DE10217456B4

DE10217456B4 - Verwendung eines Befestigungsmittels

Info

Publication number: DE10217456B4
Application number: DE2002117456
Authority: DE
Inventors: Hans-Günther Haldenwanger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-04-20
Also published as: DE10217456A1

Abstract

Verwendung eines Befestigungsmittels (1) mit einem ein zu befestigendes Bauteil (7) durchdringenden Schaft (5) und mit einem koaxial dazu ausgerichteten Kopf (4), dessen dem Bauteil (7) zugewandte Unterseite (9) kegelförmig mit einem Kegelwinkel α von 180 ° bis 189 ° ausgebildet ist, wobei die Längsachse (10) des Befestigungsmittels (1) die Kegelspitze (11) innerhalb des Schaftes (5) schneidet zum Verbinden von platinenförmigen Bauteilen (7,8) für eine Kraftfahrzeugkarosserie, wobei zumindest das dem Kopf (4) zugewandte Bauteil (7) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Befestigungsmittels mit einem ein zu befestigendes Bauteil durchdringenden Schaft und mit einem koaxial dazu ausgerichteten, gegebenenfalls eine Unterlegscheibe einschließenden Kopfteil, dessen dem Bauteil zugewandte Unterseite kegelförmig mit einem nahe an 180° reichenden Kegelwinkel ausgebildet ist, wobei die Längsachse des Befestigungsmittels die Kegelspitze innerhalb des Schaftes schneidet.

Ein im weitesten Sinne als Befestigungsmttte zu bezeichnendes Bauteil ist beispielsweise durch die britische Patentschrift 1 528 730 bekannt geworden. Dieses Bauteil, bei dem eine Kopfunterseite einen nahe an 180° reichenden Kegelwinkel aufweist dient dem Verbinden zweier metallischer Bauteile und schließt unter anderem auch eine Schweißverbindung ein.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, dieses Befestigungsmittel weiterzubilden und einer weiteren Verwendung zuzuführen, für die es sich in besonderer Weise eignet.

Die erfindungsgemäße Lösung ist in den Patentansprüchen 1-3 zu sehen.

Zwar sind Befestigungsmittel mit kegelförmigen Kopfteilunterseiten und deren Verwendungsmöglichkeiten beispielsweise in Gestalt sogenannter Stanznieten bekannt geworden. Dabei handelt es sich um von einem Stößel beaufschlagbare Nieten, jeweils bestehend aus einem Nietkopf und einem Nietschaft mit zentrischer Ausnehmung mit geschlossenem Grund, wobei der Nietschaft in der Weise ausgebildet ist, dass seine freie Stirnfläche ein ihn aufnehmendes Werkstück nicht vollends durchstanzt, sondern sich innerhalb des Werkstückes spreizt. Beispiele solcher Stanznieten zeigen die EP 0 720 695 B1 und das Gebrauchsmuster DE 200 01 103 U1 . Die Kegelwinkel der Kopfteil-Unterseiten liegen dabei etwa im Bereich zwischen 90° – 130°. Ein auf etwas andere Art und Weise zu setzendes Niet zeigt des Weiteren die europäische Patentanmeldung EP 0 216 405 A1 , in der von einem Kegelwinkel von etwa 100° die Rede ist. Auch die US-Patentschrift 2,465,534 schlägt einen Kegelwinkel von etwa 100° vor. Letztlich sei noch auf die deutsche Offenlegungsschrift 2 155 513 verwiesen, die einen sogenannten Bimetallbefestiger beschreibt, dessen Kopfunterseite einen Kegelwinkel von weit unter 90° ausbildet.

Die vorbeschriebenen Befestigungsmittel dienen üblicherweise dazu, Metallbleche, beispielsweise Karosseriebleche von Kraftfahrzeugen miteinander zu verbinden. Wegen dort auftretender hoher mechanischer Beanspruchungen ist die Qualität, das heißt die Festigkeit der Verbindung zweier Bleche von ausschlaggebender Bedeutung. Insbesondere im Karosseriebau spielt mittlerweile auch die sogenannte – Mischbauweise – eine immer größere Rolle. Dabei bestehen die zu verbindenden flächigen Bauteile z.B. aus gänzlich verschiedenen metallischen Werkstoffen. Zunehmend sind aber auch Mischbauweisen anzutreffen, bei denen lediglich eines der zu verbindenden Bauteile aus einem metallischen Werkstoff besteht, während das andere Bauteil beispielsweise ein Faserverbundwerkstoff ist. Ebenso sind Verbindungen anzutreffen, bei denen beide Bauteile aus solchen nichtmetallischen Werkstoffen bestehen.

Durchdringt eines der vorstehend erwähnten Befestigungsmittel bei der Herstellung der Bauteilverbindung mit seinem Schaft zunächst das nichtmetallische Bauteil, so dass letztendlich die Kopfteil-Unterseite an diesem Bauteil zur Anlage kommt, so kann durch die Kegelform der Kopfteil-Unterseite eine gute Zentrierung des Befestigungsmittels erreicht werden.

Überraschenderweise wurde aber Folgendes gefunden: Wurde bisher eine Bauteilverbindung nach der Mischbauweise unter Einsatz der vorstehend erwähnten Befestigungsmittel hergestellt und danach die Bauteilverbindung beispielsweise einem Heißpressen unterworfen, so war im Bereich der Kopfteil-Unterseite ein mehr oder weniger stark ausgeprägtes Ausflusen des Faserverbundwerkstoffes festzustellen. Dies rührt daher, dass beim Aufheizvorgang während des Heißpressens eine Volumenzunahme der Matrix des Faserverbundwerkstoffes vonstatten geht und dass beim anschließendes Pressvorgang der volumenreduzierende Einfluss des Presswerkzeuges im Bereich des Befestigungsmittels sich nicht in der gewünschten Weise auswirken kann, so dass gerade dort das auch die Festigkeit der Bauteilverbindung negativ beeinflussende Ausflusen des Faserverbundwerkstoffes erhalten bleibt.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung des bekannten Befestigungsmittels gemäß GB-PS 1528 730 wird, wie Versuche bei der Anmeldeyin gezeigt haben, aber gerade im kritischen Bereich unterhalb des Befestigungsmittel – Kopfteiles beim Setzen des Befestigungsmittel in Verbindung mit der dabei vom Setzwerkzeug ausgeübten Vertikalkraft ein optimales Verdichten des Faseiverbundwerkstoffes bewirkt. Dadurch wird das Ausflusen während des Heißpressvorganges von vornherein unterbunden.

Federnde Scheiben zum Sichern von Schrauben, Muttern oder dergleichen bzw. anderweitige Unterlegscheiben, bei denen die einander zugewandten Anlageflächen von Unterlegscheibe und Bauteil einen spitzen Winkel einschließen bzw. wo die beiden Auflageflächen der Unterlegscheibe im spitzen Winkel zueinander geneigt sind, sind bekannt, wie sich aus der DE 44 06 270 C1 bzw. aus dem Gebrauchsmuster G 91 05 937 U1 ergibt. Die mit der vorliegenden Erfindung einhergehende Wirkung ist damit aber nicht erreichbar.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In dieser zeigen:
1 eine schematisierte Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß zu verwendenden Blindnietes
2 eine entsprechende Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführung des Nietkopfes und
3 eine abschnittweise Darstellung eines Blindnietes mit zugeordneter Unterlagsscheibe.
Die Ausführungsbeispiele nach den 1 – 3 beziehen sich jeweils auf ein Blindniet 1, 2, 3 als Befestigungsmittel. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern auch bei anderen Befestigungsmitteln, beispielsweise Schrauben, Stanznieten usw. anwendbar. Insoweit soll durch die Bezugnahme auf ein Blindniet kein den Schutzumfang beschränkendes Kriterium gesehen werden.
Das Blindniet 1 besteht aus einem Nietkopf 4, einem Nietschaft 5 und einem Fußteil 6 und verbindet zwei platinenförmige Bauteile 7,8 miteinander.
Bei der Bauteilverbindung liegt eine sogenannte – Mischbauweise – vor, wobei vorliegend das dem Fußteil 6 zugeordnete untere Bauteil 8 aus einem metallischen Werkstoff besteht, während das obere, dem Nietkopf 4 zugewandte Bauteil 7 aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Um bei einer späteren Wärmebehandlung (z.B. Heißpressen) von vornherein ein Ausflusen der Matrix (z.B. Polyamid-Matrix) zu verhindern, was negative Auswirkungen auf die Festigkeit der Nietverbindung hätte, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine dem oberen Bauteil 7 zugewandte Unterseite 9 des Nietkopfes 4 zur Mitte (Längsachse 10) hin leicht geneigt ist, so dass die Nietkopf-Unterseite 9 in gewisser Weise kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wobei in besonders bevorzugter Weise eine Kegelwinkel α von 180°-189° gewählt worden ist. Dabei schneidet eine Längsachse 10 des Blindnietes 1 eine imaginäre Kegelspitze 11 unterhalb eines Überganges 12 vom Nietkopf 4 in den Nietschaft 5 und liegt von daher innerhalb des Nietschaftes 5.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahme ist darin zu sehen, dass beim Setzen des Blindnietes 1 im Bereich der Nietkopf-Unterseite 9 durch deren geometrische Gestaltung eine optimale Verdichtung des Faserverbundwerkstoffes die Folge ist. Während bei einem Bauteil 7 mit nur geringer Wanddicke ein in Richtung 189° gehender Kegelwinkel α zu bevorzugen ist, so ist bei zunehmender Wanddicke eher ein in Richtung 180° gehender Kegelwinkel α zu bevorzugen. Als vorteilhaft hat sich überdies erwiesen, wenn das Verhältnis zwischen Nietkopf- und Nietschaftdurchmesser D_NK : d_S ungefähr 1,9 bis 2,3 beträgt.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäß 2 besteht die Modifikation im Wesentlichen darin, dass eine Nietkopf-Unterseite 13 des Blindnietes 2 eine Zwischenstufe besitzt, so dass, radial von außen nach innen gehend, die Unterseite 13 des Nietkopfes 14 zunächst einen zu der Bauteiloberfläche 21 parallel verlaufenden ersten Oberflächenabschnitt 15 aufweist, an den sich ein geneigter (Kegelwinkel α = 180 – 189°), zweiter Oberflächenabschnitt 16 anschließt. Am Übergang 17 schließt sich dann ein Nietschaft 18 an. Auch hier ist wiederum eine imaginäre Kegelspitze 19 innerhalb des Nietschaftes 18 gelegen und wird dort von einer Längsachse 20 geschnitten.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 setzt sich das Befestigungsmittel aus dem Blindniet 3 mit parallel zur Bauteiloberfläche 21 verlaufender Unterseite 22 des Nietkopfes 23 und aus einer Unterlagscheibe 24 zusammen, wobei sich die Gestaltung der der Bauteiloberfläche 21 zugewandten Nietkopfunterseite 13 gemäß dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel (2) nun in Gestalt eines ebenen Abschnittes 25 und eines geneigten Abschnittes 26 (Kegelwinkel α von 180° – 189°) an einer Scheibenunterseite 27 wiederfindet. Der Schnittpunkt zwischen Nietlängsachse 28 und Kegelspitze 29 liegt hier relativ tief unterhalb eines Überganges 30 vom Nietkopf 23 in den Nietschaft 31. Bevorzugt werden die Durchmesserverhältnisse zwischen Unterlagscheibe 24 und Nietkopf 23 so gewählt, dass gilt: D_NS : D_NK ≥ 1,2, wobei D_NS der Durchmesser der Unterlagscheibe 24 und D_NK der Durchmesser des Nietkopfes 23 ist.

Claims

Verwendung eines Befestigungsmittels (1) mit einem ein zu befestigendes Bauteil (7) durchdringenden Schaft (5) und mit einem koaxial dazu ausgerichteten Kopf (4), dessen dem Bauteil (7) zugewandte Unterseite (9) kegelförmig mit einem Kegelwinkel α von 180 ° bis 189 ° ausgebildet ist, wobei die Längsachse (10) des Befestigungsmittels (1) die Kegelspitze (11) innerhalb des Schaftes (5) schneidet zum Verbinden von platinenförmigen Bauteilen (7,8) für eine Kraftfahrzeugkarosserie, wobei zumindest das dem Kopf (4) zugewandte Bauteil (7) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Verwendung eines Befestigungsmittels (2) mit einem ein zu befestigendes Bauteil (7) durchdringenden Schaft (18) und mit einem koaxial dazu ausgerichteten Kopf (14) mit einer Unterseite (13) mit einem, radial von außen nach innen gehend, zur Bauteiloberfläche (21) parallel verlaufenden ersten Oberflächenabschnitt (15) und einem sich daran anschließenden kegelförmigen Oberflächenabschnitt (16) mit einem Kegelwinkel α von 180 ° bis 189 °, wobei die Längsachse (20) des Befestigungsmittels (2) die Kegelspitze (19) innerhalb des Schaftes (18) schneidet zum Verbinden von platinenförmigen Bauteilen (7,8) für eine Kraftfahrzeugkarosserie, wobei zumindest das dem Kopf (14) zugewandete Bauteil (7) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Verwendung eines Befestigungsmittels (3) mit einem ein zu befestigendes Bauteil (7) durchdringenden Schaft (31) und mit einem koaxial dazu ausgerichteten Kopf (23), dem eine Unterlegscheibe (24) zugeordnet ist, deren dem Bauteil (7) zugewandte Unterseite (27) kegelförmig mit einem Kegelwinkel α von 180 ° bis 189 ° ausgebildet ist zum Verbinden von platinenförmigen Bauteilen (7,8) für eine Kraftfahrzeugkarosserie, wobei zumindest das der Unterlegscheibe (24) zugewandte Bauteil (7) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.