DE102021208041A1

DE102021208041A1 - Schweißmutter, Bauteil und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021208041A1
Application number: DE102021208041.3A
Authority: DE
Inventors: Olaf Hertel; Thomas Heumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2023-01-26

Abstract

Eine Schweißmutter mit einer Mittelachse, einem Schweißmutterkörper und einer senkrecht zur Mittelachse ausgerichteten, an dem Schweißmutterkörper oder an einem Schweißflansch angeordneten Schweißoberfläche, wobei die Schweißoberfläche einen oder mehrere Schweißbuckel aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Schweißmutter in Schweißbuckelbereichen, die in einer Projektion in Richtung der Mittelachse gesehen die Schweißbuckel teilweise oder vollständig überdecken und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen eine strukturelle Schwächung aufweist. Ein Bauteil mit einem Grundblech zeichnet sich aus durch zumindest eine solche Schweißmutter. Ein Kraftfahrzeug zeichnet sich aus durch zumindest eine solche Schweißmutter oder durch zumindest ein solches Bauteil.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißmutter mit einer Mittelachse, einem Schweißmutterkörper und einer senkrecht zur Mittelachse ausgerichteten, an einem Schweißmutterkörper oder an einem Schweißflansch angeordneten Schweißoberfläche, wobei die Schweißoberfläche einen oder mehrere Schweißbuckel aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil mit einer solchen Schweißmutter und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Schweißmutter.
Schweißmuttern werden an einem Untergrund, typischerweise an einem Grundblech, mittels einer Schweißverbindung festgelegt. Die Schweißmutter wird dabei über einem in dem Grundblech vorhandenen Loch platziert, so dass durch Eindrehen einer Schraube in das Innengewinde der Schweißmutter ein weiterer Gegenstand an dem Grundblech befestigt werden kann. Typischerweise weist eine solche Schweißmutter genau wie andere Muttern eine Mittelachse, eine zentrale Ausnehmung mit zylinderartiger Grundform und ein Innengewinde auf. Anders als übliche Muttern fehlt bei einer Schweißmutter im Regelfall aber der Außensechskant, da die Schweißmutter beim Eindrehen der Schraube bereits an dem Grundblech fixiert ist. Es handelt sich dann um eine so genannte Rundschweißmutter. Es sind aber auch Varianten mit einem Außensechskant oder einem Außenvierkant bekannt, bei denen die Erfindung ebenfalls Anwendung finden kann.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, Schweißmuttern mit so genannten Schweißbuckeln zu versehen. Diese sind entweder direkt an einer Stirnseite der Schweißmutter oder an einem Schweißflansch angeordnet, welcher die zur Verbindung der Schweißmutter mit dem Grundblech zur Verfügung stehende Fläche vergrößert. Die Schweißbuckel sind also an der Oberfläche, die an das Grundblech geschweißt werden soll, angeordnet. Sie bestehen aus Materialzugaben, die während des Schweißprozesses aufschmelzen und die Schweißverbindung herstellen sollen. Typischerweise weist eine Schweißmutter drei solcher Schweißbuckel auf, die äquidistant entlang des Umfangs der Schweißmutter verteilt sind. Andere Anzahlen von Schweißbuckeln sind aber ebenfalls möglich. Es ist ebenfalls möglich, einen einzelnen Schweißbuckel in Form eines geschlossenen, umlaufenden Rings zu verwenden.
Es stellt sich regelmäßig das Problem, dass nach dem Schweißprozess außerhalb der Schweißbuckel ein Spalt zwischen der Schweißfläche und dem Grundblech verbleibt und die Schweißmutter somit nicht in vollflächigem Kontakt mit dem Grundblech steht. Der Spalt entsteht beim Schweißprozess, wenn sich zwischen Grundblech und Mutternkörper überschüssiges Schweißgut und Schlacke ansammeln oder die Schweißbuckel z.B. aufgrund einer erforderlichen geringeren Schweißstromstärke bei dünnen Blechen nicht vollständig aufgeschmolzen werden. Aufgrund gegebener Randbedingungen wie z.B. der Blechstärke, einer Beschichtung o.ä.. kann auch bei ansonsten optimierten Schweißparametern die Entstehung eines solchen Spaltes in der Regel nicht vermieden werden.
Es ist wünschenswert, die Montagevorspannkraft bei Schweißmuttern über den Flansch oder den Mutternkörper und nicht über die Schweißnaht abzustützen. Der Spalt zwischen Mutternkörper und Grundblech muss sich dafür bei der Montage der Schraubverbindung bereits bei geringen Montagevorspannkräften schließen. Beispielsweise kann festgelegt werden, dass das dafür erforderliche Fügemoment kleiner als 50% des Anzugsmomentes MA sein soll. In vielen Fällen wie z.B. bei größeren Schweißbuckeln oder massiven Flanschen und Mutternkörpern kann diese Anforderung nicht erfüllt werden. Gerade bei der meist im Fahrwerksbereich eingesetzten so genannten überelastischen Montage mit Voranzugsmoment und Weiterdrehwinkel ist dies besonders kritisch, kann aber auch bei einer elastischen Montage ein Problem darstellen. Reicht das vorgesehene Voranzugsmoment nicht aus, um den Spalt zu schließen, wird ein Teil des Weiterdrehwinkels zum Schließen des Spaltes aufgewendet. Dieser Teil steht dann nicht mehr zur Verfügung, um die Schraube bis in ihre Streckgrenze zu ziehen. Die für die Schraubverbindung erforderliche Montagevorspannkraft wird somit nicht erreicht. Bei einer überwachten Verschraubung in der Produktion kann dieser Fall ggf. durch ein Nichterreichen des vorgesehenen Endmomentes angezeigt und ggf. nachgearbeitet werden. Wird der Fall nicht entdeckt, besteht das Risiko, dass sich eine Verschraubung mit zu geringer Montagevorspannkraft im späteren Betrieb selbsttätig löst oder es aufgrund erhöhter dynamischer Belastung der Schraube zu einem Ermüdungsbruch kommt.
Es besteht die Möglichkeit, den Spalt während des Eindrehens der Schraube durch die auf das Grundblech bzw. auf die Schweißmutter wirkende axiale Kraft zu schließen. Hierbei tritt aber das Problem auf, dass das Anzugsmoment, das zum Schließen des Spalts notwendig ist, von Fall zu Fall stark variieren kann. Es wird so schwierig, eine wohldefinierte Verbindung zu erzielen.
Aus der DE 10 2006 036 238 A1 ist es bekannt, eine Schweißmutter mit einer Schweißstirnfläche radial innen mit einem Zentrierring und radial außen mit einem Schweißring zu versehen. Es wird so, insbesondere mit sorgfältiger Abstimmung aller Maße der Schweißmutter auf den Untergrund, möglich, die Schweißmutter in einer wohldefinierten Position auf dem Grundblech festzulegen.
Die EP 1 347 183 A1 beschreibt eine Schweißmutter, die einen Schweißflansch und schweißbuckelartige Materialzugaben an ihrer Schweißoberfläche aufweist. Um die Materialzugaben herum ist an der Schweißoberfläche jeweils eine Nut angeordnet, in die überschüssiges Material während des Schweißvorgangs hineinfließen soll, so dass bereits während des Schweißvorgangs eine möglichst spaltlose Verbindung erzielt wird. Wird der Schweißbuckel nicht vollständig aufgeschmolzen kann aber dennoch nicht verhindert werden, dass nach dem Schweißvorgang noch ein Fügespalt vorhanden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schweißmutter anzugeben, die es ermöglicht, mit möglichst geringem konstruktiven und prozessualen Aufwand eine wohldefinierte Verbindung zwischen einer Schweißmutter und einem Grundblech herzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Schweißmutter, die sich dadurch auszeichnet, dass die Schweißmutter in Schweißbuckelbereichen, die in einer Projektion in Richtung der Mittelachse gesehen die Schweißbuckel teilweise oder vollständig überdecken, und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen eine strukturelle Schwächung aufweist.
Die erfindungsgemäße Schweißmutter kann prozesssicher mit der Unterlage, beispielsweise einem Grundblech, verbunden werden. Zunächst wird dabei die Schweißmutter in der gewünschten Position auf dem Grundblech angeordnet und dann mittels eines Schweißverfahrens, beispielsweise mittels Elektroschweißen, mit dem Grundblech verbunden. Dabei schmelzen die Schweißbuckel teilweise oder vollständig auf. Gleichzeitig wird die Schweißmutter an das Grundblech gepresst. Im Idealfall entsteht so eine vollflächige Auflage der Schweißoberfläche an der Oberfläche des Grundblechs. In der Realität verbleibt aber in der Regel, z.B. aufgrund von Materialelastizitäten, außerhalb der Schweißbuckel ein kleiner Spalt von wenigen Zehntel Millimetern zwischen der Schweißmutter und dem Grundblech.
Die erfindungsgemäße Schweißmutter hat nun den Vorteil, dass die strukturelle Schwächung in den Schweißbuckelbereichen bewirkt, dass die Schweißmutter während des Anziehens der Schraube nachgibt und sich derart verformt, dass sich die Schweißoberfläche dem Untergrund annähert. Der nach dem Schweißvorgang bestehende Spalt wird so geschlossen. Es ergibt sich dann eine Verbesserung der Kraftübertragung durch die Vergrößerung der Verbindungsfläche zwischen der Schweißmutter und dem Untergrund, beispielsweise dem Grundblech.
Unter einer Mittelachse wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere eine Symmetrieachse der Schweißmutter verstanden. Diese ist im Regelfall parallel zur Längsachse einer zu der Schweißmutter passenden Schraube ausgerichtet. Die Mittelachse steht normalerweise senkrecht auf der Schweißoberfläche.
Unter einer Schweißoberfläche wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere eine Oberfläche verstanden, die zur Verbindung der Schweißmutter mit dem Untergrund vorgesehen ist und somit die Übertragung der für die Funktion der Verbindung erforderlichen Kräfte gewährleistet. Die Schweißoberfläche kann im Regelfall auch als Unterseite der Schweißmutter bzw. des Schweißflansches bezeichnet werden. An der Schweißoberfläche sind die Schweißbuckel angeordnet.
Unter einem Schweißbuckel wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere eine Erhebung verstanden, die aus der ansonsten ebenen Schweißoberfläche hervor steht. Der Schweißbuckel kann aus dem gleichen Material wie der Rest der Schweißmutter bestehen. Die Schweißbuckel sind im Regelfall in von der Mittelachse ausgesehen radial außen liegenden Bereichen angeordnet. Es ist vorteilhaft, aber nicht unbedingt notwendig, dass die Schweißbuckel in Umfangsrichtung nur einen relativ kleinen Teil, beispielsweise weniger als 30% oder weniger als 20%, des gesamten Umfangs der Schweißoberfläche einnehmen. Auf diese Weise kann der Schweißprozess vereinfacht werden. Es ist aber prinzipiell auch möglich, größere Teile des Umfangs bzw. eines radial außen liegenden Bereiches der Schweißoberfläche mit Schweißbuckeln zu versehen. Im Extremfall kann ein einziger, ringförmiger Schweißbuckel vorgesehen sein. In diesem Fall kann die strukturelle Schwächung in einer verringerten Dicke eines Schweißflansches bestehen. In radialer Richtung nehmen die Schweißbuckel typischerweise einen kleinen Anteil der Oberfläche ein, beispielsweise weniger als 30% oder weniger als 20% des Radius der Schweißoberfläche. Mit anderen Worten beträgt eine Ausdehnung der Schweißbuckel in radialer Richtung dann weniger als 30% oder weniger als 20% des Radius des Schweißoberfläche.
Unter einer strukturellen Schwächung wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere verstanden, dass der Bereich, der die strukturelle Schwächung aufweist, im Hinblick auf eine axial wirkende Kraft leichter verformbar ist als die Bereiche der Schweißmutter bzw. des Schweißflansches, in denen keine strukturelle Schwächung vorliegt. Mit anderen Worten ist dann in dem Bereich der strukturellen Schwächung die Steifigkeit der Schweißmutter bzw. des Schweißflansches verringert. Mit anderen Worten wird dann die Nachgiebigkeit der Schweißmutter bzw. des Schweißflansches im betreffenden Bereich erhöht.
Unter einem Schweißflansch wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere ein scheibenartiger Körper verstanden, der auf der einen Seite mit dem Grundkörper der Schweißmutter verbunden ist bzw. in diesen übergeht und auf dessen anderen Seite die Schweißoberfläche angeordnet ist. Der Grundkörper wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung auch als Schweißmutterkörper bezeichnet. Er trägt im Regelfall ein Innengewinde und kann dann auch als Gewindeanteil der Schweißmutter bezeichnet werden.
Unter einem Schweißmutterkörper wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere ein Abschnitt der Schweißmutter verstanden, der ein Innengewinde zur Aufnahme einer Schraube trägt.
Unter einem direkt an einen Schweißbuckelbereich angrenzenden Bereich wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere ein Volumen verstanden, das sich direkt an einen Schweißbuckelbereich anschließt. Typischerweise weist ein solcher angrenzender Bereich in alle Richtungen eine Ausdehnung auf, die maximal gleich groß wie die Ausdehnung des Schweißbuckelbereichs in der entsprechenden Richtung ist.
Unter einem Schweißbuckelbereich wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung insbesondere ein Bereich verstanden, der in einer Projektion entlang der Mittelachse der Schweißmutter den Schweißbuckel teilweise oder vollständig überdeckt. Mit anderen Worten entspricht der Schweißbuckelbereich einem Bereich, der, wenn die Schweißoberfläche als Unterseite der Schweißmutter angesehen wird, oberhalb des Schweißbuckels angeordnet ist. Der Schweißbuckelbereich kann sich von der Schweißoberfläche bis zu der der Schweißoberfläche in Richtung der Mittelachse der Schweißmutter gesehen gegenüber liegenden Oberfläche erstrecken. In einer typischen Ausführungsform, in der die Schweißmutter einen Schweißflansch aufweist, entspricht diese Oberfläche der Oberseite des Schweißflansches. Der Schweißbuckelbereich kann somit als prismatisches Volumen mit einer Grundfläche, die der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper des Schweißflansches und dem Schweißbuckel entspricht sowie mit einer Höhe, die der Dicke des Schweißflansches, also seiner Ausdehnung in axialer Richtung, entspricht, beschrieben werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Schweißflansch eine scheibenförmige Grundform auf.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die strukturelle Schwächung aufgrund einer verringerten Materialdicke der Schweißmutter oder eines Schweißflansches und/oder aufgrund von Ausnehmungen oder Hohlräumen in den Schweißbuckelbereichen und oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen vorliegt. Diese Ausnehmungen oder Hohlräume können direkt bei der Herstellung der Schweißmutter erzeugt werden, so dass sich kein bzw. nur ein geringer Mehraufwand bei der Produktion gegenüber herkömmlichen Schweißmuttern ergibt.
Die strukturelle Schwächung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Schweißmutter in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen Ausnehmungen aufweist, die zu einer der Schweißoberfläche gegenüber liegenden Seite hin offen sind. Mit anderen Worten weisen die Öffnungen der Ausnehmungen dann nach oben, wenn die Schweißmutter auf ein horizontal ausgerichtetes Grundblech aufgesetzt wird.
Es ist alternativ oder ergänzend auch möglich, dass die Schweißmutter in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen Ausnehmungen aufweist, die zu einer radial nach außen hin weisenden Seite hin offen sind. Die Umfangswand des Schweißmutterkörpers bzw. des Schweißflansches ist dann an dieser Stelle unterbrochen.
Eine weitere Möglichkeit, die strukturelle Schwächung zu erzeugen, besteht darin, dass die Schweißmutter in den Schweißbuckelbereichen und/oder in den direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen sich in radialer Richtung erstreckende Schlitze aufweist, die in einer Richtung entlang der Mittelachse einen Teil einer Dicke der Schweißmutter oder eines Schweißflansches der Schweißmutter einnehmen. Es ist ebenfalls möglich, dass die Schlitze die komplette Dicke, bei einer auf einem horizontal ausgerichteten Grundblech angeordneten Schweißmutter also die vollständige vertikale Ausdehnung der Schweißmutter, einnehmen. In diesem Fall sind die Schlitze vorzugsweise in an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen und nicht in den Schweißbuckelbereichen direkt angeordnet.
Ebenfalls ist es möglich, dass die Schweißmutter in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen Ausnehmungen aufweist, die eine L-förmige Grundform aufweisen.
Die strukturelle Schwächung und damit die Verformbarkeit der Schweißmutter bzw. des Schweißflansches wird umso größer, je weniger Material in den geschwächten Bereichen vorhanden ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht daher vor, dass die Schweißmutter in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen Ausnehmungen und/oder Hohlräume aufweist, deren Volumen zumindest das 1,5-fache, bevorzugt zumindest das 2-fache und besonders bevorzugt zumindest das 3-fache eines Volumens der Schweißbuckel betragen.
Eine strukturelle Schwächung lässt sich auch dadurch erreichen, dass die Schweißmutter einen Schweißflansch aufweist, dessen Dicke in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen reduziert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1: eine teilgeschnittene Ansicht einer Schweißmutter gemäß Stand der Technik,
2: eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter,
3: eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter,
4: eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter,
5: jeweils eine perspektivische Ansicht des dritten und eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter,
6: jeweils eine perspektivische Ansicht des dritten und eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter,
7: eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des fünften Ausführungsbeispiels der Schweißmutter in einem ersten Zustand,
8: eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des fünften Ausführungsbeispiels der Schweißmutter in einem zweiten Zustand,
9: eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des fünften Ausführungsbeispiels der Schweißmutter in einem dritten Zustand,
10: einen Querschnitt eines Ausschnitts des fünften Ausführungsbeispiels der Schweißmutter,
11: eine perspektivische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter, und
12: eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des sechsten Ausführungsbeispiels.

1 zeigt eine teilgeschnittene Ansicht einer Schweißmutter 2 gemäß Stand der Technik. Die Schweißmutter 2 weist einen kreisscheibenförmigen Schweißflansch 4 und einen Gewindeanteil bzw. Schweißmutterkörper 6 auf, in den eine nicht dargestellte Schraube eingedreht werden kann. An der Flanschunterseite 18 sind mehrere Schweißbuckel 10 angeordnet. Es ist aus der Zusammenschau der dargestellten Schweißbuckel 10 zu erkennen, dass die Schweißbuckel 10 in Umfangsrichtung eine größere Ausdehnung aufweisen als in radialer Richtung. Die Schweißbuckel 10 weisen ein näherungsweise trapezförmiges, sich von der Flanschunterseite 18 aus verjüngendes Profil auf. In alternativen Ausgestaltungen können die Schweißbuckel auch ein dreieckförmiges, halbkreisförmiges oder viertelkreisförmiges Profil oder eine Kombinationen dieser Profilformen aufweisen. Die Flanschunterseite 18 entspricht dabei der Schweißoberfläche. Wenn eine solche herkömmliche Schweißmutter 2 an ein nicht dargestelltes Grundblech geschweißt wird, so kann das Problem auftreten, dass sich zwischen dem Grundblech und der Schweißmutter überschüssiges Schweißgut und Schlacke ansammeln oder die Schweißbuckel zum Beispiel aufgrund einer erforderlichen geringen Schweißstromstärke bei dünnen Blechen nicht vollständig auf geschmolzen werden. Es entsteht dadurch ein Fügespalt von in der Regel einigen Zehntel Millimetern.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter 2. Die Schweißmutter 2 weist ebenfalls einen Schweißflansch 4 sowie einen Schweißmutterkörper 6 auf. Sie ist auf einem Untergrund bzw. Grundblech 12 festgeschweißt. Die ursprünglich vorhandenen Schweißbuckel sind daher in der dargestellten Situation nicht mehr zu erkennen. Weiterhin ist eine Schraube 14 in das Gewinde der Schweißmutter 2 eingedreht worden, sodass sich ein möglicherweise nach dem Schweißvorgang noch vorhandener Fügespalt zwischen dem Schweißflansch 4 und dem Grundblech 12 bereits geschlossen hat.
Der kreisscheibenförmige Schweißflansch 4 weist insgesamt sechs Schlitze 24 auf, von denen in der dargestellten Ansicht zwei durch den Schweißmutterkörper 6 verdeckt werden und somit nicht sichtbar sind. Die Schlitze 24 sind paarweise zusammengefasst und als Schlitzpaare äquidistant um den Umfang des Schweißflansches 4 verteilt. Dabei sind pro Schweißbuckel zwei Schlitze 24 vorhanden. Eine andere Anzahl von Schlitzen 24, z.B. 1, 3, 4 oder 5 Schlitze pro Schweißbuckel, sind ebenfalls möglich. Die Schlitze 24 sind zu drei Seiten des Schweißflansches 4 hin offen, nämlich nach unten bzw. zur Schweißoberfläche hin, nach oben und nach radial außen hin. Alternativ ist es auch denkbar, die Schlitze nicht als die gesamte Dicke des Schweißflansches 4 einnehmend auszugestalten, sodass sie nur nach oben und nach radial außen hin offen sind, nicht aber nach unten bzw. zur Schweißoberfläche hin.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter 2. Das zweite Ausführungsbeispiel ist abgesehen von der Ausgestaltung der strukturellen Schwächung identisch zu dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet. Anstelle je zweier radial verlaufender Schlitze pro Schweißbuckelbereich ist hier die strukturelle Schwächung jeweils durch einen L-förmigen Schlitz 26 realisiert. Auch die L-förmigen Schlitze 26 sind in den Schweißbuckelbereichen angeordnet. Die dargestellten L-förmigen Schlitze 26 weisen einen radialen Anteil 28 und einen Umfangsanteil 30 auf. Beide Anteile 26, 28 können eine Ausdehnung in radialer bzw. in Umfangsrichtung aufweisen, die in etwa der Ausdehnung des jeweiligen Schweißbuckels entspricht. Der Umfangsanteil 30 ist im dargestellten Fall in radialer Richtung gesehen in etwa in der Mitte des Schweißflansches 4 angeordnet. Der L-förmige Schlitz 26 durchdringt den gesamten Schweißflansch 4 in axialer Richtung, könnte aber prinzipiell ebenso wie die Schlitze im zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel als nach oben oder unten offene Ausnehmung ausgestaltet sein, so dass der Schlitz 26 dann entsprechend nach unten bzw. nach oben hin geschlossen wäre.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter 2. Auch dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich hinsichtlich der Art der strukturellen Schwächung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die strukturelle Schwächung in Form einer nach oben hin offenen Ausnehmung 32.3 ausgestaltet. Die Ausnehmung 32.3 ist eine flächige Ausnehmung, die an der Flanschoberseite 16, mit anderen Worten also an der der Schweißoberfläche bzw. Flanschunterseite gegenüber liegenden Oberfläche angeordnet ist. Die Ausnehmung 32.3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel auch in radialer Richtung hin offen ausgestaltet. Die Form der Ausnehmung 32.3 kann als taschenförmig beschrieben werden. Es ist alternativ aber ebenso denkbar, die Öffnung der Ausnehmung ausschließlich in der Flanschoberseite 16 anzuordnen, sodass die Umfangsoberfläche des Schweißflansches 4 keine Unterbrechungen aufweist. Hierzu kann beispielsweise ein dünnwandiger Materialrest die Ausnehmung 32.3 radial nach außen hin begrenzen. Die Ausnehmung 32.3 weist eine grob U-förmige, senkrecht zur Schweißoberfläche bzw. in axialer Richtung verlaufende Wand 34 als Begrenzung auf. In Richtung der Schweißoberfläche wird die Ausnehmung 32.3 von dem Boden 36 begrenzt.
5 zeigt jeweils eine perspektivische Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels und eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter 2. Das dritte Ausführungsbeispiel ist dabei im oberen Bereich der Figur dargestellt, während das vierte Ausführungsbeispiel im unteren Bereich der Figur dargestellt ist. Beide Ausführungsbeispiele weisen strukturelle Schwächungen im Bereich der Schweißbuckel in Form von Ausnehmungen 32.3, 32.4 auf. Die Ausnehmungen 32.3, 32.4 unterscheiden sich lediglich in ihrer Dimensionierung voneinander. So ist im unteren, vierten Ausführungsbeispiel die Ausnehmung 32.4 gegenüber der Ausnehmung 32.3 des dritten Ausführungsbeispiels großvolumiger ausgestaltet. Insbesondere weist die Ausnehmung 32.4 eine größere Höhe h₂ auf. Die Höhe h₁ der Ausnehmung 32.3 entspricht in etwa der Hälfte der Dicke bzw. der Ausdehnung in axialer Richtung des Schweißflansches 4. Die Höhe h₂ der Ausnehmung 32.4 entspricht mehr als der Hälfte der Dicke des Schweißflansches 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt besagte Höhe h₂ 70 % bis 80 % der Dicke des Schweißflansches 4.
6 zeigt jeweils eine perspektivische Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels und eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter. Das dritte Ausführungsbeispiel ist dabei im oberen Bereich der Figur dargestellt, während das fünfte Ausführungsbeispiel im unteren Bereich der Figur dargestellt ist. Beide Ausführungsbeispiele weisen strukturelle Schwächungen im Bereich der Schweißbuckel in Form von Ausnehmungen 32.3, 32.5 auf. Die Ausnehmungen 32.3, 32.5 unterscheiden sich lediglich in ihrer Dimensionierung voneinander. So ist im unteren, vierten Ausführungsbeispiel die Ausnehmung 32.5 gegenüber der Ausnehmung 32.3 des dritten Ausführungsbeispiels großvolumiger ausgestaltet. Insbesondere weist die Ausnehmung 32.4 eine größere Breite b₂ auf. Die Breite b₁ der Ausnehmung 32.3 entspricht in etwa der Breite bzw. der Ausdehnung in Umfangsrichtung des in der Figur nicht sichtbaren Schweißbuckels. Die Breite b₂ der Ausnehmung 32.5 ist größer als die Breite, mit anderen Worten also die Ausdehnung in Umfangsrichtung, des in der Figur nicht sichtbaren Schweißbuckels. Die Ausnehmung 32.5 erstreckt sich also über den zugehörigen Schweißbuckelbereich als auch bis in einen direkt angrenzenden Bereich hinein. Die Ecken 40 der Ausnehmung 32.5 sind abgerundet ausgestaltet, so dass zwischen der radial und in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenwand der Ausnehmung 32.5 ein Übergangsradius angeordnet ist. Eine abgeschrägte Ausgestaltung wäre ebenfalls denkbar. Andere Formen für die Ausnehmung 32.5 sind prinzipiell ebenfalls möglich und können je nach vorliegenden Rahmenbedingungen ausgewählt werden. Eine Form, in der die radial verlaufenden Seitenwand und die in Umfangsrichtung verlaufende Wand einen rechten Winkel bilden, ist besonders einfach herstellbar. Andere Winkel, beispielsweise ein stumpfer Winkel, sind ebenso denkbar. Die Form der Ausnehmung entspricht in axialer Richtung betrachtet dann einem Trapez.
7 zeigt eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des fünften Ausführungsbeispiels der Schweißmutter 2, in das eine Schraube 14 eingedreht worden ist. Die Schweißmutter 2, deren Teil der Schweißflansch 4 ist, ist an dem Untergrund bzw. Grundblech 12 mit einer Schweißverbindung im Bereich der Schweißbuckel 10 befestigt worden. Die Schraube 14 ist bereits in das Durchgangsloch 20 eingedreht worden, jedoch noch nicht mit dem endgültigen Anzugsmoment beaufschlagt worden, sodass noch ein kleiner Spalt 46 zwischen der Flanschunterseite 18 des Schweißflansches 4 und der Oberseite des Untergrunds 12 besteht. Durch das bereits bestehende Anzugsmoment wirken bereits Kräfte und somit Spannungen auf die Schweißbuckelbereiche unterhalb der Ausnehmungen 32, welche durch die Schraffuren veranschaulicht werden sollen.
8 zeigt ebenfalls eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des fünften Ausführungsbeispiels der Schweißmutter 2, in das eine Schraube 14 eingedreht worden ist. Gegenüber der Darstellung in 7 ist das Anzugsmoment der Schraube 14 erhöht worden, sodass die in den Schweißbuckelbereichen wirkenden Spannungen sich vergrößert haben, was wiederum durch die Schraffuren verdeutlicht werden soll. Der Schweißflansch 4 hat begonnen, sich in den Schweißbuckelbereichen, also in den Bereichen unterhalb der Ausnehmungen 32 zu verformen, sodass der Spalt 46 sich im Vergleich zur in 7 dargestellten Situation verkleinert hat.
9 zeigt ebenfalls eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des fünften Ausführungsbeispiels der Schweißmutter 2, in das eine Schraube 14 eingedreht worden ist. Das Anzugsmoment der Schraube 14 ist inzwischen soweit erhöht worden, dass die in den Schweißbuckelbereichen unterhalb der Ausnehmungen 32 wirkenden Spannungen so groß geworden sind, dass sich der Spalt 46 vollständig geschlossen hat. Das entsprechende Anzugsmoment kann dabei weniger als die Hälfte, beispielsweise etwa 40 % des für die Schraube 14 vorgesehenen endgültigen Anzugsmoments betragen.
10 zeigt einen Querschnitt eines Ausschnitts des fünften Ausführungsbeispiels der Schweißmutter 2 in einer Situation, in der die Schweißmutter 2 zwar auf dem Untergrund 12 aufgesetzt worden ist, der Schweißvorgang aber noch nicht stattgefunden hat. Die Schraube 14, deren Mittelachse M ebenfalls eingezeichnet ist, ist in das Gewinde 8 eingedreht worden. Es ist zu erkennen, dass oberhalb des Schweißbuckels 10 die Ausnehmung 32 angeordnet ist. In radialer Richtung ist die Ausdehnung der Ausnehmung 32 größer als die Ausdehnung des Schweißbuckels 10. Sie entspricht etwa dem 1,5-fachen der Ausdehnung in radialer Richtung des Schweißbuckels 10. Auch in axialer Richtung ist die Ausdehnung des Ausnehmung 32 größer als die Ausdehnung des Schweißbuckels 10 in axialer Richtung. Sie beträgt mehr als das 3-fache, nämlich das 4-fache bis 6-fache, der Ausdehnung des Schweißbuckels in axialer Richtung.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schweißmutter 2. Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, dass kein Schweißflansch vorhanden ist. Die Schweißmutter 2 besteht somit im Wesentlichen aus dem Schweißmutterkörper 6. Es sind Schweißbuckel 10 sichtbar, die auf dem Untergrund 12 aufliegen, so dass ein kleiner Spalt 46 zwischen dem Schweißmutterkörper 6 und dem Untergrund 12 gebildet wird. In die Schweißmutter 2 ist die Schraube 14 eingedreht worden.
Die strukturellen Schwächungen in Form der Ausnehmungen 48 sind in dem Schweißmutterkörper 6 angeordnet. Die Ausnehmungen 48 befinden sich in axialer Richtung gesehen in der Nähe der Schweißoberfläche, weisen aber einen Abstand in axialer Richtung von der Schweißoberfläche auf. Die Ausnehmungen 48 sind in radialer Richtung nach außen hin offen. Die Öffnungen der Umfangsseite des Schweißmutterkörpers 6 haben eine rechteckige Form. Ausnehmungen mit ähnlicher Funktion könnten auch nachträglich in eine Schweißmutter eingebracht werden, beispielsweise durch bohren von Sacklöchern in radialer Richtung in der Nähe der Schweißbuckel. Es ist zu erkennen, dass die Ausnehmungen 48 den Schweißmutterkörper 6 nicht vollständig durchdringen. Das in der Figur nicht sichtbare Gewinde des Schweißmutterkörpers 6 wird also nicht unterbrochen. Ausführungsformen mit die Wand des Schweißmutterkörpers 6 vollständig durchbrechenden Ausnehmungen bzw. Bohrungen sind aber ebenfalls denkbar.
12 zeigt eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des sechsten Ausführungsbeispiels. Es sind wiederum der Untergrund 12, die Schweißmutter 2 mit dem Schweißmutterkörper 6 und dem Gewinde 8 sowie die Schraube 14 zu erkennen. Ebenfalls sind die Schweißbuckel 10 und der Spalt 46 dargestellt. Es ist weiter zu erkennen, dass die Ausnehmungen 48 in etwa die halbe Dicke der Wand des Schweißmutterkörpers 6 einnehmen. Die Ausdehnung in axialer Richtung der Ausnehmungen 48 entspricht wiederum einem Vielfachen der Ausdehnung in axialer Richtung der Schweißbuckel 10.
Bezugszeichenliste

2: Schweißmutter
4: Schweißflansch
6: Schweißmutterkörper
8: Gewinde
10: Schweißbuckel
12: Untergrund
14: Schraube
16: Flanschoberseite
18: Flanschunterseite
20: Durchgangsloch
24: radialer Schlitz
26: L-förmiger Schlitz
28: radialer Anteil
30: Umfangsanteil
32: Tasche
34: Wand
36: Taschenboden
38: radiale Taschenwand
40: Taschenecke
42: Versatz
44: Umfangswand des Flansches
46: Spalt
48: Ausnehmung
h: Taschenhöhe
b: Taschenbreite
M: Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006036238 A1 [0007]
EP 1347183 A1 [0008]

Claims

Schweißmutter (2) mit einer Mittelachse M, einem Schweißmutterkörper (6) und einer senkrecht zur Mittelachse M ausgerichteten, an dem Schweißmutterkörper (6) oder an einem Schweißflansch (4) angeordneten Schweißoberfläche (18) , wobei die Schweißoberfläche (18) einen oder mehrere Schweißbuckel (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmutter (2) in Schweißbuckelbereichen, die in einer Projektion in Richtung der Mittelachse M gesehen die Schweißbuckel (10) teilweise oder vollständig überdecken und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen eine strukturelle Schwächung (24, 26, 32) aufweist.
Schweißmutter (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturelle Schwächung (24, 26, 32) aufgrund einer verringerten Materialdicke der Schweißmutter (2) oder eines Schweißflansches (4) und/oder aufgrund von Ausnehmungen (24, 26, 32) oder Hohlräumen in den Schweißbuckelbereichen und oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen vorliegt.
Schweißmutter (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmutter (2) in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen Ausnehmungen (24, 26, 32) aufweist, die zu einer der Schweißoberfläche (18) gegenüber liegenden Seite (16) hin offen sind.
Schweißmutter (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmutter (2) in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen Ausnehmungen (24, 26, 32) aufweist, die zu einer radial nach außen hin weisenden Seite hin offen sind.
Schweißmutter (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmutter (2) in den Schweißbuckelbereichen und/oder in den direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen sich in radialer Richtung erstreckende Schlitze (24) aufweist, die in einer Richtung entlang der Mittelachse einen Teil einer Dicke der Schweißmutter (2) oder eines Schweißflansches der Schweißmutter (2) einnehmen.
Schweißmutter (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmutter (2) in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen Ausnehmungen (26) aufweist, die eine L-förmige Grundform aufweisen.
Schweißmutter (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmutter (2) in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen Ausnehmungen (24, 26, 32) und/oder Hohlräume aufweist, deren Volumen zumindest das 1,5-fache, bevorzugt zumindest das 2-fache und besonders bevorzugt zumindest das 3-fache eines Volumens der Schweißbuckel (10) betragen.
Schweißmutter (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißmutter (2) einen Schweißflansch (4) aufweist, dessen Dicke in den Schweißbuckelbereichen und/oder in direkt an die Schweißbuckelbereiche angrenzenden Bereichen reduziert ist.
Bauteil mit einem Grundblech (12) und zumindest einer Schweißmutter (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit zumindest einer Schweißmutter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder mit zumindest einem Bauteil nach Anspruch 9.