 im Bauteil 10 eingesetzt. Während des Setzvorgangs wird der Schaft 13 des Blindnietgewindeelements in Richtung auf den Setzkopf 12 gestaucht, wodurch sich der Schließkopf ausbildet. 3 zeigt das Blindnietgewindeelement 10 vor Abschluss des Setzvorgangs mit bereits gestauchtem Schaft 13, aber noch nicht final ausgebildetem Schließkopf. Aufgrund der Längsschlitze 15 und ggf. weiterer Maßnahmen wie unterschiedlicher Wandstärken und/oder unterschiedlicher Materialhärten im Schaftbereich 14, knicken die zwischen den Längsschlitzen 15 verbleibenden Materialstege nach außen und bilden während der Stauchung Ausstülpungen 16 aus, die sich nach außen und oben in Richtung auf das Bauteil 20 erstrecken. Mit fortschreitendem Setzvorgang „wachsen“ die Ausstülpungen 16 in Richtung des Bauteils 20 in die hierfür vorgesehenen Durchgangslöcher 23 bis 26 hinein und stehen am Ende des Setzvorgangs, dargestellt in 4, auf der dem Setzkopf 12 zugewandten Oberfläche 27 des Bauteils 20 hervor. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Ausstülpungen 16 bis über den Setzkopf 12 hinaus vorstehen, wie in 4 dargestellt.
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Die Anzahl der Längsschlitze und Anzahl der Durchgangsöffnungen ist rein beispielhaft und kann variiert werden. Die Anzahl, Größe und Lage der Durchgangsöffnungen 23 bis 26 ist an das Blindnietgewindeelement 10 und die beim Nietprozess resultierenden Ausstülpungen 16 angepasst, so dass der voranstehend beschriebene Effekt eintritt.
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Die vorstehenden Ausstülpungen 16 werden nun verwendet, um bei einer nachfolgenden Verschraubung zu detektieren, ob ein Anbauteil 30 vergessen wurde. 5 zeigt eine beispielhafte fehlerhafte Verschraubung, bei der zwar ein Gegengewindeelement 40 in Form einer Schraube in das Blindnietgewindeelement 10 geschraubt wurde, jedoch ein Anbauteil vergessen wurde.
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6 zeigt eine beispielhafte ordnungsgemäße Verschraubung, bei der ein Anbauteil 30 mittels Blindnietgewindeelement 10 und Gegengewindeelement 40 am Bauteil 20 befestigt wurde.
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Die Verschraubungen werden vorzugsweise unter Verwendung eines Schraubgeräts getätigt, wobei ein Schraubkurvenverlauf aufgezeichnet wird. 7 zeigt zwei beispielhafte schematische Schraubkurvenverläufe. Es ist das Drehmoment M des Schraubgeräts über dem Drehwinkel δ aufgetragen.
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Wird das Anbauteil 30 vergessen, so ergibt sich der mit A bezeichnete, gestrichelt dargestellte Schraubkurvenverlauf mit einem abrupten, sehr steilen Anstieg des Drehmoments, wenn die Schraube 40 in Kopfauflage mit der Blindnietmutter 10 kommt. Im Gegensatz dazu weist der mit durchgehender Linie dargestellte Schraubkurvenverlauf B, welcher eine Verschraubung mit Anbauteil 30 (wie in 6 dargestellt) abbildet, insgesamt einen weicheren Anstieg auf. Eine erste Steigungsänderung des Drehmoments (gekennzeichnet als B1) ist zu verzeichnen, wenn das Anbauteil gegen die Ausstülpungen gepresst wird und diese zurückbiegt bzw. zurückdrängt. Gegen Ende der Verschraubung kommt es, wie bei der fehlerhaften Verschraubung, ebenfalls zu einem steilen Anstieg des Drehmomentverlaufs.
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Damit führt ein ordnungsgemäß verschraubtes Anbauteil 30 zu einem deutlich anderen, weicheren Schraubkurvenverlauf. Durch Auswertung des Schraubkurvenverlaufs in dem Verfahren zur Überprüfung der Verschraubung wird daher eine zuverlässige Aussage darüber getroffen, ob ein Anbauteil vergessen wurde. Die Auswertung kann z.B. durch Vergleich des erfassten Schraubkurvenverlaufs mit Referenzdaten erfolgen.
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Anstelle der in den Figuren gezeigten Blindnietmutter kann als Blindnietgewindeelement 20 ebenso ein Blindnietgewindebolzen verwendet werden.
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Dieser würde dann z.B. zusätzlich zu den in 1 gezeigten Merkmalen noch einen Gewindestift aufweisen, der im Schaft 13 befestigt ist und über den Setzkopf 12 hinausragt. In diesem Fall wird als Gegengewindeelement 40 dann eine Mutter verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blindnietgewindeelement-Verbindung
- 10
- Blindnietgewindeelement
- 12
- Setzkopf
- 13
- Schaft
- 13
- Schaftbereich
- 15
- Längsschlitze
- 16
- Ausstülpungen
- 20
- Bauteil
- 22
- Durchgangsloch
- 23 bis 26
- Durchgangsöffnungen
- 27
- Bauteiloberfläche
- 30
- Anbauteil
- 40
- Gegengewindeelement
- A, A1, B
- Schraubkurvenverläufe
