DE3247555C2

DE3247555C2 - Selbstlochende Mutter

Info

Publication number: DE3247555C2
Application number: DE3247555A
Authority: DE
Inventors: Katsumi Osaka Shinjo
Original assignee: SHINJOSEISAKUSHO OSAKA JP YK
Current assignee: SHINJOSEISAKUSHO OSAKA JP YK
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1984-08-09
Also published as: JPS58109710A; US4690599A; DE3247555A1; JPS6149528B2

Abstract

Eine selbstlochende Mutter zur Befestigung an einem Metallblech ist im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und besitzt an der oberen Fläche der Mutter im Zentrum einen Führungsabschnitt, welcher durch eine Umfangsfläche begrenzt ist, die leicht gegen die obere Fläche des Mutterkörpers konvergiert. Der Führungsabschnitt umfaßt eine Locherfläche um die Schraubgewindeöffnung der Mutter. Ferner sind an den Ecken der Mutter Sitzflächen vorgesehen, von denen jede Sitzfläche in Richtung auf den Führungsabschnitt durch eine Wand begrenzt ist, welche auf die Umfangsfläche weist, jedoch in einem Abstand zu dieser Umfangsfläche angeordnet ist, wobei die obere Fläche der Sitzflächen etwas tiefer liegt als die Locherfläche und aufgrund des Abstands zwischen dem Führungsabschnitt und den Sichtflächen eine Aussparung gebildet wird. Die Aussparung mündet in jede Seite des rechteckförmigen Mutterkörpers zwischen benachbarten Sitzflächen. Die Aussparung ist so ausgebildet, daß sie einen verformten Abschnitt des Metallblechs aufnimmt, wenn auf die Mutter ein Schlag gegen das Metallblech aufgebracht wird, so daß die Verbindung zwischen Mutter und Metallblech verstärkt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstlochende Mutter, zur Befestigung an einem Meiallblech, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Derartige selbstlochende Muttern finden beispielsweise beim Automobilbau oder beim Bau von elektrischen Geräten oder dergleichen 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 vorgeformte öffnungen in den Blechen befestigt werden.

Darüber hinaus sind gemäß den US-Patentschriften 4Ö747 und 34 69 613 sogenannte »hochbelastbare« selbstlochende Muttern vorgeschlagen worden, welche in erster Linie eingeleiteten Torsionsmomenicn und Scherkräften widerstehen sollen. Im allgemeinen umfassen derartige selbstlochende Muttern einen im Zentrum der oberen Fläche der Mutter vorgesehenen Führungsabschnitt mit einem Paar von Flanschabschnittcn, welche das Metallblech abstützen. Ein wesentliches Merkmal dieser »hochbelastbaren« selbstlochenden Muttern besteht in einem Paar von Schwalbcnschwnn/.niilcn zwischen dem Führungsabschnilt 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 Darüber hinaus verteuern die Schwalbenschwanznuten die Hersteflup«; der ίο 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 der Mutter 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 ¹U" besitzt vergrößert sich die diagonale Erstreckung der »hochbelastbaren« sejbstlochenden 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 Muttern 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 Mutlern 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.

Aus der US-PS 36 48 747 und insbesondere der US-PS 34 69 613 ist weiterhin bekannt, daß ein Teil der Sitzflächen an den Ecken der Mutter angeordnet ist. Diese dorl angeordneten Sitzflächen sind jedoch in keinem Fall dazu geeignet, die diagonale Erstreckung der bo Mutter insgesamt zu minimieren und leisten nur einen unwesentlichen Beitrag dazu, die Haltefestigkeit der Mutter am Blech zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sclbstliK-hcndc Mutter zu schaffen, welche sich insbo-M sondere durch hohe Haliefcstigkcil. einfache und billige Herstellung und besonders geringes Gewicht auszeichnet so daß die Mutter als Miissenbcfestigungsmittel verwendbar ist

Nach Maßgabe der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan- ψ Spruchs 1 gegebenen Maßnahmen gelöst, wobei zweck-

e mäßige Ausgestaltungen in den Unteransprüchen angelt geben sind.

jöi In vorteilhafter Weise besitzt die selbstlösende Mut-

ψ ter der Erfindung jeweils an den Ecken der im wescnili-

* chen rechteckförmigen Mutter Sitzflächen, die das

C Blech abstützen. Diese Anordnung der Silzflächen er-

&; möglicht es, die diagonale Erstreckung der Mutter zu

E kürzen, ohne das Befestigungsvermögen zu beeinträch-

■i: tigen, was letztlich eine reduzierte Größe und Gewicht

-'!- der Mutter zur Folge hat. Bei dieser Anordnung der

: Sitzflächen wird eine HpJte-Befestigungskraft gleichmä-

ij ßig an allen Richtungen auf das Blech aufgebracht An-

,J; dererseits, wenn von außen eine Kraft stuf das Blech

S ausgeübt wird, wird diese gleich gegenüber der Mutter

f\ verteilt, wodurch eine teilweise Belastungskonzentra-

: ' tion darauf vermieden wird. Darüber hinaus wird eine

' j sehr hohe Haltefestigkeit dadurch gewährleistet, daß

ώ das Blech in die vorgesehenen Aussparungen einge-

;> drückt wird, welche es sogar ermöglichen, dr.3 das Blech

?; über den äußeren Umfangsrand der Mutter hinaus de-

ί formiert wird, so daß einem Drehmoment, welches ver-

/> sucht die montierte Mutter zu drehen, ein Rückhaltemoment mit größtmöglichem Hebelarm entgegenwirkt. ν Mit diesem Merkmal wirken eng die in vorteilhafter

]■'■. Weise stufenförmig ausgestalteten Schulterabschnitte

am Übergang von den Sitzflächen zu den Aussparungen ;_; zusammen.

.■ Unabhängig hiervon wird erfindungsgemäß weiterhin

vorgeschlagen die den Führungsabschnitt begrenzende Umfangsfläche in radialer Richtung als Mantelfläche eines Kegelstumpfes auszubilden, da diese in einfacher und billiger Weise mittels eines Dreh-Fertigungsschrittes hergestellt werden kann.

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

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer selbstlochenden Mutter nach Maßgabe der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht der in F i g. 1 dargestellten selbstlochenden Mutter,

F i g. 3 eine Seitenansicht der in F i g. 1 dargestellten Mutter,

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

Fig.5 eine Draufsicht auf ein Metallblech mit einer daran befestigten selbstlochenden Mutter nach Maßgabe der Erfindung,

F i g. 6 eine Schnittansicht längs der Linie I-I in F i g. 5, Fig.7 eine Schnittansicht längs der Linie H-Il in F i g. 5,

F i g. 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 F i g. 8 dargestellten Pfeilen,

F i g. 10 eine perspektivische Ansicht einer bekannten »hochbelastbaren« Lochmutter,

F i g. 11 eine Schnittansicht eines Aufbaus aus Metallblech und bekannter Lochmutter nach F i g. IO sowie

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

Zur Erläuterung der Erfindung wird insbesondere auf ein typisches Beispiel viner 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 ίο derart ausgebildet, daß sie einen ausgebogenen Abschnitt eines Metallblechs 26 aufnehmen und dadurch die Einheit aus Schraubmutter 20 und Metallblech 26 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. Darüber hinaus sind die Schwalbenschwanznuten 22 schwierig herzustellen, so daß die für die Herstellung derartiger Muttern anfallenden Kosten relativ hoch sind. Zusätzlich birgt, wie aus Fi g. 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 Schraubboizens 24 so vergrößert werden, daß er sich über die Flanschabschnitte 23 erstreckt, allerdings w-jrde 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 dam 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 Bückpunkt 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 F i g. 1 bis 9 werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Eine aligemein durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Mutter ist im wesentlichen rechtockförmig ausgebildet und besitzt abgeschrägte Ecken 11 sowie einen Führungsabschnitt 3 um eine Schraubgewindeöffnung 2, welche im Zentrum der Mutter zur Aufnahme eines nicht dargestellter) Schraubbolzens dient. Der Führungsabschnitt 3 besitzt eine Umfangsfläche 4 und eine Locherfläche 5 um die öffnung 2, wobei die Umfangsfläche 4 gegen die obere Fläche der Mutter 1 kon-

vergiert. 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 F i g. 7 ersichtlich ist. Die Sitzfläche 9 besitzt eine Wand 10. die zur Umfangsfläche 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. |ede Wand 10 der Sitzflä- r> chen 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 Locherf.äche 5 des Führimgsahschnitts 3 steht leicht über die Sitzflächen 9 hervorrwie deutlich aus F i g. 3 ersichtlich 2» ist.

Um das Metallblech 12 an der Mutter 1 zu befestigen ist, wie aus den F i g. 6 bis 9 hervorgeht, das Metallblech 12 zwischen der Locherfläche 5 der Mutter 1 und einer nicht dargestellten Schlagform angeordnet und dann wird die Schlagform in Eingriff mit dem Blech 12 hcrunterbewegt, wobei im Verlauf dieser Abwärtsbewegung durch die Locherfläche 5 der Mutter t eine Öffnung erzeugt wird. Ein Abschnitt 12a des Blechs 12 um die gelochte öffnung wird geschmiedet und in die Ausspa- jo rung 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 js längs der Umfangsseite 4 anliegt, wie aus F i g. 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 12c/des verformten Metalls durch die Aussparung 6 extrudiert. wie aus den F i g. 8 und 9 hervorgeht. In vorteilhafter Weise werden die extrudieren Abschnitte X2d mittels der Schultern 13 der Sitzflächen 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 gehalten, ohne daß eine relative Drehung zwischen Mir.:er oder Blech möglich ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Selbstlochende im wesentlichen rechteckförmige ausgebildete Mutter zur Befestigung an einem Metallblech, mit einer sich durch die Mutter erstrekkenden zentralen Schraubgewindeöffnung, mit einem um die Schraubgewindeöffnung vorgesehenen Führungsabschnitt, der durch eine Umfangsfläche begrenzt ist, die in Richtung auf die obere Räche der Mutter konvergiert, wobei der Führungsabschnitt eine Locherfläche besitzt, die die Schraubgewindeöffnung begrenzt, mit Sitzflächen, von denen jede in Richtung auf den Führungsabschnitt durch eine Wand begrenzt ist die zur Umfangsfläche weist, jedoch sich in einem Abstand zu dieser Umfangsfläche befindet, wobei die obere Fläche einer jeden Sitzfläche geringfügig tiefer als die Lochoberfläche liegt, und mit einer zwischen dem Führungsabschnitt und den Sitzfläck-in vorgesehenen Aussparung, dadurch geV^nnzeichnet. daß die Sitzflächen (9) jeweils an den Ecken (11) der Mutter (1) angeordnet sind, und daß die Aussparung (6) mit ihren das Blech aufnehmenden Abschnitten in jede Seite (8) der Mutter zwischen benachbarten Sitzflächen (9) einmündet.

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

3. Mutter nach Anspruch 1, dauurch gekennzeichnet, daß die den Führungsabschnitt (3) in radialer Richtung begrenzende Umfangsfläche (4) als Mantelfläche eines Kegelstumpfes ausgebildet ist.