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Die Erfindung betrifft eine Blindnietmutter, eine Blindnietmutter-Verbindung und ein Verfahren zum Überprüfen einer Verschraubung an einer Blindnietmutter-Verbindung.
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Mit Hilfe von Blindnietmuttern können tragfähige Gewinde ohne Einsatz eines Gewindeschneiders in dünnen Materialien geschafften werden. Blindnietmuttern weisen üblicherweise einen Setzkopf auf sowie einen daran angeformten Schaft. Eine Öffnung reicht vom Setzkopf bis in den Endbereich des Schafts hinein (oder als Durchgangsöffnung durch den Schaft hindurch). Im Endbereich des Schafts ist die Öffnung mit einem Innengewinde versehen.
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Für den Setzvorgang wird die Blindnietmutter mit dem Innengwinde 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 die Blindnietmutter im Bauteil fixiert. An dem Innengewinde der Blindnietmutter kann anschließend eine Verschraubung mit einem Gegengewindeelement, wie z.B. einer Schraube oder einem Gewindebolzen, erfolgen.
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Blindnietmuttern werden aktuell Setzkraft- oder Setzweg-gesteuert verarbeitet, wobei entweder die Setzkraft oder der Hub vorgegeben wird. Der nachgelagerte Schraubprozess wird mit einer EC-Schraubspindel überwacht, wobei beispielsweise das Drehmoment über dem Drehwinkel erfasst wird.
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Bindnietmutter-Verbindungen finden zunehmend auch im Fahrzeugbau Verwendung, z.B. für sicherheitsrelevante Verschraubungen (KAT-A-Verschraubung) im Karosseriebau. 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 Lösung anzugeben, die eine bessere Beurteilung der Qualität einer Blindnietmutterverschraubung ermöglicht.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Blindnietmutter nach Patentanspruch 1, eine Blindnietmutter-Verbindung nach Patentanspruch 5 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 Blindnietmutter angegeben mit einem Setzkopf und einem daran angeformten Schaft. Durch den Setzkopf und bis in den Schaft hinein erstreckt sich eine Öffnung, die im endseitigen Abschnitt des Schafts durch ein Haupt-Innengewinde verjüngt ist. Die Öffnung kann als Durchgangsöffnung ausgebildet sein und sich durch den gesamten Schaft erstrecken. Oder sie kann als Sackloch ausgebildet sein, so dass der Schaft an seiner freien Stirnseite geschlossenwandig ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist die Öffnung im Bereich des Setzkopfes durch ein zum Haupt-Innengewinde korrespondierendes Einfädel-Innengewinde verjüngt. Das Haupt-Innengewinde und das Einfädel-Innengewinde korrespondieren insofern, als sie mit demselben Gegengewinde verschraubbar sind.
Insbesondere kann das korrespondierende Einfädel-Innengewinde dieselbe Steigung, denselben Gewindedurchmesser und dieselbe Gewinderichtung wie das Haupt-Innengewinde aufweisen.
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Mit anderen Worten gesagt, weist die erfindungsgemäße Blindnietmutter ein Doppelgewinde auf, das zwei separate Gewinde umfasst, die durch einen gewindefreien Bereich verbunden sind:
- Das Haupt-Innengewinde, das zum Ausformen des Schließkopfes der Blindnietmutter und zum späteren Verschrauben mit einem geeigneten Gegengewindeelement ausgelegt ist und die entsprechenden Kräfte aufnehmen kann
und
das Einfädel-Innengewinde, das an der Ausformung des Schließkopfes nicht beteiligt ist, bei der anschließenden Verschraubung jedoch zu einer Verspannung im Schraubverbund führt, der im Schraubkurvenverlauf detektiert werden kann und eine sehr genaue Auswertung des Schraubkurvenverlaufs ermöglicht, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Weiterhin wird eine Blindnietmutter-Verbindung angegeben mit einem Bauteil und einer erfindungsgemäßen Blindnietmutter, die in ein Durchgangsloch im Bauteil gesetzt 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. Für die Vernietung der Blindnietmutter wird der Setzdorn des Setzgerätes soweit in die Blindnietmutter eingeschraubt, dass das Gewinde des Setzdorns nur noch mit dem Haupt-Innengewinde in Eingriff ist und nicht mehr mit dem Einfädel-Innengewinde. Hierzu kann beispielsweise ein Setzdorn in der Art einer Dünnschaftschraube verwendet werden. Die Kraft zur Verformung des Schafts wird somit allein durch das Haupt-Innengewinde auf die Blindnietmutter übertragen.
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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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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Einfädel-Innengewinde in einer Ausgestaltung weniger als 2 Gewindegänge aufweist. Besonders bevorzugt kann das Einfädel-Innengewinde auch ungefähr einen Gewindegang aufweisen, wobei darunter ein Gewinde zu verstehen ist im Bereich von 0,75 bis 1,25 Gewindegängen. Durch das sehr kurze Einfädel-Innengewinde wird die Funktionalität des Doppel-Gewindes erzielt, ohne dass die Außenabmessungen der Blindnietmutter angepasst werden müssen. Bei der Verschraubung der Blindnietmutter mit einem Gegengewindeelement reicht ein derart kurzes Einfädel-Innengewinde aus, um den nachfolgend beschriebenen kurzzeitigen Drehmomentanstieg zu verursachen, der für die Auswertung herangezogen wird. Aufgrund der geringen Anzahl an Gewindegängen kann das das Einfädel-Innengewinde bei der weiteren Verschraubung zerstört werden und bewirkt keine dauerhafte Verspannung innerhalb der Blindnietmutter.
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Während des Setzvorgangs wird die Blindnietmutter verformt, wobei sich ein Schließkopf-Abschnitts des Schafts plastisch verformt und den Schließkopf ausbildet. Um sicherzustellen dass das Einfädel-Innengewinde beim Setzvorgang unbeteiligt bleibt, ist es in einer Ausgestaltung vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen Haupt-Innengewinde und Einfädel-Innengewinde bei der vernieteten Blindnietmutter mindestens so groß ist wie die Gewindelänge des Haupt-Innengewindes. Wird vorzugsweise weiterhin ein Gewindedorn verwendet, dessen Gewindelänge kleiner oder gleich der Gewindelänge des Haupt-Innengewindes ist, so kann der Gewindedorn nach dem Ausbilden des Schließkopfes ausgespindelt werden, ohne dass dessen Gewinde in Eingriff mit dem Einfädel-Innengewinde gelangt.
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In einer Ausgestaltung weist die Blindnietmutter-Verbindung weiterhin ein Gegengewindeelement auf, das durch das Einfädel-Innengewinde bis in das Haupt-Innengewinde der Blindnietmutter eingeschraubt ist, und ein Anbauteil, das mittels der Verschraubung von Blindnietmutter und Gegengewindeelement am Bauteil befestigt ist. Bei dem Gegengewindeelement handelt es sich vorzugsweise um eine Schraube oder ein Gewindebolzen.
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Zur Ausbildung der Verschraubung wird das Gegengewindeelement zunächst durch das an Bauteil in das Einfädel-Innengewinde der Blindnietmutter eingeschraubt. Bei der weiteren Verschraubung gelangt das Gewinde des Gegengewindeelements in Eingriff mit dem Haupt Innengewinde, wodurch es zu einer Verspannung zwischen Einfädel-Innengewinde und Haupt-Innengewinde kommt. Diese Verspannung ist als kurzzeitiger Anstieg des Drehmoments im Schraubkurvenverlauf zu erkennen, es entsteht ein Drehmomentpeak. Die Schraube wird weiterhin angezogen, bis sie vollständig in die Blindnietmutter eingeschraubt ist und das an Bauteil an die Blindnietmutter presst. Dabei kann das Einfädel-Innengewinde zerstört werden.
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Der kurzzeitige Anstieg des Drehmoments im Schraubkurvenverlauf kann erfindungsgemäß genutzt werden um den Schraubprozess zu überwachen: in einem weiteren Aspekt wird daher ein Verfahren zum Überprüfen einer Verschraubung an einer Blindnietmutter-Verbindung angegeben. Zunächst wird eine wie voranstehend beschriebenen Blindnietmutter-Verbindung zwischen einem Bauteil und einer Blindnietmutter hergestellt. Anschließend wird ein Gegengewindeelement mit der Blindnietmutter verschraubt. Hierzu wird vorzugsweise ein Schreibgerät verwendet, insbesondere ein drehmomentgesteuertes oder ein drehwinkelgesteuertes Schraubgerät.
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Während des Verschraubens wird ein Schraubkurvenverlauf erfasst. Der Schraubkurvenverlauf gibt vorzugsweise das Drehmoment des Schraubgeräts über den Drehwinkel an. Es erfolgt eine Auswertung des Schraubkurvenverlaufs zur Beurteilung der Verschraubung.
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Für die Auswertung ist es dabei vorteilhaft, dass der Schraubkurvenverlauf aufgrund des Doppelgewindes einen ersten signifikanten Drehmomentanstieg (Drehmomentpeak) aufweist, wenn das Gegengewindeelement in das Haupt-Innengewinde eingreift. Somit kann der tatsächliche Beginn der Verschraubung exakt im Schraubkurvenverlauf aufgefunden werden. Durch die Verwendung dieses Drehmomentpeaks als Startpunkt der Verschraubung wird die Auswertung des Momentverlaufs über dem Drehwinkel um ein Vielfaches genauer und erlaubt aussagekräftige Rückschlüsse zur Qualität der Verschraubung. Beispielsweise kann auf einen Verformungsgrad der Blindnietmutter rückgeschlossen werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren zudem verwendet werden um festzustellen, ob ein an Bauteil zwischen dem Gegengewindeelement und dem Bauteil angeordnet und mittels der Verschraubung befestigt wurde. Indem nun der Beginn der Verschraubung durch den Drehmomentanstieg eindeutig bestimmbar ist, lässt sich beispielsweise aus dem daran anschließenden Verlauf der Schraubkurve auf das Vorhandensein des Anbauteils oder seine Dicke rückschließen.
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Die Auswertung kann beispielsweise durch Vergleich des erfassten Schraubkurvenverlaufs mit einem Referenz Kurvenverlauf erfolgen. Alternativ kann aus dem Drehwinkel und der Steigung des Innengewinde die Einschraubtiefe berechnet werden.
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Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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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 eine beispielhafte Blindnietmutter,
- 2 die Blindnietmutter aus 1 zu drei verschiedenen Zeitpunkten des Setzprozesses,
- 3 eine Verschraubung eines Anbauteils an die Blindnietmutter-Verbindung aus 2 zu verschiedenen Zeitpunkten des Schraubprozesses, und
- 5 eine Verschraubung der Blindnietmutter-Verbindung mit und ohne Anbauteil.
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1 zeigt eine beispielhafte Blindnietmutter 10. Die Blindnietmutter 10 weist einen Setzkopf 12 auf sowie einen daran an geformten Schaft 14. Der Schaft 14 ist als Hohlschaft mit einer Öffnung 15 ausgebildet. An dem dem Setzkopf 12 abgewandten Ende des Schafts 14 ist die Öffnung 15 durch ein Haupt-Innengewinde 16 verjüngt. Am gegenüberliegenden Ende im Bereich des Setzkopfes 12 ist ein Einfädel-Innengewinde 17 angeordnet, welches mit dem Haupt-Innengewinde 16 korrespondiert. Das Einfädel-Innengewinde 17 und das Haupt-Innengewinde 16 sind derart ausgestaltet, dass ein Setzdorn 20 eines nicht näher dargestellten Setzgeräts mit seinem Gewinde 22 zur Durchführung des Setzvorgangs einschraubbar ist.
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2 zeigt in schematischer Darstellung das Setzen der Blindnietmutter 10 in ein Bauteil 30 zur Herstellung einer Blindnietmutter-Verbindung 1 zu drei verschiedenen Zeitpunkten. Die Blindnietmutter 10 wird in ein Durchgangsloch im Bauteil 30 eingesetzt (Darstellung 2A), der Setzdorn 20 des Setzgeräts wird in die Blindnietmutter 10 eingespindelt, bis er mit seinem Gewinde 22 in das Haupt-Innengewinde 16 der Blindnietmutter 10 eingreift (Darstellung 2B). Das Einspindeln kann alternativ auch bereits vor dem Einführen in die Durchgangsöffnung erfolgen. Durch eine Rückzugsbewegung des Setzdorns 20 wird das Ende des Schafts 14 in Richtung auf den Setzkopf 12 gezogen. Hierdurch wird ein Schließkopf-Abschnitt des Schafts 14 plastisch verformt und bildet einen Schließkopf 18 aus, welcher die Blindnietmutter 10 im Bauteil 30 fixiert. Das Einfädel-Innengewinde 17 ist an diesem Setzvorgang nicht beteiligt. Anschließend wird der Setzdorn 20 aus der Blindnietmutter 10 ausgespindelt (Darstellung 2C). Um zu verhindern dass das Einfädel-Innengewinde 17 beim Ausspindeln beschädigt wird, ist der Abstand zwischen Haupt-Innengewinde 16 und Einfädel-Innengewinde 17 so groß bemessen, dass er das Gewinde 22 des Setzdorns 20 aufnehmen kann, ohne dass das Gewinde 22 mit einem der Gewinde 16 oder 17 der Blindnietmutter 10 im Eingriff ist. Um dies zu erreichen, ist die Blindnietmutter 10 beispielsweise so ausgestaltet, dass der Abstand L1 zwischen Haupt-Innengewinde 16 und Einfädel-Innengewinde 17 im vernieteten Zustand mindestens so groß wie die Länge L2 des Haupt-Innengewindes 16. Der Abstand zwischen den Gewinden ist durch die Länge des gewindefreien Abschnitts zwischen den Gewinden 16 und 17 gegeben.
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3 zeigt in schematischer Darstellung das Verschrauben eines Gegengewindeelements 40 mit der Blindnietmutter-Verbindung 1 und einem Anbauteil 50 zu verschiedenen Zeitpunkten sowie die zugehörigen Schraubkurvenverläufe, in denen das Drehmoment M des Schraubgeräts über dem Drehwinkel ϑ aufgezeigt ist.
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Das Anbauteil 50 wird an der Blindnietmutter-Verbindung 1 angeordnet (Darstellung 3A) und das Gegengewindeelement 40, hier in Form einer Schraube, wird durch ein Loch im Anbauteil 50 in die Blindnietmutter 10 eingeschraubt. Hierbei gelangt es zunächst in Eingriff mit dem Einfädel-Innengewinde 17, siehe Darstellung 3B. Dies ist durch einen geringfügigen Drehmomentanstieg im Schraubkurvenverlauf zu erkennen. Wird das Gegengewindeelement 40 weiter in die Blindnietmutter 10 eingeschraubt und gelangt in Eingriff mit dem Haupt-Innengewinde (Darstellung 3C), so verspannt sich das Gegengewindeelement 40 zwischen dem Einfädel-Innengewinde 17 und dem Haupt-Innengewinde 16. Dies ist durch einen Drehmomentpeak MP, also einen kurzzeitigen Drehmomentanstieg und anschließenden-Abfall, im Schraubkurvenverlauf zu erkennen. Bei der finalen Verschraubung wird das Gegengewindeelement 40 vollständig in die Blindnietmutter 10 eingeschraubt und klemmt das Anbauteil 50 fest. Gegen Ende der Verschraubung kommt es zu einem steilen Anstieg des Drehmomentverlaufs, siehe Darstellung 3D.
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Durch die erfindungsgemäße Blindnietmutter mit Doppelgewinde aus Einfädel-Innengewinde 17 und Haupt-Innengewinde 16 wird der Drehmomentpeak MP im Schraubkurvenverlauf erzeugt, welcher es ermöglicht den Beginn der Verschraubung eindeutig festzulegen. Dies ermöglicht eine deutlich genauere Auswertung des resultierenden Schraubkurvenverlaufs und konkretere Aussagen zur Qualität der Verschraubung als dies anhand der Schraubkurvenverläufe bei herkömmlichen Blindnietmuttern möglich ist.
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Die 4 und 5 zeigen beispielhafte Schraubkurvenverläufe für den Fall einer korrekten Verschraubung mit Anbauteil 50 (4) und für den Fall, dass das Anbauteil 50 vergessen wurde (5). Ohne Anbauteil 50 verlängert sich die Einschraubtiefe des Gegengewindeelements 40 in die Blindnietmutter 10. Im Schraubkurvenverlauf führt dies zu einem zusätzlichen Drehwinkelbereich Δ ϑ, siehe 5. Über die Größe dieses zusätzlichen Drehwinkelbereichs lässt sich eine fehlende Bauteildicke exakt bestimmen, beispielsweise durch Multiplikation des zusätzlichen Drehwinkels Δ ϑ mit der Gewindesteigung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blindnietmutter-Verbindung
- 10
- Blindnietmutter
- 12
- Setzkopf
- 14
- Schaft
- 15
- Öffnung
- 16
- Haupt-Innengewinde
- 17
- Einfädel-Innengewinde
- 18
- Schließkopf
- 20
- Setzdorn
- 22
- Gewinde
- 30
- Bauteil
- 40
- Gegengewindeelement
- 50
- Anbauteil
- M
- Drehmoment
- ϑ
- Drehwinkel
