DE3247555A1

DE3247555A1 - Selbstlochende mutter

Info

Publication number: DE3247555A1
Application number: DE19823247555
Authority: DE
Inventors: Katsumi Osaka Shinjo
Original assignee: Shinjo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shinjo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1983-07-14
Also published as: JPS58109710A; US4690599A; DE3247555C2; JPS6149528B2

Description

Selbstlochende Mutter

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstlochende Mutter bzw. eine Mutter, welche dazu geeignet ist, eine Befestigungsöffnung in einem Metallblech auszuformen, in welcher die Mutter selbst zur Erzielung einer Verbindung von Mutter und Blech befestigt wird.

Derartige selbstlochende Muttern finden beispielsweise heim Äutomobilbau oder beim Bau von elektrischen Geräten u.dgl. weite Anwendung, also dort, wo eine Vielzahl von Teilen oder Komponenten an einem relativ dünnen Blechmaterial mittels Bolzen befestigt werden. In konventioneller Weise werden verschweißbare Muttern oder Kiemmuttern eingesetzt, welche in vorgeformten öffnungen in den Blechen befestigt werden.

Es ist bereits eine Lochmutter bekannt (US-PS 3 152 628), die in der Mitte der Mutteroberfläche einen Führungsabschnitt besitzt, der als Lochstempel wirkt, wenn er auf ein Metallblech aufgeschlagen wird. Allerdings ist bei dieser Lochmutter ein vorhergehendes Prägen des Metallblechs erforderlich, weil der Führungsabschnitt über die Sitzfläche der Mutter, auf der das Metallblech befestigt wird, vorsteht. Ferner hängt die erzielte Haltekraft von der Dicke des Blechs ab und es hat sich herausgestellt, daß es sehr schwer ist, die gewünschte Stärke der Haltekraft zu erzielen.

Um diese in Zusammenhang mit selbstlochenden Muttern vorhandenen Probleme zu beheben sind sogenannte "hochbelastbare" selbstlochende Muttern vorgeschlagen worden (Japanische Patentanmeldung 43-14 770 (14 770/68), und 48-95 31 (95 31/73) sowie US-Patentschriften 3 315 345, 3 439 723 und 3 469 613). Im allgemeinen umfassen derartige selbstlochende Muttern einen im Zentrum der oberen Fläche der Mutter vorgesehenen

Führungsabschnitt mit einem Paar von Flanschabschnitten, welche das Metallblech abstützen. Ein wesentliches Merkmal dieser "hochbelastbaren" selbstlochenden Muttern besteht in einem Paar.von Schwalbenschwanznuten zwischen dem Führungsabschnitt und dem Flanschabschnitt. Die Schwalbenschwanznuten sind so ausgebildet, daß sie einen verformten Abschnitt des Blechs aufnehmen und damit die Verbindung bzw. Einheit zwischen Mutter und Blech verstärken.

Allerdings hat es sich herausgestellt, daß diese "hochbelastbaren" selbstlochenden Muttern eine Reihe von Nachteilen besitzen. Ein Nachteil beruht darauf, daß auf der Oberfläche der Mutter ein relativ großer Raum erforderlich ist. Dies hat zur Folge, daß die Mutter dadurch sehr groß und schwer wird. Darüberhinaus verteuern die Schwalbenschwanznuten die Herstellung der Muttern, da die Herstellung der Nuten schwierig ist.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Abstand zwischen der zentralen Achse der Schraubgewindeöffnung der Muttern und den Flanschabschnitten relativ groß ist, so daß die Gefahr eines Verziehens der Mutter besteht, wenn ein Schraubbolzen in der¹Mutter befestigt wird, da die beim Anziehen entstehenden Kräfte nicht auf die Flanschabschnitte übertragen werden, sondern lediglich um die Befestigungsachse wirken.

Im Versuch das Verziehen zu minimieren sind eine Anzahl von Anregungen gemacht worden, die im Detail weiter unten noch näher beschrieben werden. Die jedoch damit verbundenen Nachteile beruhen darauf, daß Form und Höhe der Mutter relativ groß und das Gewicht relativ hoch sind. Wenn beispielsweise die Schraubgewindeöffnung einen Durchmesser von 1/4" besitzt, vergrößert sich die diagonale Erstreckung der"hochbelastbaren" selbstlochenden Mutter um 50% im Vergleich zu einer gewöhnlichen selbstlochenden Mutter und zwar bei ein-und demselben Hersteller der Muttern;

Derart große und schwere Nietmuttern oder selbstlochende Mut-

tern sind für einen Einsatz im Automobilbau nachteilhaft, da dort bestrebt wird, das Gesamtgewicht der einzelnen Fahrzeuge zu reduzieren. Mit Hinsicht auf die zahlreichen Nietmuttern, die in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, sind die Größe und das Gewicht der Muttern kein vernachlässigbarer Gewichtsfaktor .

Im allgemeinen besteht ein wesentliches Merkmal der selbstlochenden Muttern darin, daß sie an Blechen unter einem Druck gleichzeitig mit dem Preßvorgang befestigt werden können. Aufgrund dieser Eigenschaft kann die Vorrichtung zum Aufschlagen der Muttern in die Preßform eingegliedert werden. Zusätzlich können die Anzahl von Muttern zur selben Zeit mit einem Preßgut an einem Metallblech befestigt werden. Dies stellt einen großen Vorteil für die selbstlochenden Muttern dar. Um aber eine entsprechende Anzahl von Schlageinrichtungen für die Muttern entsprechend der Anzahl der Muttern in die Preßform, die einen relativ beschränkten Raum besitzt, einzugliedern, ist allerdings eine größere Reduzierung der einzelnen Einschlageinrichtungen für die Muttern erforderlich, was zur Folge hat, daß die einzelnen Lochmuttern hinsichtlich Größe und Gewicht reduziert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbstlochende Mutter zu schaffen, bei welcher Größe und Gewicht dabei wesentlich minimiert sind und die relativ preisgünstig herstellbar ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine selbstlochende Mutter zu schaffen, welche eine feste Verbindung zwischen Mutter und Blech mit einer hohen Haltekraft ermöglicht. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine selbstlochende Mutter zu schaffen, welche automatisch gefördert werden kann, ohne daß hierzu besondere Sorgfaltsmaßnahmen betreffend die Ausrichtung der Muttern auf dem Förderer, wie etwa welches Teil der Mutter vorne und welches Teil hinten liegt, getroffen werden müssen, um hierdurch das automatische Zufördern der selbstlochenden Muttern zu verein-, fachen.

Nach Maßgabe der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst, wobei eine zweckmäßige Ausgestaltung im Unteranspruch 2 angegeben ist.

In vorteilhafter Weise besitzt die selbstlochende Mutter der Erfindung an jeder Ecke der im wesentlichen rechteckförmigen Mutter Sitzflächen, welche das Blech abstützen. Diese Anordnung der Sitzflächen ermöglicht es, die Diagonalerstreckung der Mutter zu kürzen, ohne das Befestigungsvermögen zu beeinträchtigen, was letztlich eine reduzierte Größe und Gewicht der Mutter zur Folge hat. Bei dieser Anordnung der Sitzflächen wird eine Halte-Befestigungskraft gleichmäßig an allen Richtungen auf das Blech aufgebracht. Andererseits, wenn von außen eine Kraft auf das Blech ausgeübt wird, wird diese gleich gegenüber der Mutter verteilt, wodurch eine teilweise Belastungskonzentration darauf vermieden wird. Eine feste und langdauernde Verbindung zwischen Muttern und Blech wird damit gewährleistet.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer selbstlochenden Mutter nach Maßgabe der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten selbstlochenden Mutter,

Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Mutter,

Fig. 4 eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Mutter von unten,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Metallblech mit einer¹ daran

befestigten selbstlochenden Mutter nach Maßgabe der Erfindung,

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie I-I in Fig. 5, Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 5,

Fig. 8 eine Ansicht des Aufbaus von Metallblech und selbstlochender Mutter von unten,

Fig. 9 eine Seitenansicht des in Fig. 8 dargestellten Aufbaus, in Blickrichtung von der Seite entsprechend den in Fig. 8 dargestellten Pfeilen,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer bekannten "hochbelastbaren" Lochmutter,

Fig. 11 eine Schnittansicht eines Aufbaus aus Metallblech und bekannter Lochmutter nach Fig. 10 sowie

Fig. 12 eine Schnittansicht eines Aufbaus der in Fig. 10 dargestellten Lochmutter, zwei Metallblechen, einem Schraubbolzen und einer Beilagscheibe.

Zur Erläuterung der Erfindung wird insbesondere auf ein typisches Beispiel einer bekannten "hochbelastbaren" selbstlochenden Mutter bezug genommen, die in den Fig. 10 bis 12 dargestellt ist. Danach besitzt eine Schraubmutter 20 einen Führungsabschnitt 21 um eine zentrale Schraubgewindeöffnung zur Aufnahme eines Bolzens und ein Paar von Flanschabschnitten 23, die an entsprechenden Seiten des Führungsabschnitts 21 angeordnet sind. Zusätzlich sind ein Paar von schwalbenschwanzförmigen Nuten 22 zwischen dem Führungsabschnitt 21 und den entsprechenden Flanschabschnitten 23 vorgesehen. Diese Schwalbenschwanznuten 22 sind derart ausgebildet, daß sie einen ausgebogenen Abschnitt eines Metallblechs 26 aufnehmen und dadurch die Einheit a«.„s Schraubmutter 20 und Metallblech 26

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versteifen. Allerdings besitzt diese bekannte selbstlochende bzw. selbstbohrende Mutter 20 den Nachteil, daß aufgrund des Führungsabschnitts 21 an der oberen Fläche der Mutter diese insgesamt sehr groß und schwergewichtig wird. Dies hat eine wesentliche Beschränkung der Anzahl pro Flächeneinheit einsetzbaren Muttern zur Folge. Darüberhinaus sind die Schwalbenschwanznuten 22 schwierig herzustellen, so daß die für die Herstellung derartiger Muttern anfallenden Kosten relativ hoch sind. Zusätzlich birgt, wie aus Fig. 12 hervorgeht, ein Abstand zwischen der zentralen Achse der den Bolzen aufnehmenden öffnung und den Flanschabschnitten die Gefahr eines Verziehens der Mutter 20 in sich, wenn ein Befestigungsbolzen 24 verwendet wird, um ein weiteres Element 27 am Metallblech 26 zu befestigen. Dies verhindert ein übertragen der durch den Bolzen 24 eingeleiteten Befestigungskraft auf die Flanschabschnitte 23.

Um diese Schwierigkeit einer Deformation der Mutter aufgrund Verziehens zu beheben, ist vorgeschlagen worden, den Anteil an Metall im Bereich der Schwalbenschwanznuten 22 zu vergrößern. Ersichtlich werden hierdurch allerdings Form, Höhe und Gewicht der Mutter 20 vergrößert. Um ferner zu ermöglichen, daß die Befestigungskraft durch den Bolzen 24 gleichmäßig auf die Flanschabschnitte 23 verteilt wird, könnte der Kopf des Schraubbolzens 24 so vergrößert werden, daß er sich über die Flanschabschnitte 23 erstreckt, allerdings würde dies erfordern, daß ein spezieller Bolzen hergestellt werden würde. Fig. 12 zeigt eine weitere Lösung dieses Problems, wobei anstelle eines großen Kopfes eine dicke große Beilagscheibe 25 zwischen dem Kopf des Schraubbolzens 24 und dem am Metallblech 26 zu befestigenden Element angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, daß dies für die Mutter zur Folge hat, daß deren Größe, Gewicht und/oder Höhe zunimmt. Die größere Form, Gewicht und Höhe dieser selbstlochenden Muttern sind insbesondere beim Einsatz im Automobilbau nachteilhaft, weil daraus ein erhöhtes Gewicht der Fahrzeuge resultiert. Mit Blickpunkt auf die Herstellung von Kraftfahrzeugen sind somit leichte, kleine und

wirksamere selbstlochende Muttern erforderlich, welche einen stabilen festen Verbund zwischen den vereinigten Bauteilen ergeben.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 9 werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Eine allgemein durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Mutter ist im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und besitzt abgeschrägte Ecken 11 sowie einen Führungsabschnitt 3 um eine Schraubgewindeöffnung 2, welche im Zentrum der Mutter zur Aufnahme eines nicht dargestellten Schraubbolzens dient. Der Führungsabschnitt 3 besitzt eine Umfangsflache 4 und eine Locherfläche 5 um die öffnung 2, wobei die Umfangsflache 4 gegen die obere Fläche der Mutter 1 konvergiert. Die Locherfläche 5 ist so ausgebildet, daß sie als Locher bzw. Stanze gegen ein Metallblech wirkt, um eine Öffnung durchzustoßen» An jeder Ecke ist eine Sitzfläche 9 vorgesehen, welche das Metallblech 12 abstützt, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. Die Sitzfläche 9 besitzt eine Wand 10, die zur Umfangsflache 4 weist, jedoch in einem Abstand von dieser angeordnet ist. Die Wand 10 ist so ausgebildet, daß sie ein Drehen der Mutter 1 verhindert, nachdem die Mutter 1 am Metallblech befestigt ist. Der verbleibende Abschnitt der oberen Fläche der Mutter 1 mit Ausschluß der Sitzfläche 9 und des Führungsabschnitts 3 bildet eine Aussparung 6, welche einen ausgebogenen Abschnitt des Metallblechs 12 aufnimmt. Die Aussparung 6 ist bei 7 offen, so daß sie sich in die Seiten 8 fortsetzt. Jede Wand 10 der Sitzflächen 9 erstreckt sich senkrecht zur diagonalen Achse der Mutter 1 und besitzt ein Paar von Schultern 13 am Schnittpunkt mit den Seiten 8 der Mutter 1. Die Locherfläche 5 des Führungsabschnitts 3 steht leicht über die Sitzflächen 9 hervor, wie deutlich aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Um das Metallblech 12 an der Mutter 1 zu befestigen ist, wie aus den Fig. 6 bis 9 hervorgeht, das Metallblech 12 zwischen der Locherfläche 5 d^r Mutter 1 und einer nicht dargestellten

Schlagform angeordnet und dann wird die Schlagform in Eingriff mit dem Blech 12 herunterbewegt, wobei im Verlauf dieser Abwärtsbewegung durch die Locherfläche 5 der Mutter 1 eine.öffnung erzeugt wird. Ein Abschnitt 12a des Blechs 12 um die gelochte Öffnung wird geschmiedet und in die Aussparung 6 verformt. Das Blech 12 wird auf den Sitzflächen 9 abgestützt. Der Abschnitt 12a des Blechs 12 erstreckt sich in die Tiefe des Schnitts der Umfangsfläche 4 und der oberen Fläche der Mutter 1, wodurch erreicht wird, daß ein Randabschnitt 12b des verformten Metallblechs längs der Umfangsseite 4 anliegt,, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. Dies stellt die Verbindung zwischen der Mutter 1 und dem Blech 12 sicher» Ein gebogener Abschnitt 12c des verformten Metalls wird in Kontakt mit den Wänden 10 der Sitzflächen 9 gebracht, wodurch verhindert wird, daß die Mutter 1 sich bezüglich des Blechs 12 drehen kann oder umgekehrt. Ferner wird ein weiterer Abschnitt 12d des verformten Metalls durch die Aussparung 6 extrudiert, wie aus den Fig. 8 und 9 hervorgeht. In vorteilhafter Weise v/erden die extrudierten Abschnitte 12d mittels der Schultern 13 der Sitsflachen 9 gehalten, wodurch die Sperrwirkung, welche eine relative Drehung der Mutter oder des Blechs verhindert, noch verstärkt wird. Auf diese Weise wird die Mutter 1 fest am Blech 12 ge= halten, ohne daß eine relative Drehung zwischen Mütter oder Blech möglich ist.

BAD ORIGINAL

ΛΛ

Bezugszeichenliste

1	Mutter
2	Schraubgewindeöffnung
3	Führungsabschnitt
4	Umfangsflache
5	Locherfläche
6	Aussparung
7	Bezugszeichen
8	Seite
9	Sitzfläche
10	Wand
ii	Ecke
12	Metallblech
12a	Abschnitt
12b	Randabschnitt
12c	Abschnitt
12d	Abschnitt
13	Schulter
20	Mutter
21	Führungsabschnitt
22	Schwalbenschwanznut
23	Flanschabschnitt
24	Bolzen
25	Beilagscheibe
26	Blech
27	Element

Claims

WAT-& N TAJNMlA CJ.E.:.. KLAUS D. KIRSCHNER WOLFGANG GROSSE DIPL.-PHYSIKER Yugen Kaisha SHINJOSEISAKUSHO Osaka, Japan DIPL.-INGENIEUR ZUGELASSENE VERTRETER VORDEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT HERZOG-WILHELM-STR. 17 D-8 MÜNCHEN 2 IHR ZEICHEN: YOUR REFERENCE: UNSER ZEICHEN: OUR REFERENCE: T 4766 Gs DATUM: 22. Dez. 1982 Selbstlochende Mutter Patentansprüche

1.J Selbstlochende Mutter zur Befestigung an einem Metallblech, dadurch gekennzeichnet , daß die Mutter (1) im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist, eine sich durch die Mutter erstreckende zentrale Schraubgewindeöffnung (2) aufweist, einen um die Schraubgewindeöffnung vorgesehenen Führungsabschnitt (3) besitzt, der durch eine Umfangsflache (4) begrenzt ist, die in Richtung auf die obere Fläche der Mutter konvergiert, wobei der Führungsabschnitt (3) eine Locherfläche

(5) besitzt, welche die Schraubgewindeöffnung begrenzt, daß die Mutter ferner an jeder Ecke (11) Sitzflächen (9) besitzt, von denen jede in Richtung auf den Führungsabschnitt durch eine Wand (10) begrenzt ist, welche zur Umfangsflache (4) weist, jedoch sich in einem Abstand zu dieser Umfangsflache befindet, daß die obere Fläche einer jeden Sitzfläche (9) geringfügig tiefer als die Locherfläche (5) liegt, und daß zwischen dem Führungsabschnitt (3) und den Sitzflächen (9) eine Aussparung.

(6) gebildet ist, welche in jede Seite (8) der Mutter zwischen den benachbarten S..tzflachen (9) mündet.

2. Mutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der die Innenseite der Sitzfläche (9) begrenzenden Wände (10) im wesentlichen senkrecht zur Diagonalachse der rechteckförmigen Mutter verläuft, und daß jede Wand (10) sich mit den Seiten (8) der Mutter derart schneidet, daß die Sitzflächen (9) Schulterabschnitte (13) an den entsprechenden Schnittstellen bilden.