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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nietelement mit einer mittleren Längsachse, mit einem einen Flansch bildenden Kopfteil und mit einem sich vom Flansch wegragenden Nietabschnitt, der von einer am Flansch ausgebildeten Bauteilanlagefläche umgeben ist.
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Solche Nietelemente, die auf dem Gebiet der Verbindungselemente weit verbreitet sind, sind in vielfachen Varianten bekannt, wie auch weiteren Formen von Verbindungselementen, die meistens so genannte Einpresselemente darstellen.
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Verbindungselemente werden bei der Anfertigung von Bauteilen, insbesondere von Blechteilen, an diesen maschinell angebracht. Der Unterschied zwischen Einpresselementen einerseits und Nietelementen andererseits liegt darin, dass Einpresselemente bei deren Anbringung an ein Blechteil zumindest nicht absichtlich verformt werden, sondern das Blechteil selbst wird verformt und in Eingriff mit Formmerkmalen des Einpresselementes gebracht, wodurch das Einpresselement verdrehsicher und auspresssicher am Blechteil befestigt wird. Bei Nietelementen wird der Nietabschnitt des Elements bei der Anbringung am Bauteil absichtlich verformt, meistens um ein Nietbördel oder einen abgeschälten Materialwulst auszubilden, wodurch das Bauteil zwischen dem Nietbördel und dem Flansch eingefangen wird, um auch hier eine verdrehsichere und auspresssichere Verbindung zu erreichen. Um die verdrehsichere Anbringung zu ermöglichen, werden sowohl Nietelemente als auch Einpresselemente üblicherweise mit Verdrehsicherungsmerkmalen versehen, die normalerweise in Form von Nasen, Rippen und/oder Vertiefungen an der Blechanlagefläche oder am äußeren Umfang des Niet- oder Stanzabschnitts oder im Bereich des Übergangs des Niet- oder Stanzabschnitts in die Blechanlagefläche versehen sind.
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Nietelemente können sowohl an Blechteilen wie auch an anderen Bauteilen angenietet werden. Beispielsweise können Nietelemente an Gehäuseteilen aus Metallguss angebracht oder an plattenförmigen oder geformten Gegenständen aus Kunststoff, insbesondere an mit Verstärkungsfasern oder -geweben verstärkten Kunststoffen befestigt werden. Wenn in dieser Anmeldung von Bauteilen die Rede ist, versteht sich, dass diese Bezeichnung stellvertretend für alle in diesem Absatz beschriebenen Gegenständen ist, insbesondere auch für Blechteile. Wenn in der Figurenbeschreibung von Blechteilen die Rede ist, versteht sich, dass die Beschreibung auch für andere Bauteile gilt, es sei denn dies durch die konkrete Anwendung technisch ausgeschlossen wäre. Die Bezeichnung Bauteil wird somit als Gattungsbegriff verwendet, der unter anderem auch Blechteile umfasst.
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Sowohl Einpresselemente als auch Nietelemente kennt man ferner in der Form von selbststanzenden Elementen. Die Bezeichnung selbststanzend ist so zu verstehen, dass das entsprechende Element sein eigenes Loch im Blechteil stanzt, natürlich nur dann, wenn eine ausreichende Kraft auf das selbststanzende Element ausgeübt wird, beispielsweise in einer Presse, von einem Roboter oder mittels einer kraftbetätigten Zange, die das selbststanzende Element gegen das Blechteil presst, und das Blechteil auf der dem Element abgewandten Seite auf eine entsprechende Matrize abgestützt wird.
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Sofern in dieser Anmeldung von Nietelementen oder einem Nietabschnitt die Rede ist, schließt dies auch Fälle ein, in denen das jeweilige Element oder der jeweilige Abschnitt nicht unbedingt einem Nietvorgang zugeführt wird. Beispielsweise kann im Rahmen dieser Anmeldung auch ein Einpresselement als Nietelement bezeichnet werden, und als Nietabschnitt kann auch ein Abschnitt des Einpresselements bezeichnet werden, welcher nach dem Einpressen das Nietelement oder Einpresselement an einer Lochleibung des Bauteils befestigt, ohne dass dieser auch notwendigerweise einem Nietvorgang unterzogen werden muss.
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Die Herstellung der Verdrehsicherungsmerkmale erfolgt normalerweise während der Herstellung des Nietelements oder des Einpresselements, die mittels Kaltschlagwerkzeuge erfolgt. Die relativ feinen Verdrehsicherungsmerkmale verteuern die Herstellung des Elements erheblich, da sie die Kaltschlagwerkzeuge verteuern und deren Lebensdauer beschränken. Es wäre daher wünschenswert Fügeverfahren zu entwickeln, die Verdrehsicherungsmerkmale tendenziell überflüssig machen. Dies ist teilweise mit einigen speziellen Einpresselementen gelungen, die in den
EP-Patenten 2292940 und
2412991 beschrieben sind, die beide eine polygonale Formgebung der Stanzabschnitte vorsehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besondere Formgebung von Nietelementen vorzusehen, die preisgünstig realisierbar ist und welche eine qualitativ hochwertige Verdrehsicherung ohne spezielle Nassen, Rippen oder Vertiefungen ermöglicht und welche in der maschinellen Anfertigung von aus Bauteilen und Nietelementen bestehenden Zusammenbauteilen ohne weiteres verwendet werden kann.
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Um diese Aufgabe zu lösen wird erfindungsgemäß ein Nietelement der eingangs genannten Art vorgesehen, das sich dadurch auszeichnet, dass der Nietabschnitt einen Querschnitt aufweist, der am äußeren nicht kreisrunden Umfang von zwei ersten einander gegenüberliegenden Seiten und zwei ebenfalls einander gegenüberliegenden gekrümmten zweiten Stirnseiten begrenzt ist, die die äußeren Enden der ersten Seiten miteinander verbinden. Durch das Einsetzen des Nietelements in ein vorgefertigtes Formloch eines Bauteils mit einer von einer Kreisform deutlich abweichenden und dem äußeren Umfang des Nietabschnitts entsprechenden Formgebung, erfolgt die Verdrehsicherung gänzlich ohne Nasen, Rippen oder Vertiefungen. Dennoch wird durch die besondere Formgebung des Querschnitts des Nietabschnitts eine Verformung des Nietabschnitts ermöglicht, die überraschenderweise ohne Ermüdungsrissen und ohne eine unmögliche Verformung des Nietabschnitts zu erfordern, eine hochwertige Verdrehsicherung ermöglicht und hierdurch die Kosten für die erforderlichen Kaltschlagwerkzeuge zur Herstellung der Nietelemente wesentlich senkt.
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Besonders günstig ist es, wenn zumindest die Stirnseiten des Querschnitts des Nietabschnitts in Bezug auf die mittlere Längsachse konvex gekrümmt sind, da hierdurch scharfe Ecken am Übergang in die ersten Seiten des Querschnitts, die Ermüdungsrisse verursachen könnten, vermieden werden. Darüber hinaus ist eine solche Ausbildung für die erforderliche Verformung des Nietabschnitts förderlich.
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Nach einer besonders günstigen Ausbildung des Nietabschnittsverlaufen die zwei ersten Seiten parallel zueinander, d.h. sie sind gerade ausgebildet, was in der Herstellung einfach ist. Bei einer solchen Ausbildung hat das Formloch eine Form entsprechend einem Langloch, das mittels eines rotierenden Fräswerkzeugs erzeugt ist, wobei das Langloch kreisrunde Enden bekäme. Das Formloch im Blechteil wird allerdings üblicherweise nicht mit einem sich drehenden Fräswerkzeug erzeugt, sondern durch einen Stanzvorgang.
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Allerdings ist eine solche Ausbildung nicht zwingend erforderlich. Die zwei ersten Seiten des Querschnitts könnten in Bezug auf die mittlere Längsachse konvex oder konkav gekrümmt sein, wobei die Krümmung dieser Seiten deutlich kleiner ist als die der gekrümmten Stirnseiten.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausbildung geht der Nietabschnitt über eine Hohlkehle in die Blechanlagefläche über. Diese Formgebung ist nicht nur für die Vermeidung von scharfen Kanten, die zur Ermüdung führen könnten, günstig, sondern fordert auch die Umformung des Nietabschnitts mittels der verwendeten Matrize.
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Die freie Stirnseite des Nietabschnitts ist vorzugsweise mit einer gerundeten Kante versehen. Eine solche Ausbildung insbesondere am inneren Umfang des freien Endes des Nietabschnitts begünstigt die Einführung und den Eingriff einer erhabenen Ringnase einer Umformmatrize, die zur Verformung des Nietabschnitts verwendet wird.
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Besonders günstig ist es, wenn das Kopfteil mit mindestens einem Formmerkmal versehen ist, das die Orientierung des Querschnitts des Nietabschnitts vorgibt. Ein solches Formmerkmal ermöglicht es, das Nietelement bei der Anbringung am Bauteil bzw. am Blechteil in einem Setzkopf mit der erforderlichen Ausrichtung um die mittlere Längsachse des Nietelements und ausgerichtet mit der Umformmatrize handzuhaben. Ferner sind solche Formmerkmale wesentlich, wenn es darum geht, die erforderliche Ausrichtung mit einem vorgefertigten Formloch im Bauteil sicherzustellen, das den gleichen Querschnitt aufweist wie der Nietabschnitt. Dies ist allerdings dann nicht nötig, wenn das Formloch durch das freie Stirnende des Nietabschnitts erzeugt wird, was durchaus möglich ist, sofern eine Matrize mit einer dem Nietabschnitt entsprechende Formöffnung zum Einsatz kommt. Mit anderen Wörtern kann das Nietelement selbststanzend ausgebildet werden.
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Am einfachsten ist es, wenn es sich bei dem mindestens ein Formmerkmal um zwei am seitlichen Umfang des Kopfteils ausgebildeten Abflachungen handelt, die parallel zu den ersten Seiten des Querschnitts verlaufen. Solche Abflachungen können relativ leicht in einem Kaltschlagverfahren erzeugt werden, das zur Ausbildung des Nietelements üblicherweise verwendet wird.
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Bei dem Nietelement kann es sich um ein Hohlelement wie ein Mutterelement handeln. Alternativ hierzu kann es sich um ein Bolzenelement mit einem Schaftteil handeln, das vom Nietabschnitt im Bereich des Übergangs in den Kopfteil umgeben ist. Denkbar ist es erfindungsgemäß auch, dass der Nietabschnitt an einer Seite des Kopfteils eines Bolzenelements ausgebildet ist, der dem Schaftteil des Bolzenelements abgewandt ist, d.h. eine Auslegung ähnlich einem SBF-Bolzen der Profil Verbindungstechnik GmbH, jedoch mit einer erfindungsgemäßen Ausbildung des Nietabschnitts, ggf. in Kombination mit einem Kopfteil mit erfindungsgemäßen Formmerkmalen.
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Nach der Befestigung des erfindungsgemäßen Nietelements an einem Bauteil entsteht ein Zusammenbauteil, bei dem sich der Nietabschnitt in einem Formloch eines Bauteils befindet, wobei die dem Kopfteil zugewandte Seite des Bauteils an der Bauteilanlagefläche anliegt und die axiale Höhe des Nietabschnitts kleiner ist als die lokale Dicke des Bauteils im Bereich der Anbringung des Nietelements. Falls das Nietelement selbststanzend ist, ist dies besonders vorteilhaft, da der Nietabschnitt nach dem Stanzen und Einpressen des Nietelements nicht über die der Blechanlagefläche abgewandte Seite des Bauteils herausragt und so nicht ungewollt verformt werden kann. Dies gilt auch für Ausgestaltungen bei denen die axiale Höhe des Nietabschnitts im Wesentlichen der lokalen Dicke des Bauteils entspricht. In beiden Fällen wird das Nietelement mittels einer Pressverbindung zwischen der Lochleibung und dem Nietabschnitt an dem Bauteil zuverlässig befestigt.
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Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, das Element in ein vorgelochtes Bauteil einzusetzen.
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Alternativ hierzu kann die axiale Höhe des Nietabschnitts größer als die lokale Dicke des Bauteils im Bereich der Anbringung des Nietelements sein, wodurch der Nietabschnitt - nach einem selbststanzenden Einbringen des Elements in das Bauteil oder nach einem Einbringen in ein vorgefertigtes Loch - über die der Blechanlagefläche abgewandte Seite des Bauteils hinausragt und der Nietabschnitt an seiner freien Stirnseite radial nach außen verformt ist und hierdurch das Nietelement im Bauteil verankert, so dass das Bauteil zwischen der Bauteilanlagefläche des Kopfteils und dem verformten Bereich des Nietabschnitts eigeklemmt ist. Der verformte Teil des Nietabschnitt bildet somit einen Hinterschnitt, der das Element gegen eine axiale Auszugsbewegung an dem Bauteil sichert.
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Wenn die axiale Höhe des Nietabschnitts größer ist als die lokale Dicke des Bauteils im Bereich der Anbringung des Nietelements, wird der Bereich des Nietabschnitts, der aus dem Bauteil hinausragt vorzugsweise in einer Sicke des Bauteils untergebracht. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das freie Stirnende des Nietabschnitts in etwa in einer Ebene mit dem Bauteil außerhalb der Sicke liegt oder von dieser Ebene leicht zurückversetzt ist, zum Beispiel um etwa 0,02mm. Hierdurch kann eine günstige Anschraubsituation gewährleistet werden, wenn ein weiteres Bauteil an das genannte Bauteil mittels eines Bolzens angeschraubt wird, der in das Gewinde des als Mutterelement ausgebildeten Nietelements hineingeschraubt wird, da dann eine direkte Übertragung der Klemmkräfte entsteht.
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Wenn der Nietabschnitt in einer Sicke angeordnet ist oder sonst über die lokale Dicke des Bauteils im Bereich der Anbringung des Nietelements hinausragt, kann der Nietabschnitt mittels eines Materialwulstes, der aus dem Nietabschnitt gebildet ist und an der der Bauteilanlagefläche abgewandten Seite des Bauteils anliegt, im Bauteil verankert werden. Dabei kann der Materialwulst entweder durch Abschaben vom Material des Nietabschnitts oder durch Quetschen erzeugt werden, damit eine Ringfaltung entsteht.
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Das Formloch des Bauteils weist vorzugsweise einen Querschnitt auf, der in Größe und Formgebung dem des äußeren Umfangs des Nietabschnitts entspricht. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Wenn, zum Beispiel, das Formloch als Langloch ausgebildet ist, beispielsweise mit abgerundeten Enden, und das Nietelement einen entsprechenden äußeren Umfang des Querschnitts aufweist, kann das Langloch etwas länger ausgebildet werden, wodurch das Nietelement innerhalb des Langlochs in einer Richtung verschiebbar wäre und ein sogenanntes Verschiebelement entsteht.
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Besonders günstig ist es, wenn die Formmerkmale des Kopfteils, die der Orientierung des Querschnitts des Nietabschnitts entsprechen, mit dem Formloch im Bauteil ausgerichtet sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen rein beispielsweise näher erläutert, in denen die einzelnen Figuren zeigen:
- 1A eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nietelements in der Form eines Mutterelements und schräg von unten gesehen,
- 1B eine perspektivische Darstellung des Mutterelements gemäß 1A schräg von oben gesehen,
- 1C eine Draufsicht auf die Unterseite des Mutterelements gemäß den 1A und 1B,
- 1D einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Mutterelement der 1A bis 1C gemäß den Schnittebenen D-D der 1C gesehen,
- 1 E eine Zeichnung ähnlich der 1C, jedoch mit einem Nietabschnitt mit einem inneren Umfang mit der gleichen Form wie der äußere Umfang des Nietabschnitts, aber kleiner als dieser, wodurch sich ein Nietabschnitt mit einer konstanten Wanddicke ergibt,
- 1F einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Mutterelement der 1E gemäß den Schnittebenen F-F der 1E gesehen,
- 2A eine perspektivische Zeichnung des erfindungsgemäßen Mutterelements gemäß den 1A bis 1D oberhalb eines vorgelochten Bauteils vor der Einführung des Nietabschnitts des Mutterelements in das Langloch des Bauteils,
- 2B eine Seitenansicht des Zusammenbauteils, das nach der Einführung des Nietabschnitts des erfindungsgemäßen Mutterelements gemäß der 2A in das Langloch der 2A und nach der Ausbildung des Nietbördels gemäß der 2E entsteht,
- 2C eine Draufsicht auf die Unterseite des Zusammenbauteils gemäß der 2B,
- 2D eine Draufsicht auf die Oberseite des Zusammenbauteils gemäß der 2B,
- 2E eine Querschnittszeichnung des Zusammenbauteils gemäß der 2D entsprechend der Schnittebene E-E der 2D nach der Vernietung mit dem Blechteil unter Anwendung der in 2E gezeigten Umformmatrize,
- 3A eine erste alternative Querschnittsform des Nietabschnitts eines Mutterelements ähnlich dem der 1A bis 1 D,
- 3B eine zweite alternative Querschnittsform des Nietabschnitts eines Mutterelements ähnlich dem der 1A bis 1 D,
- 4 eine Schnittzeichnung ähnlich der der 2E, jedoch bei einer alternativen Ausbildung des Mutterelements mit einem Nietabschnitt länger als die Blechteildicke, bei der der Nietabschnitt innerhalb einer Sicke angeordnet ist,
- 5 eine schematische Darstellung der selbststanzenden Einbringung eines erfindungsgemäßen Mutterelements mit einem Nietabschnitt länger als die Blechteildicke in einem Blechteil unmittelbar vor der Ausbildung der Sicke und vor der Verformung des Nietabschnitts, und
- 6 eine schematische Darstellung ähnlich der 5, jedoch nach der Ausbildung der Sicke und der Verankerung des Nietabschnitts innerhalb der Sicke,
- 7 eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Bolzenelements mit Nietrock und
- 8 eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Bolzenelements.
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In allen Ausführungsformen werden die gleichen Bezugszeichen für Merkmale verwendet, die die gleiche Formgebung oder Funktion haben und es versteht sich, dass die gleiche Beschreibung für alle Merkmale gilt, die mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen sind, es sei denn etwas Gegenteiliges gesagt wird. Bezug nehmend auf die 1A bis 1 D wird zunächst die Grundform eines erfindungsgemäßen Nietelements 10 beschrieben, das mit einer mittleren Längsachse 12, mit einem einen Flansch 14 bildenden Kopfteil 16 und mit einem sich vom Flansch wegragenden Nietabschnitt 18, der am Flansch 16 benachbarten Ende von einer am Flansch ausgebildeten Blechanlagefläche 20 umgeben ist. Der Nietabschnitt 18 weist einen Querschnitt auf, der am äußeren Umfang 22 von zwei ersten einander gegenüberliegenden Seiten 24 und zwei ebenfalls einander gegenüberliegenden gekrümmten zweiten Stirnseiten 26 begrenzt ist, die die äußeren Enden der ersten Seiten 24 miteinander verbinden.
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Der Nietabschnitt 18 ist hohl ausgebildet mit einer konzentrisch zur mittleren Längsachse 12 gerichteten, in diesem Beispiel zylindrisch ausgebildeten mittleren Passage 28. Aufgrund der Formgebung des in diesem Beispiel über seine Länge konstanten Querschnitts des Nietabschnitts bedeutet dies, dass die Wanddicke des Nietabschnitts 18 an den ersten Seiten 24 geringer ist als an den zweiten Seiten 26. Der Durchmesser der mittleren Passage 28 ist in diesem Beispiel größer als der Außendurchmesser des in diesem Nietelement ausgebildeten Gewindezylinders 30, d.h. es handelt sich bei diesem Nietelement um ein Mutterelement. Der Gewindezylinder 30 befindet sich nicht nur im Flanschbereich des Mutterelements oberhalb des Nietabschnitts 18 in 1D, sondern auch in einem zylindrischen Bereich des Mutterelements oberhalb des Flansches 16. Der zylindrische Bereich ist gewichts- und herstellungskostensparend in an sich bekannter Weise entsprechend einem RND-Mutterelement der Firma Profil Verbindungstechnik GmbH & Co. KG im Durchmesser deutlich kleiner ausgeführt als der Flansch 16. Hierdurch ergibt sich eine Ringfläche an der Oberseite des Flansches 16, an der ein Stempel eines nicht gezeigten Setzkopfes angreifen kann, um das Mutterelement 10 mit einem Blechteil zu vernieten ohne die Gefahr der Verformung des Gewindezylinders. Ein Schraubbolzen (nicht gezeigt) kann in der Darstellung gemäß 1D von unten kommend in den Gewindezylinder hinein geschraubt werden.
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Diese zylindrische Ausbildung der mittleren Passage 28 des Nietabschnitts 18 ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Die mittlere Passage 28 könnte - wie auch der innere Umfang des Nietabschnitts 18 - beispielsweise, entsprechend den 1E und 1F, die gleiche Querschnittsform wie der Außenumfang des Nietabschnitts 18 aufweisen, wodurch die Wanddicke des Nietabschnitts 18 über seinen gesamten Umfang konstant wäre, was die Ausbildung des Nietbördels begünstigt.
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Wie aus den 1A und 1C ersichtlich, sind die zweiten Seiten 26 des Außenumfangs des Nietabschnitts 18, d.h. dessen Stirnseiten in Bezug auf die mittlere Längsachse, konvex gekrümmt, während die zwei ersten Seiten 24 parallel zueinander verlaufen.
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Diese Ausbildung des Querschnitts des Nietabschnitts des Nietelements bzw. dessen Außenumfang gemäß den 1A bis 1D ist nicht zwingend erforderlich. Wie in der 3A gezeigt, könnten die zwei ersten Seiten 24 in Bezug auf die mittlere Längsachse 12 konkav gekrümmt sein.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausbildung, die in 3B gezeigt ist, könnten die zwei ersten Seiten 24 in Bezug auf die mittlere Längsachse 12 konvex gekrümmt sein, wodurch der Nietabschnitt 18 in etwa die Form einer Ellipse hätte. Auch ist es durchaus möglich dem Nietabschnitt 18 am äußeren Umfang genau die Form einer Ellipse zu geben. In beiden Fällen kann die konvexe oder konkave Ausbildung der ersten Seiten 24 so ausgeführt werden, dass sich ein sanfter Übergang in die Stirnseiten 26 ergibt, wodurch zur Ermüdung führende Kerben an diesen Übergängen vermieden werden können. In den Ausführungen gemäß den 3A und 3B kann der innere Umfang des Nietabschnitts 18 eine Formgebung entsprechend dem äußeren Umfang aufweisen, wodurch analog der 1E ebenfalls eine konstante Wanddicke des Nietabschnitts erreicht wird.
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Wie insbesondere aus der 1A und 1D ersichtlich ist, geht der Nietabschnitt 18 vorzugsweise über eine Hohlkehle 32 in der Blechanlagefläche übergeht.
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Die freie Stirnseite 34 des Nietabschnitts ist vorzugsweise bei 36 gerundet. Die Rundung 36 auf der äußeren Seite macht es einfacher den Nietabschnitt 18 in ein vorgefertigtes Formloch 38 eines Blechteils 40, das in 2A gezeigt ist, einzuführen, während eine Rundung 42 auf der inneren Seite des Nietabschnitts 18 die Einführung der Umformnase einer einen Nietbördel 44 (2C und 2E) auszubildenden Umformmatrize 43 gemäß 2E ermöglicht.
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Besonders wichtig ist es, wenn das Kopfteil 16 des Nietelements 10 mit mindestens einem Formmerkmal 50 versehen ist, das die Orientierung des Querschnitts des Nietabschnitts 18 vorgibt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Nietelement 10 bzw. dessen Nietabschnitt 18 mit einem vorgefertigten Loch 38 im Bauteil bzw. Blechteil 40 ausgerichtet ist. Es handelt sich bei dem mindestens einem Formmerkmal am einfachsten um zwei am seitlichen Umfang des Kopfteils ausgebildeten Abflachungen, die parallel zu den ersten Seiten 24 des Außenumfangs des Querschnitts des Nietabschnitts 18 verlaufen.
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Das Formmerkmal bzw. die Formmerkmale 50 sind auch dann erforderlich, wenn das Nietelement selbststanzend in ein Blechteil 40 eingebracht wird, um die erforderliche Ausrichtung mit der Lochmatrize sicherzustellen. Die Lochmatrize ist zwar hier nicht gezeigt, entspricht aber der Lochmatrize 52 gemäß 5, die später näher erläutert wird.
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Wie in den 1A bis 1F und 2A bis 2E gezeigt, kann es sich bei dem Nietelement 10 um ein Hohlelement wie einem Mutterelement handeln. Allerdings kann die Erfindung auch mit anderen Hohlelementen realisiert werden, zum Beispiel um Hohlelemente zur Aufnahme eines Stifts oder zur Lagerung einer Welle oder ein Hohlelement mit einer glatten Bohrung zur Aufnahme einer ein Gewinde formenden oder schneidenden Schraube (alle diese Varianten sind hier nicht gezeigt). Das Nietelement der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet zur Aufnahme einer ein Gewinde formenden oder schneidenden Schraube, da die Formgebung des Querschnitts des Nietabschnitts einen hohen Verdrehwiderstand erzeugt, der die Reibungskräfte, die von der das Gewinde formenden oder schneidenden Schraube ausgehen, aufnehmen kann, ohne dass sich das Mutterelement im Blechteil löst.
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Das Verfahren, das angewandt wird, um das Zusammenbauteil 54 gemäß 2E, d.h das Zusammenbauteil, das entsteht wenn das Nietelement gemäß 1A bis 1D an einem Blechteil 40 angebracht wird, wird nunmehr anhand der 2A bis 2E näher erläutert. Wie bereits erwähnt, wird das Zusammenbauteil in diesem Beispiel mit einem Blechteil 40 mit einem vorgefertigten Formloch 38 zusammengesetzt. Der Nietabschnitt 18 wird in 2A von oben kommend in das Formloch 38 eingeführt, wobei die dem Kopfteil 16 zugewandte Seite 56 des Blechteils an der Blechanlagefläche 20 zu liegen kommt, wie aus den 2B und 2E ersichtlich ist.
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In diesem Beispiel entspricht die axiale Höhe h des Nietabschnitts 18 (1D) zumindest im Wesentlichen der lokalen Dicke d des Blechteils im Bereich der Anbringung des Nietelements. Aus der 2E sieht man, dass der Nietabschnitt leicht nach außen zu einem Nietbördel 44 umgeformt worden ist. Dies erfolgt mit der Umformmatrize 43 mit einer Umformnase 45. In 2E ist die Ausbildung des Nietbördels abgeschlossen und das Zusammenbauteil 54 wird gerade von der Umformmatrize entfernt.
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Die Umformung des Nietabschnitts 18 ist in diesem Beispiel dort am besten zu erkennen, wo der Nietanschnitt am dünnsten ist. Wenn die Innenpassage 28 des Nietabschnitts 18 die gleiche Formgebung aufweist wie dessen Außenumfang, wird der Nietabschnitt 18 um die mittlere Längsachse 12 herum gleichmäßig ausgebildet, was für die Umformmatrize 43 schonender ist.
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Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die axiale Höhe h des Nietabschnitts 18 der Dicke d des Blechteils 50 entspricht. Die axiale Höhe h des Nietabschnitts 18 kann kleiner sein als die lokale Dicke d des Bauteils 40. Dies kommt insbesondere in Betracht, wenn das Nietelement 10 selbststanzend ist. Der Nietabschnitt 18, der in diesem Fall nach dem Stanzen und Einpressen des Nietelements 10 nicht über die der Blechanlagefläche 20 abgewandte Seite des Bauteils 40 herausragt, kann in diesem Fall zumindest nicht ungewollt verformt werden und stört auch nicht. Das Nietelement 10 wird an dem Bauteil 40 befestigt, indem eine Pressverbindung zwischen dem Nietabschnitt 18 und der Lochleibung erzeugt wird.
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Die axiale Höhe h kann auch im Wesentlichen der lokalen Dicke d des Bauteils 40 entsprechen. Das vorstehend Gesagte gilt dann analog.
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Ferner ist es möglich, dass die axiale Höhe h des Nietabschnitts größer ist als die lokale Dicke des Blechteils im Bereich der Anbringung des Nietelements 10. Der die Blechteildicke übersteigende Bereich des Nietabschnitts 18 kann nämlich in einer Sicke 60 eines Blechteils 40 untergebracht werden, wie in der 4 gezeigt ist. Der Nietabschnitt 18 ragt dann über die der Blechanlage abgewandte Seite 58 des Blechteils hinaus, und der Nietabschnitt 18 kann an seinem freien Stirnseite radial nach außen verformt werden und hierdurch das Nietelement im Blechteil verankern, insbesondere dann, wenn der Nietabschnitt entsprechend den 1E und 1F mit einer konstanten Wanddicke versehen ist. Die 4 zeigt allerdings nicht eine solche Ausbildung eines Nietbördels, sondern die Möglichkeit das Element im Blechteil mit einem Materialwulst 62 zu sichern.
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In 4 wird Material des Nietabschnitts 18 nach oben geschabt, um einen Materialwulst 62 zu bilden, der an der der Blechteilanlagefläche 20 abgewandten Seite 58 des Blechteils 40 anliegt. Auf diese Weise wird das Nietelement auspresssicher in axialer Richtung im Blechteil verankert. Das Blechmaterial wird hier im Bereich des Nietelements 10 bzw. des Randes des Formlochs 38 zwischen die Blechanlagefläche 20 und den Materialwulst geklemmt. Eine solche Ausbildung wäre auch bei der Ausführung gemäß 2E möglich, d.h. die axiale Höhe h des Nietabschnitts könnte auch dort größer sein als die Blechteildicke und das Nietelement mittels eines Materialwulstes ähnlich dem Materialwulst 62 axial im Blechteil verankert werden.
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Die 4 zeigt außerdem, dass der Körper des Mutterelements eine andere Form haben kann wie in den bisherigen Figuren gezeigt ist, zum Beispiel kann der zylindrische Bereich 31 der bisherigen Figuren fortgelassen werden.
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Eine weitere Alternative, die nicht gezeigt ist und welche bei einer Ausbildung, bei der der innere Umfang des Nietabschnitts 18 der Formgebung des Außenumfangs des Nietabschnitts 18 entspricht, so dass dieser wie in 1E und 1F gezeigt, eine konstante radiale Wanddicke aufweist, liegt darin, den Nietabschnitt in seiner axialen Höhe länger auszubilden und dann in Richtung der Längsachse 12 zu quetschen. Hierdurch könnte ein Ringfalz in dem Blechteil überstehenden Bereich des Nietabschnitts 18 erzeugt werden, wodurch das Nietelement ebenfalls im Blechteil verankert wäre, da der Ringfalz einen sich radial nach außen erstreckenden Ringwulst bilden würde, wobei das Blechteil zwischen der Blechanlagefläche und dem Ringwulst eingeklemmt wäre. Diese Art der Bildung eines Ringwulstes kommt auch bei der Ausführung der 4 ebenfalls in Frage.
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Bei allen Ausführungsformen mit der Unterbringung eines Teils des Nietabschnitts in einer Sicke 60, liegt das freie Stirnende 34 des Nietabschnitts 18 bzw. des Nietbördels in der Ebene der der Blechteilanlagefläche 20 abgewandten Seite 58 des Blechteils 40 oder ist geringfügig dieser gegenüber zurückversetzt, beispielsweise um etwa 0,02mm.
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Bei allen bisher beschriebenen Beispielen weist das Formloch 38 des Blechteils 40 einen Querschnitt auf, der in Größe und Formgebung dem des Nietabschnitts entspricht. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich, stattdessen könnte das Formloch 38 länger ausgeführt werden, wodurch das Nietelement im Sinne eines Verschiebeelements entlang des Formloches verschiebbar wäre, was zum Toleranzausgleich in einer Richtung nützlich sein könnte.
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Die Sicke 60 mit dem Formloch 38 kann ggf. im Blechteil ausgebildet werden bevor das Nietelement 10 am Blechteil befestigt wird. Hierzu ist es von Vorteil, dass die Formmerkmale 50 des Kopfteils 16 eine passende Orientierung des Querschnitts des Nietabschnitts entsprechend dem Formloch 38 im Blechteil ermöglichen.
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Es ist aber auch möglich, das Nietelement selbststanzend anzuwenden, wie jetzt anhand der 5 und 6 näher erläutert wird. Die 5 zeigt das Nietelement 10 der 1A bis 1 D innerhalb des Niederhalters 64 eines Setzkopfes und oberhalb eines Blechteils 40. Der Einfachheit halber wird das Mutterelement 10 hier im Vergleich zu dem Mutterelement 10 der 1A bis 1 D mit einer flachen oberen Stirnseite anstatt mit einer mittleren Erhöhung versehen. Wäre eine solche mittlere Erhöhung vorgesehen (wie in den 1A bis 1D gezeigt), würde der Stempel 67 eine entsprechende Ausnehmung aufweisen, damit die Einstandskräfte auf eine äußere Ringfläche des Griffteils des Mutterelements drücken und somit das Gewinde nicht verformen.
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Der Niederhalter 64 weist an seinem unteren Ende eine ringförmige Vertiefung 66 auf, welche eine Formgebung entsprechend der Außenwand 68 der im Blechteil zu erzeugenden Sicke 60 entsprechend der 4 aufweist. Das Blechteil 40 befindet sich oberhalb einer Lochmatrize 52, welche eine Ringnase 70 mit einer Formgebung entsprechend der Innenseite 72 der Sicke 60 der 4 aufweist. Die Lochmatrize 52 kann in an sich bekannter Weise an einem Werkzeug einer Presse angebracht sein (nicht gezeigt), während der Setzkopf mit dem Niederhalter 64 an einem anderen Werkzeug der Presse befestigt ist. Beim Schließen der Presse wird der Setzkopf mit dem mittels Federdruck vorgespannten Niederhalter 64 auf die Lochmatrize 52 zu bewegt, wobei die Ringnase 70 in Zusammenarbeit mit dem Niederhalter die Sicke 60 entsprechend der 6 ausbildet und das Blechteil 40 zwischen dem Niederhalter und der Matrize 52 einklemmt. Beim weiteren Schließen der Presse wird dann ein Stempel 67 des Setzkopfes, der an einem Werkzeug der Presse fest angebracht sein kann, mit dem Mutterelement 10 auf das Blechteil 40 zubewegt. Während dieser Bewegung weicht der mittels Federn vorgespannte Niederhalter gegenüber dem Stempel zurück. Das freie Stirnende 34 des Nietabschnitts 18 des Nietelements in Zusammenarbeit mit der Innenseite der Ringnase 66 der Matrize 52 stanzt dann unter dem Druck des Stempels 67 einen Stanzbutzen 74 aus dem Blechteil 40 aus, der dann durch die mittlere Passage 76 der Lochmatrize in an sich bekannter Weise entsorgt wird. Diese Passage 76 erweitert sich vorzugsweise in der Richtung nach unten, damit der Stanzbutzen 74 ungehindert mittels Schwerkraft nach unten fällt und beispielsweise durch einen Luftstoß aus dem entsprechenden Werkzeug der Presse entfernt wird. Die besondere Formgebung des Nietabschnitts des Mutterelements 10 ist in den 5 und 6 nicht ersichtlich, da der Schnitt in einer Ebene erfolgt ist entsprechend der Schnittebene E-D in 1C. Die Querschnittsfläche des Loches der Lochmatrize entspricht dem Außenumfang des Stanzabschnitts des Stanz- und Nietelements 10.
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Nach der Ausstanzung des Stanzbutzens 74 wird das Blechteil mit dem Mutterelement in eine weitere Station der Presse, zum Beispiel innerhalb eines Folgeverbundwerkzeugs oberhalb einer weiteren Umformmatrize (nicht gezeigt aber mit einer Nase 66 entsprechend der Ringnase 66 der Matrize 43 der 2E) gebracht, die den Nietabschnitt 18 zur Ausbildung eines Nietbördels 44 umformt.
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Anstelle die beschriebenen Nietelemente in einer Presse an einem Blechteil anzubringen, kann die Anbringung in an sich bekannter Weise mittels eines Roboters erfolgen, der das Nietelement an eine feststehende Matrize oder eine Matrize an einem feststehenden Nietelement druckt. Ferner könnte die Anbringung der beschriebenen Nietelemente mittels einer kraftbetätigten Zange erfolgen, was ebenfalls an sich bekannt ist, wobei der eine Arm der Zange das Nietelement und der andere Arm die Matrize trägt.
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Die Erfindung ist allerdings nicht auf ein Hohlelement beschränkt. Stattdessen kann es sich um ein Bolzenelement gemäß
7 mit einem Schaftteil handeln, der von einem rockähnlichen Nietabschnitt
18 im Bereich des Übergangs in den Kopfteil
16 umgeben ist, ähnlich wie dies der Fall bei einem bekannten Nietbolzen mit Rock entsprechend dem europäischen Patent
EP 2549128 der vorliegenden Anmelderin ist, nur mit dem Unterschied, dass der rockähnliche Nietabschnitt und der darunter liegende Materialbund des Schaftteils die Formgebung des hier beanspruchten Querschnitts des Nietabschnitts aufweisen.
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Alternativ hierzu könnte, wie in
8 dargestellt, der Nietabschnitt
18 auf der dem Schaftteil abgewandten Seite des Kopfteils eines Bolzenelements ausgebildet werden, wie dies zum Beispiel bei einem SBF-Bolzen der Firma Profil Verbindungstechnik GmbH oder in dem europäischen Patent
EP 1430229 dieser Firma der Fall ist, jedoch in diesem Beispiel mit der besonderen Formgebung des hier beanspruchten Nietabschnitts.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Nietelement
- 12
- mittlere Längsachse
- 14
- Flansch
- 16
- Kopfteil
- 18
- Nietabschnitt
- 20
- Blechanlagefläche
- 22
- äußerer Umfang des Nietabschnitts
- 24
- erste Seiten des Umfangs 22
- 26
- zweite Seiten des Umfangs 22
- 28
- mittlere Passage des Nietabschnitts
- 30
- Gewindezylinder
- 31
- zylindrischer Bereich des Mutterelements 10
- 32
- Hohlkehle
- 33
- ringförmige Druckfläche am Flansch 16
- 34
- freies Stirnende des Nietabschnitts
- 36
- Rundung an der Außenseite des freien Stirnendes des Nietabschnitts
- 38
- vorgefertigtes Formloch im Blechteil
- 40
- Blechteil
- 42
- Rundung an der Innenseite des freien Stirnendes des Nietabschnitts
- 43
- Umformmatrize
- 44
- Nietbördel
- 45
- Umformnase der Umformmatrize 43
- 46
- Nietbördel formende Matrize
- 48
- Umformnase der Umformmatrize 46
- 50
- Formmerkmal am Kopfteil des Nietelements 10
- 52
- Lochmatrize
- 54
- Zusammenbauteil
- 56
- dem Kopfteil 16 zugewandte Seite des Blechteils
- 58
- dem Kopfteil 16 abgewandte Seite des Blechteils
- 60
- Sicke
- 62
- Materialwulst, Ringwulst
- 64
- Niederhalter eines Setzkopfes
- 66
- Vertiefung des Niederhalters 64
- 67
- Stempel des Setzkopfes
- 68
- Außenwand der Sicke 60
- 70
- Ringnase der Lochmatrize 52
- 72
- Innenseite der Sicke 60
- 74
- Stanzbutzen
- 76
- mittlere Passage der Lochmatrize 52
- h
- axiale Höhe des Nietabschnitts 18
- d
- Blechteildicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2292940 [0007]
- EP 2412991 [0007]
- EP 2549128 [0053]
- EP 1430229 [0054]
