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Die Erfindung betrifft eine Käfigmutter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Käfigmutter nach Anspruch 10.
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Für die Verschraubung von toleranzkritischen Bauteilen an der Karosserie werden unter anderem Käfigmuttern verwendet (zum Beispiel für die Verschraubung des Sitzes, des Türschlosses oder des Batteriegehäuses usw.). Dabei handelt es sich um Muttern mit unterschiedlichsten Gewindegrößen, welche in den meisten Fällen aus einem viereckigen Stahlelement bestehen, in welches das jeweilige Gewinde (oder auch nur ein Loch für eine selbstfurchende Schraube) eingebracht ist. Dieses Stahlelement wiederum befindet sich dann in einem sogenannten Mutternkäfig, in welchem es sowohl verliersicher als auch verdrehsicher eingebettet ist.
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Nachdem der Mutternkäfig mitsamt darin befindlicher Schraubenmutter in der Karosserie verschweißt ist, kann später in der Montage ein Bauteil ohne die Verwendung einer Gegenhalterung zur Aufnahme des Drehmoments bei der Verschraubung mit relativ großen Toleranzen verschraubt werden. Die Schraubenmutter wird dabei von einer Schraube mit Einfädelspitze gefunden, so dass sich die Schraubenmutter automatisch zur Schraube zentriert, was eine prozesssichere Verschraubung trotz Bauteiltoleranzen ermöglicht.
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Bei einer herkömmlichen Käfigmutter ergibt sich im fahrzeugbauenden Werk folgendes Problem: Der Mutternkäfig wird im Karosseriebau verschweißt und durchläuft daher zusammen mit der Karosserie die Lackieranlage inklusive KTL-Tauchlackierung. Dabei verklebt die Schraubenmutter im Mutternkäfig je nach Position im Fahrzeug mehr oder weniger flächig mit dem Karosserieblech oder dem Mutternkäfig, und zwar aufgrund der Tatsache, dass sich der extrem dünnflüssige KTL-Tauch-Lack überall und somit auch zwischen Schraubenmutter und Gegenfläche ausbreitet, dort aufgrund von Adhäsionskräften nicht abläuft und im nachfolgenden Härteofen beim Trocknen zwischen diesen verbackt. Damit die Schraubenmutter jedoch ihre eigentliche Funktion erfüllen kann, muss sie zunächst durch die Aufbringung einer Kraft wieder gelöst werden. Je nach Art der nachfolgenden Verschraubung kann (muss aber nicht) dies zum Beispiel durch eine automatisierte Schraubvorrichtung anhand der Druckkraft an der Schraube bei der Einführung der Einfädelspitze in das Schraubloch der Mutter erfolgen. Bei einer manuellen Verschraubung funktioniert das jedoch nicht, so dass der Werker die Schraubenmutter zuvor durch die Aufbringung einer Kraft, zum Beispiel mit einem Hammerschlag, von ihrer Haftverbindung lösen muss.
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Aus der
DE 11 2017 008 057 T5 , aus der
US 2004/0013492 A1 und aus der
JP 2014001839 A2 sind jeweils Käfigmutteranordnungen bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Käfigmutter sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Käfigmutter bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik prozesstechnisch einfach eine betriebssichere Funktion der Käfigmutter gewährleistet werden kann.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung betrifft eine Käfigmutter zur Anbindung an einem Tragelement, insbesondere Karosserieblechteil. Die Käfigmutter weist eine Schraubenmutter und einen Mutternkäfig auf, der ortsfest, insbesondere durch Schweißverbindung, am Tragelement befestigbar ist. Im Käfig-Innenraum ist die Schraubenmutter in einer Nichtgebrauchslage mit Bewegungsspiel verliersicher sowie verdrehsicher angeordnet, so dass sich die Schraubenmutter um einen Axialweg zwischen Axialanschlägen in einer Schraubrichtung verlagern kann. In einer Gebrauchslage ist die Schraubenmutter mit einem Schraubbolzen verschraubt, mittels dem ein Anbauteil am Tragelement verspannbar ist. Zur Vermeidung einer sich in der Nichtgebrauchslage einstellenden Haftverbindung (etwa nach erfolgtem KTL-Prozess in der Fahrzeugfertigung) zwischen der Schraubenmutter und zumindest einem Axialanschlag des Mutternkäfigs sind auf großflächige Kontaktflächen zwischen der Schraubenmutter und dem Käfig-Axialanschlag verzichtet. Anstelle dessen ist an der, dem Axialanschlag zugewandten Schraubenmutter-Stirnseite zumindest ein Abstandhalter ausgebildet, der von der Schraubenmutter-Stirnseite abragt. Die Schraubenmutter-Stirnseite ist über den Abstandhalter in Kontakt mit dem Axialanschlag bringbar. Der Abstandhalter ist dabei im Vergleich zur Schraubenmutter-Stirnseite stark querschnittsreduziert, wodurch eine sich in der Nichtgebrauchslage einstellende Haftverbindung zwischen der Schraubenmutter und dem Käfig-Axialanschlag (nach erfolgtem KTL-Prozess) ebenfalls stark reduziert. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist der Abstandhalter an der Schraubenmutter in einem Umformprozess hergestellt. Im Umformprozess wird die Schraubenmutter unter Erzeugung des Abstandhalters verformt. Bevorzugt ist es, wenn im Umformprozess die Umformkraft außerhalb der Schraubenmutter-Stirnseite an einer umlaufenden Schraubenmutter-Randseite angreift. Auf diese Weise bleiben die Schraubenmutter-Stirnseiten während des Umformprozesses frei von mechanischen Eingriffen. Zudem ist es bevorzugt, wenn an jeder der Schraubenmutter-Stirnseiten jeweils zumindest ein Abstandhalter ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß können durch die Einbringung von Quer-Verprägungen am äußeren Rand der Schraubenmutter beim Herstellen derselben durch Materialverdrängung an der Auflagefläche sehr kleine, spitze Grate erzeugt werden, auf welchen die Schraubenmutter innerhalb des Mutternkäfigs aufliegt. Der KTL-Lack zwischen Schraubenmutter und Mutternkäfig kann daher nach dem Tauchvorgang ablaufen, so dass die beiden Flächen nicht miteinander verkleben.
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In einer einfachen technischen Umsetzung kann der Umformprozess ein Prägevorgang sein, bei dem zumindest eine Verprägung in die Schraubenmutter eingebracht wird. Die Verprägung ist bevorzugt zumindest im Nahbereich der Schraubenmutter-Stirnseite positioniert. Dadurch wird im Prägevorgang ein Materialfluss bewirkt, wodurch sich die Schraubenmutter-Stirnseite unter Bildung des Abstandhalters um eine Profilhöhe aufwölbt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsvariante kann die Verprägung nicht unmittelbar in der Schraubenmutter-Stirnseite ausgebildet sein, sondern vielmehr mit Axialversatz zur Schraubenmutter-Stirnseite in der Schraubenmutter-Randseite ausgebildet sein. Die Schraubenmutter kann ein Mehrkantprofil mit sich zwischen den Schraubenmutter-Stirnseiten erstreckenden Profilkanten aufweisen. Die Profilkanten laufen an Schraubenmutter-Außenecken mit Randkanten zusammen. An den Randkanten gehen die jeweilige Schraubenmutter-Stirnseite in die Schraubenmutter-Randseite über. Im Hinblick auf einen prozesstechnisch einfachen Prägevorgang ist es bevorzugt, wenn die Verprägung an zumindest einer Profilkante derart ausgebildet ist, dass die Verprägung den Kantenverlauf der Profilkante unterbricht. Es hat sich gezeigt, dass bei der Ausbildung der Verprägung an der Profilkante eine reduzierte Umformkraft ausreicht, und zwar im Vergleich zur Ausbildung der Verprägung an einer flächigen Randseite. Alternativ dazu kann die Verprägung auch außerhalb der Profilkanten positioniert sein, das heißt in Umfangsrichtung mit Abstand zu den Profilkanten angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Prägevorgang direkt an der Au-ßenecke der Schraubenmutter erfolgen, an der eine axial verlaufende Schraubenmutter-Profilkante mit quer dazu verlaufenden Schraubenmutter-Randkanten zusammenläuft. In diesem Fall ist die Verprägung unmittelbar an der Schraubenmutter-Außenecke ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Verprägung derart in der Schraubenmutter-Randseite positioniert sein, dass der angrenzende Randkantenverlauf der Schraubenmutter sich nicht mehr linear erstreckt, sondern vielmehr unter Bildung des Abstandhalters aufgewölbt ist. In diesem Fall ist der Randkantenverlauf nicht von der Verprägung unterbrochen. Alternativ dazu kann die Verprägung auch unmittelbar an der Randkante ausgebildet sein, so dass der Randkantenverlauf von der Verprägung unterbrochen ist. Fertigungstechnisch einfach ist es, wenn sich die Verprägung zum Beispiel nutförmig zwischen den beiden axialen Schraubenmutter-Stirnseiten durchgängig erstreckt. Auf diese Weise werden die Abstandhalter an beiden Schraubenmutter-Stirnseiten durch genau ein Prägewerkzeug sowie in einem einzigen Prägevorgang gleichzeitig hergestellt.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 und 2 die Käfigmutter in einer Nichtgebrauchslage und in einer Gebrauchslage; und
- 3 bis 7 jeweils Ansichten der Käfigmutter in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
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In der 1 weist ein Karosserieblechteil 1 einer Fahrzeugkarosserie eine Schraubstelle 3 auf. An der Oberseite des Karosserieblechteils 1 ist als Anbauteil 5 zum Beispiel ein Fahrzeug-Rücksitz über einen Schraubbolzen 7 an der Schraubstelle 3 verschraubt. Der Schraubbolzen 7 ist in der 1 durch ein Schraubloch 9 des Karosserieblechteils 1 geführt und in Gewindeeingriff mit einer Schraubenmutter 11, die auf der, dem Anbauteil 5 gegenüberliegenden Seite des Karosserieblechteils 1 angeordnet ist. Die Schraubenmutter 11 ist zusammen mit einem Mutternkäfig 13 Bestandteil einer Käfigmutter 15, die in der 1 im verschraubten Zustand gezeigt ist. Der Mutternkäfig 13 ist mit dem Karosserieblechteil 1 verschweißt. Demgegenüber ist die Käfigmutter 15 in der 2 im nicht verschraubten Zustand gezeigt, in der die Schraubenmutter 11 schwimmend mit Bewegungsspiel in einem Käfiginnenraum des Mutternkäfigs 13 gelagert ist.
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Gemäß der 1 und 2 weist der Mutternkäfig 13 Axialanschläge 17, 19 auf, zwischen denen die Schraubenmutter 11 um einen Axialweg Δa in Schraubrichtung S (2) verlagerbar ist. Zudem weist der Mutternkäfig 15 Queranschläge auf, zwischen denen die Schraubenmutter 11 über einen Querweg quer zur Schraubrichtung S verlagerbar ist.
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In der 3 ist die Schraubenmutter 11 mit einem quaderförmigen Grundkörper 21 ausgebildet, dessen axiale Stirnseiten 23 in Anlage mit den jeweils zugewandten Axialanschlägen 17, 19 des Mutternkäfigs 15 bringbar sind. Der Schraubenmutter-Grundkörper 21 weist ein Vierkantprofil mit insgesamt vier Profilkanten 25 auf. Jede der Profilkanten 25 läuft an einer Schraubenmutter-Außenecke 27 mit Randkanten 29 zusammen, an denen die jeweilige Schraubenmutter-Stirnseite 23 in eine Schraubenmutter-Randseite 31 übergeht.
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In einem Fertigungsprozess wird im Karosseriebau der Mutternkäfig 15 mit lose darin gelagerter Schraubenmutter 11 mit dem Karosserieblechteil 1 verschweißt. Das Karosserieblechteil 1 wird anschließend einem KTL-Prozess unterworfen. Nach Abschluss des KTL-Prozesses wird das Anbauteil 5 an die Schraubstelle 3 des Karosserieblechteils 1 verschraubt. Bei einem großflächigen Kontakt zwischen einer Schraubenmutter-Stirnseite 23 und einem zugewandten Axialanschlag 17, 19 des Mutternkäfigs 15 besteht die Gefahr, dass die Schraubenmutter 11 unter Zwischenlage des KTL-Lackes mit dem zugewandten Axialanschlag 17, 19 des Mutternkäfigs 15 verklebt. Vor diesem Hintergrund weist die erfindungsgemäße Schraubenmutter 11 an ihren beiden axialen Stirnseiten 23 jeweils querschnittskleine Abstandhalter 33 auf, über die die Schraubenmutter 11 in Anlage mit den Axialanschlägen 17, 19 des Mutternkäfigs 15 bringbar ist.
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Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass die Abstandhalter 33 in fertigungstechnisch einfacher Weise durch einen Prägevorgang in der Schraubenmutter 11 ausgebildet werden. Im Prägevorgang wird mit Hilfe eines Prägewerkzeugs eine Verprägung 35 in die Schraubenmutter 11 eingebracht. Dies bewirkt einen Materialfluss, wodurch sich die Schraubenmutter-Stirnseite 23 unter Bildung des Abstandhalters 33 im Nahbereich der Verprägung 35 um eine Profilhöhe h aufwölbt. Beispielhaft ist in der 3 an jeder der Profilkanten 25 eine Verprägung 35 ausgebildet, die den Kantenverlauf der Profilkante 25 unterbricht. Die Verprägung 35 ist mit Axialversatz Δz zu den beiden Schraubenmutter-Stirnseiten 23 in den Schraubenmutter-Profilkanten 25 ausgebildet. Auf diese Weise ergeben sich unmittelbar an den Außenecken 27 der Schraubenmutter 11 axial hochgezogene Abstandhalter 33, die um eine Profilhöhe h von den jeweiligen Schraubenmutter-Stirnseiten 23 abragen.
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Alternativ dazu sind in der 4 die Verprägungen 35 nicht unmittelbar in den Profilkanten 25 ausgebildet, sondern vielmehr jeweils mit geringfügigem Axialversatz zu den Randkanten 29 sowie an den flächigen Schraubenmutter-Randseiten 31. Der Randkantenverlauf ist gemäß der 3 nicht von der Verprägung 35 unterbrochen. Vielmehr wölbt sich der Randkantenverlauf unter Bildung des Abstandhalters 33 um die Profilhöhe h auf.
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In der 5 wird zur Ausbildung der Abstandhalter 33 das Prägewerkzeug mit einer Umformkraft unmittelbar auf die jeweilige Schraubenmutter-Außenecke 27 gerichtet, wodurch sich an der jeweiligen Schraubenmutter-Stirnseite 23 ein Abstandhalter 33 aufbaut.
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In der 6 sind die Verprägungen 35 unmittelbar an den Schraubenmutter-Randkanten 29 ausgebildet, wodurch der Randkantenverlauf von den Verprägungen 35 unterbrochen ist. Gemäß der 6 sind an den axial gegenüberliegenden Randkanten 29 des Schraubenmutter-Grundkörpers 20 jeweils voneinander unabhängig Verprägungen 35 eingebracht. Im Unterschied dazu erstreckt sich in der 7 die jeweilige Verprägung 35 rillenförmig sowie durchgängig zwischen den beiden axialen Schraubenmutter-Stirnseiten 23. Auf diese Weise wird mit einem Prägewerkzeug sowie mit einem Prägevorgang an beiden axialen Schraubenmutter-Stirnseiten 23 jeweils ein Abstandhalter 33 erzeugt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tragelement
- 3
- Schraubstelle
- 5
- Anbauteil
- 7
- Schraubbolzen
- 9
- Schraubloch
- 11
- Schraubenmutter
- 13
- Mutternkäfig
- 15
- Käfigmutter
- 17, 19
- Axialanschläge
- 21
- Schraubenmutter-Grundkörper
- 23
- Schraubenm utter-Stirnseiten
- 25
- Profilkanten
- 27
- Schraubenmutter-Außenecken
- 29
- Schraubenm utter-Randkanten
- 31
- Schraubenm utter-Randseiten
- 33
- Abstandhalter
- 35
- Verprägung
- h
- Profilhöhe
- S
- Schraubrichtung
- Δa
- Axialweg
- Δb
- Querweg
- Δz
- Axialabstand
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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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- DE 112017008057 T5 [0005]
- US 2004/0013492 A1 [0005]
- JP 2014001839 A2 [0005]
