DE102012001088A1

DE102012001088A1 - Zweiteiliges Mutterelement für Kunststoffbauteile

Info

Publication number: DE102012001088A1
Application number: DE102012001088A
Authority: DE
Inventors: Oliver Diehl; Dr. Humpert Richard; Andreas Lembach; Christian Sowa
Original assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-07-25
Also published as: US20140241831A1; US20130189051A1; ES2792867T3; CN103216506A; EP3095553A1; IN2013DE00112A; EP2617519A1; RU2013102513A; US9080589B2; EP3095554B1; EP3095555A1; EP2617519B1; EP3095554A1; ES2772925T3; US8753054B2; EP3095555B1; ES2603255T3

Abstract

Ein hohles Element wie ein Hohlniet oder ein Mutterelement zur Anbringung an einem aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Bauteil wie ein Faser verstärktes Kunststoffteil oder ein mit einem Gewebe verstärktes Kunststoffteil wird vorgestellt. Das Element weist einen Flanschteil und einen vom Flanschteil wegerstreckenden Schaftteil auf, der wenigstens an seinem freien Ende als Nietabschnitt ausgebildet sein kann, wobei das hohle Element eine mittlere Passage aufweist, die gegebenenfalls mit einem Gewindezylinder versehen ist. Das hohle Element wird in Kombination mit einer Hilfsspitze verwendet, die entweder von der Flanschseite des Elements durch die Passage hindurch oder von der Seite des freien Endes des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts in die Passage hinein derart einführbar ist, dass ein konisch zulaufender Bereich der Hilfsspitze vom freien Ende des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts hinausragt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hohles Element wie ein Hohlniet oder ein Mutterelement zur Anbringung an einem aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Bauteil wie ein Faser verstärktes Kunststoffteil oder ein mit einem Gewebe verstärktes Kunststoffteil.
Verbundwerkstoffe werden häufig in den verschiedensten Bereichen eingesetzt und bestehen meistens aus Kunststoff mit eingelagerter Faserverstärkung, die unter anderem auch in Form von Bändern, Geweben, Filzen und Matten bekannt sind. Beispielsweise werden Karosserieteile aus mit Glasfaser verstärktem Polyesterharze und mit Kohlenfaser verstärkten Kunststoff wie Epoxidharze häufig im Automobilbau verwendet, und es werden auch unzählige weitere Bauteile wie Konsolen und Verkleidungen ebenfalls aus solchen Verbundwerkstoffen hergestellt. Bei der Verwendung von Kohlenfasern als Verstärkung werden häufig Gewebe aus Kohlenfasern eingesetzt, da man dann eine Verstärkung in allen Richtungen des Bauteils erzielen kann.
Der Bereich der Verbundwerkstoffe ist aber keinesfalls auf Glasfasern und Kohlenfasern beschränkt, es kommt eine Vielzahl von anderen Verstärkungsfasern in Frage. Auch können die verschiedensten Kunststoffe als Matrixmaterial verwendet werden. Alle solche Materialien werden hier gattungsmäßig als Verbundwerkstoffe und faserverstärkten Kunststoffe beschrieben. Sie können auch durch den Gattungsbegriff ”Organobleche” beschrieben werden. Dieser Begriff ist in manchen Kreisen als Fachbegriff zu verstehen. Die vorliegende Erfindung wendet vornehmlich solche Verbundwerkstoffe, die als Matrixmaterial ein thermoplastisches Material, d. h. ein Thermoplast, anwenden, die bei erhöhten Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes erweichen oder teigig werden. Es ist allerdings nicht ausgeschlossen, das Duroplaste als Matrixmaterial angewendet werden, sofern diese ausreichend weich sind oder bei erhöhten Temperaturen weich oder teigig werden, d. h. bei Temperaturen die unterhalb von Temperaturen liegen, bei denen das Matrixmaterial permanent beschädigt wird. Auch kann das hier beanspruchte Verfahren bei Verbundwerkstoffen mit Matrixmaterialien verwendet werden, die zwar keine Thermoplaste sind, aber noch nicht ihren Endzustand erreicht haben, sondern in einem Zustand vorliegen, in dem sie mit oder ohne Erwärmung weich sind, jedoch in Lauf der Zeit oder durch die Einwirkung von ultraviolettem Licht oder Feuchtigkeit oder anderweitig durch fortschreitende Polymerisation oder Vernetzungsreaktionen in einen härteren Zustand überführt werden.
Es ist häufig notwendig, Bauteile aus Verbundwerkstoffen mit Befestigungselementen zu verwenden, beispielsweise um die entsprechenden Bauteile an andere Teile zu befestigen oder um andere Teile an die faserverstärkten Kunststoffbauteile anzubringen.
Es kommen sowohl Nietelemente als auch Bolzen- und Mutterelemente in Frage, die alle unter dem Begriff Funktionselemente subsummiert werden können. Diese Bezeichnung gilt auch für Clips und Lagerungen, die ebenfalls an Verbundwerkstoffen befestigt werden. Egal, welche Form solche Funktionselemente aufweisen, ist es immer erforderlich, ein Loch oder mehrere Löcher im Kunststoffbauteil vorzusehen, um die Anbringung der jeweils erwünschten Funktionselemente zu ermöglichen, es sei denn, es werden Gewinde tragende Einsätze oder Ösen im Kunststoffbauteil bei der Herstellung des Bauteils integriert, was aber sehr aufwändig ist bzw. zu weiteren Kosten führt und manchmal eine lokale Verdickung des Kunststoffteils erforderlich macht. Die Herstellung von Löchern wird meistens mit einem Bohrvorgang erreicht, wodurch Materialreste wie Bohrmehl entstehen und der Verbundwerkstoff im Bereich der Bohrung geschwächt wird. Es wäre auch denkbar, das Bauteil zu durchstanzen, um die erforderlichen Löcher zu erzeugen, wodurch ebenfalls zu entsorgender Abfall in Form von Stanzbutzen wie auch eine lokale Schwächung des Bauteils entstehen würde.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein hohles Element und ein Hilfsmittel vorzusehen, das es ermöglicht, zumindest im Wesentliche verlustfrei und ohne ausgeprägte Schwächung des Bauteils Löcher, insbesondere zur Aufnahme von hohlen Funktionselementen wie Nieten, oder Mutterelemente (Nietmutter und Einpressmutter) vorzusehen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein hohles Element wie ein Hohlniet oder ein Mutterelement zur Anbringung an einem aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Bauteil wie ein Faser verstärktes Kunststoffteil oder ein mit einem Gewebe verstärktes Kunststoffteil, wobei das Element einen Flanschteil und einen vom Flanschteil wegerstreckenden Schaftteil und/oder einen Nietabschnitt aufweist, wobei der Nietabschnitt falls vorhanden auch am freien Ende eines Schaftteils ausgebildet sein kann, wobei das hohle Element ferner eine mittlere Passage aufweist, die gegebenenfalls mit einem Gewindezylinder versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle Element in Kombination mit einer Hilfsspitze verwendbar ist, die entweder von der Flanschseite des Elements durch die Passage hindurch oder von der Seite des freien Endes des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts in die Passage hinein derart einführbar ist, dass ein konisch zulaufender Bereich der Hilfsspitze vom freien Ende des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts hinausragt.
Mit der Hilfsspitze kann das Bauteil bei der Anbringung des hohlen Elements gelocht werden, und zwar nicht durch einen Bohr- oder Stanzvorgang, sondern dadurch, dass die Spitze das Bauteil zunehmend durchdringt und das Material des Bauteils um die Stelle der ersten Durchdringung zunehmend nach außen verdrängt wird, bis ein Loch der erwünschten Größe zur Aufnahme des Schaftteils des hohlen Elements geschaffen ist.
Durch die seitliche Verdrängung des Materials des Bauteils, das bisher im Bereich des Loches vorhanden war, entsteht eine Verdickung des Bauteils auf einer oder beiden Seiten des Loches (je nachdem, ob und wie das Bauteil beim Lochvorgang lokal abgestützt wird) und das so gesammelte Material kann anschließend in Nuten und/oder Hinterschneidungen des hohlen Elements und in Eingriff mit Verdrehsicherungsmerkmalen verdrängt bzw. gebracht werden und befindet sich immer noch nahe am Lochrand, d. h. an einer Stelle um den Lochrand herum, in der es das Bauteil lokal verstärkt, und zwar an einer Stelle, die sonst geschwächt wäre. Da das Material des Bauteils, d. h. sowohl das Matrixmaterial als auch die Verstärkungsfasern durch die Hilfsspitze verdrängt, wird bzw. werden die Materialansammlung am Lochrand ebenfalls gut verstärkt und sorgt für eine hochwertige Anbindung des hohlen Elements am Bauteil und beugt Ermüdungsrissen und anderen Versagungsquellen vor.
Selbst wenn das Material zunächst auf der dem Flanschteil des hohlen Elements abgewandten Seite des Bauteils verdickt wird, kann diese Seite wieder plan gedrückt werden, was ohnehin bei der Verpressung des Bauteils mit dem hohlen Element bzw. bei der Umbördelung eines Nietabschnitts und bei der Verdrängung des Materials des Bauteils in etwaige Nuten und/oder Hinterschneidungen und in Anlage gegen die Oberfläche von Verdrehsicherungsmerkmalen erfolgt. Hierdurch entsteht auf der dem Flanschteil abgewandten Seite des Bauteils eine hoch geschätzte planare Anschraubfläche.
Besonders günstig ist es, wenn Verdrehsicherungsmerkmale im Bereich des Flanschteils vorgesehen sind, um eine Verdrehsicherung zwischen dem hohlen Element und dem Bauteil auszubilden. Da bei einem Verbundwerkstoff der Flanschteil und die entsprechende ringförmige Anlagefläche relativ groß gemacht werden muss, um die Flächenpressung akzeptabel zu gestalten, können die Verdrehsicherungsmerkmale relativ groß gemacht werden und sind somit auch bei kleinerer Höhe sehr wirksam.
Der Flanschteil kann zum Beispiel mit einer ringförmigen planaren Anlagefläche versehen wird, die mit diskreten axialen Vorsprüngen ausgestattet ist, die in das Matrixmaterial des Bauteils hineindrückbar sind. Solche Vorsprünge können radial weit außen an der ringförmigen Anlagefläche angeordnet werden, d. h. an Stellen, wo sie bei kleiner Größe doch eine recht hohe Verdrehsicherung bewirken. Die Vorsprünge können an ihren höchsten Stellen abgeflacht oder sanft gerundet sein, damit sie die Faserverstärkung des Verbundwerkstoffes nicht beschädigen.
Das hohle Element weist am Flanschteil vorzugsweise nicht nur eine ringförmige planare Anlagefläche auf, sondern ist vorzugsweise radial innerhalb dieser Anlagefläche mit einer axialen Ringnut versehen, die vorzugsweise konzentrisch zum Schaftteil angeordnet ist und ebenfalls vorzugsweise an ihrem Bodenbereich Verdrehsicherungsmerkmale wie Verdrehsicherungsrippen und/oder -vertiefungen aufweist. Gerade eine solche Ausbildung sorgt für eine gute Materialansammlung im Bereich des Lochrandes und für eine gute Verdrehsicherung ohne Schwächung des Bauteils im Bereich der Anbindung des hohlen Elements.
Die Hilfsspitze kann durch eine leichte, das Gewinde nicht schädigende Presspassung oder durch eine schwache Klebeverbindung oder durch Magnetkraft in der Passage gehalten werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Kombinationseinheit hohles Element mit Hilfsspitze während Transport, Handhabung und Verarbeitung solange zusammen bleibt, bis die Hilfsspitze absichtlich entfernt wird, was dann leicht vonstatten geht.
Besonders günstig ist es, wenn die Hilfsspitze einen zylindrischen Bereich, der in die Passage des hohlen Elements hineinführbar ist und zwischen der konusförmig zulaufenden Spitze und dem zylindrischen Bereich eine Ringschulter aufweist, die zur Anlage gegen das freie Ende des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts vor der Lochung des Bauteils bringbar ist. Diese Hilfsspitze kann in Richtung der Längsachse vom freien Stirnende des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts in die Passage eingeführt werden und die Hilfsspitze stützt sich dann am genannten freien Ende ab.
Besonders günstig ist es, wenn das hohle Element hinter der konusförmig zulaufenden Spitze, die einen maximalen Durchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts entspricht oder etwas kleiner ist, über eine Hohlkehle in einen Abschnitt kleinerer Abmessung übergeht, der in den Gewindezylinder bzw. in die Passage aufgenommen wird. Mit dieser Ausbildung kann die Hilfsspitze auch für die Bildung eines Nietbördels sorgen, wenn die Krümmung der Hohlkehle so unterschiedlich zu der Form des freien Endes des Nietabschnitts auf der radial inneren Seite gewählt wird, dass dort zunächst einen Spalt vorliegt. Bei der Ausübung einer Kraft auf die Hilfsspitze in Richtung der Längsachse und in Richtung auf den Flanschteil zu, kann diese axial gegenüber dem Schaftteil bzw. dem Nietabschnitt verschoben werden, wodurch der Spalt zumindest in etwa geschlossen wird und der Nietabschnitt radial nach außen umgelenkt und zu einem Nietbördel umgeformt wird. Hiermit ist eine gesonderte Nietmatrize nicht nötig und das Anbringungsverfahren sehr einfach gestaltet werden.
In einer alternativen Ausführungsform, bei der ein hohles Element mit einem Innengewinde vorgesehen ist, kann die Hilfsspitze ein Außengewinde aufweisen, das in das Innengewinde hineingeschraubt wird.
Ebenfalls möglich ist eine Auslegung, bei der die Hilfsspitze als ein vorlaufender Lochstempel ausgebildet ist, der durch die Passage des hohen Elements hindurch von der Flanschseite kommend führbar ist. Der Lochstempel, d. h. die Lochspitze, kann immer wieder verwendet werden, und es ist nicht erforderlich, für jedes hohle Element eine getrennte Hilfsspitze vorzusehen.
Besonders zu empfehlen ist eine Ausführungsform, bei der das freie Ende des hohlen Schaftteils des Elements bzw. das freie Ende des Nietabschnitts eine konusförmig zulaufende Form aufweist, die an die Konusform der verwendeten Hilfsspitze angepasst ist. Hierdurch kann ein Teil der Lochungsarbeit durch eine relativ kleine Hilfsspitze durchgeführt werden, die von der Flanschseite des hohlen Elements kommend durch die genannte Passage hindurchgeführt wird, während ein weiteres Teil der Lochungsarbeit von der konusförmig zulaufenden Form des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts geleistet wird. Auch diese Ausführungsform begünstigt die Verwendung einer wiederverwendbaren vorlaufenden Lochspitze, die von der Flanschseite kommend durch die genannte Passage hindurch geführt wird.
Die Hilfsspitze kann in einer weiteren Ausführungsform hinter dem konusförmig zulaufenden Bereich divergierende Federzungen aufweisen, die in ihrer divergierenden Form bei einem Durchmesser enden, der dem Außendurchmesser des freien Endes des Schaftteils oder der freien Stirnseite einer konusförmig zulaufenden Form des freien Endes des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts entspricht, wobei die Federzungen nach der Lochung des Blechteils nach innen druckbar sind. Hierdurch kann ein sanfter Übergang von dem konusförmig zulaufenden Bereich der Hilfsspitze zum konusförmig zulaufenden Bereich des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts geschaffen werden.
Dabei kann die Hilfsspitze eine zylindrische Verlängerung nach hinten aufweisen, die in einem hohlen Einsatz geführt ist, der in der Passage des hohlen Elements angeordnet oder eingeschraubt ist. Hierdurch kann die Hilfsspitze stabil geführt werden und der hohle Einsatz oder die Führungshülse kann die freien Enden der Federzungen abstützen.
Das hohle Element kann auch in Kombination mit einem die axiale Bewegung des hohlen Elements mit der Hilfsspitze und/oder der Hilfsspitze alleine bewerkstelligenden Werkzeug benutzt werden, das aus der Gruppe Presse, Setzkopf, Roboter, Zange, C-Gestell mit Kraftzylinder gewählt ist, wobei das Bauteil vorzugsweise während der Lochung entweder freitragend oder auf einer Matrize, zum Beispiel einer Nietmatrize, abgestützt wird.
Ferner kann das hohle Element in Kooperation mit einer Heizung verwendet werden, die das Bauteil mindestens im Bereich der Lochung auf eine matrixmaterialabhängige Temperatur aufheizt, bei der das Matrixmaterial des Verbundwerkstoffs nicht schmilzt, aber erweicht oder teigig wird, beispielsweise auf eine Temperatur von 260°C, wenn das Material PA6 ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert, in welchen zeigen:
1A–1E eine Darstellung eines ersten hohlen Elements in Form eines Mutterelements mit Hilfsspitze, und zwar in einer perspektivischen Ansicht von oben (1A), in einer perspektivischen Ansicht von unten (1B), in einer Draufsicht von unten (1C), in einer teilweise in Längsrichtung geschnittenen Darstellung (1D) und in einer Draufsicht von oben (1E),
2A–2E die Anbringung des hohlen Mutterelements mit Hilfsspitze der 1A bis 1E an ein aus einem Verbundwerkstoff bestehendes Bauteil, und zwar eine teilweise geschnittene Darstellung eines Ausschnitts aus einem Bauteil (2A), die Durchdringung des Bauteils durch die Hilfsspitze (2B), eine Zeichnung ähnlich der 2B, bei der aber der Nietabschnitt des hohlen Elements jetzt im Lochbereich des Bauteils gelangt ist (2C), die Anwendung einer Matrize, um den Nietabschnitt des hohlen Mutterelements zu einem Nietbördel auszubilden (2D) und das fertiggestellte Zusammenbauteil bestehend aus dem Bauteil an dem das hohle Element angenietet ist (2E),
3A–3E eine Zeichnungsreihe entsprechend der Zeichnungsreihe 1A–1E, jedoch mit einer alternativen Ausführungsform der Hilfsspitze,
4A–4D eine Zeichnungsreihe zur Darstellung der Anbringung des hohlen Elements gemäß 3A–3E an einem Bauteil entsprechend den Darstellungen der 2A, 2B, 2C und 2E der Zeichnungsreihe der 2A–2E,
5A–5E eine weitere Zeichnungsreihe entsprechend den 1A–1C, jedoch ohne Hilfsspitze und mit einer besonderen Formgebung des Nietabschnitts,
6A–6C eine Darstellung einer ersten Variante zur Anbringung des Mutterelements gemäß den 5A–5E an einem aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Bauteil unter Anwendung einer Hilfsspitze in Form eines eingeschraubten Bolzens mit Spitze, und zwar in einer ersten Darstellung, bei der das hohle Element der 5A–5E mit der Hilfsspitze oberhalb des Bauteils angeordnet ist (6A), eine Darstellung, bei der das hohle Element mit Hilfsspitze soweit durch das Bauteil hindurchgedrückt ist, dass der besonders geformte Bereich des Nietabschnitts sich im Bauteil befindet (6B) und das fertige Zusammenbauteil bestehend aus dem an dem Bauteil angenieteten hohlen Element (6C),
7A–7D eine weitere Zeichnungsreihe ähnlich der Zeichnungsreihe 6A–6D, jedoch mit Darstellung einer alternativen Hilfsspitze und
8A–8E eine alternative Möglichkeit der Anbringung eines Mutterelements gemäß 1A–1E an einem Bauteil aus einem Verbundwerkstoff, das vorgelocht ist.
Bezugnehmend zunächst auf die 1A–1E wird ein erstes Beispiel für ein hohles Element in Form eines Mutterelements 100 gezeigt, das einen Flanschteil 102 und einen vom Flanschteil wegerstreckenden Schaftteil 104 aufweist. Der Schaftteil 104 ist hier als Nietabschnitt 106 ausgebildet. Das Mutterelement 100 weist ferner eine mittlere Passage 108 auf, die konzentrisch zur mittleren Längsachse 110 des hohlen Elements angeordnet ist und mit einem Gewindezylinder 112 versehen ist.
Wie insbesondere aus den 1C und 1D ersichtlich ist, weist das Mutterelement 100 eine ringförmige Anlagefläche 114 auf der dem Schaftteil zugewandten Seite des Flanschteils 102 auf, und es befindet sich radial innerhalb dieser Anlagefläche 114 eine Ringnut 116, die den Schaftteil 104 umgibt. Im Bodenbereich der hier im Querschnitt etwa rechteckigen Nut 16 befinden sich Verdrehsicherungsrippen 118, die den Bodenbereich der Ringnut 116 voll überbrücken, wobei jedoch die Rippen 118 in der Höhe kleiner sind als die Tiefe der Nut 116 von der ringförmigen Anlagefläche 114. Der Übergang der Ringnut in die ringförmige Anlagefläche 114 ist hier mit einer gerundeten Kante gezeigt. Andere Formen für solche Ringnuten sind bestens bekannt auf dem Gebiet der Blechverarbeitung und aus Patentanmeldungen der vorliegenden Anmelderin und können nach Belieben benutzt werden. Es soll zum Ausdruck gebracht werden, dass die vorliegende Erfindung keinesfalls auf die Anwendung eines Mutterelements 100 gemäß 1A bis 1E oder gemäß der weiteren Figuren dieser Anmeldung beschränkt ist, sondern es kommen alle hohle Elemente in Frage, die die Grundausbildung aufweisen, die für das hohle Element im Anspruch 1 angegeben sind, d. h. die vorliegende Erfindung kann mit allen solchen Elementen im Prinzip angewandt oder umgesetzt werden.
Auf der ringförmigen Anlagefläche 114 befinden sich ferner in Draufsicht kreisförmige kleinere Erhebungen 120, die vorzugsweise an ihren oberen Seiten abgeflacht sind.
Oberhalb des Flansches 102 in der Darstellung gemäß 1D befindet sich ein zylindrischer Vorsprung 122, wobei ein Teil des Gewindes 112 innerhalb dieses Vorsprungs 122 ausgebildet ist während das weitere Teil sich im Bereich des Flanschteils 102 befindet. Der zylindrische Vorsprung 122 geht in den Flanschteil 102 über, ist aber von kleinerem Durchmesser als der Schaftteil 102, wodurch eine ringförmige Fläche 124 konzentrisch zur mittleren Längsachse 110 entsteht. Diese Fläche 124 stellt eine sogenannte getriebene Fläche dar, d. h. eine Fläche, auf die gedrückt werden kann, wenn das Element in einem Bauteil eingebaut wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Gewinde durch die ausgeübten Kräfte verformt oder das Element anderweitig beschädigt wird.
Die allgemeine Form des Elements wie in den 1A–1B gezeigt ist an sich bekannt in Form eines RND-Elements der Fa. Profil Verbindungstechnik GmbH & Co. KG, abgesehen von den konkreten Abmessungen und vor allem die breite Anlagefläche 114 und den kleinen Erhebungen 120 außen auf der ringförmigen Anlagefläche 114, die hier eine gute Verdrehsicherheit bieten. Der Flanschteil 102 hat außen eine ballige Form, was ebenfalls bei einem dem RND-Element bekannt ist.
Das Mutterelement 100 der 1A–1E ist ergänzt durch eine Hilfsspitze 126, die am besten aus der 1D zu sehen ist. Man sieht, dass diese Hilfsspitze einen konusförmigen vorderen Spitzenteil 128 aufweist, der in eine gerundete Hohlkehle 129 übergeht, deren minimale Abmessung dem zylindrischen Innendurchmesser des Abschnitts 106 entspricht. Die Hohlkehle 129 geht dann über eine Ringstufe 131 in einen zylindrischen Abschnitt 133 über, der eine leichte Presspassung innerhalb des Gewindezylinders 112 aufweist oder dort mit Magnetkraft gehalten wird. Somit kann die Spitze nicht verloren gehen.
In dieser Ausführungsform wird die Hilfsspitze 126 von der Seite des freien Endes des Schaftteils 104 bzw. des Nietabschnitts 106 in die Passage 108 derart hineingeführt, dass der konisch zulaufende Bereich 180 der Hilfsspitze vom freien Ende des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts 106 hinausragt. Man sieht, dass der breiteste Durchmesser des konisch zulaufenden Bereichs 128 der Hilfsspitze 126 den gleichen Durchmesser aufweist wie der Außendurchmesser des Nietabschnitts 106.
Die Anbringung des soeben beschriebenen hohlen Nietelements mit Hilfsspitze an einem aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Bauteil wird nachfolgend anhand der Zeichnungsreihe der 2A–2E näher beschrieben.
Die 2A zeigt zunächst einen Ausschnitt aus einem Bauteil 130 aus einem Verbundwerkstoff in einer teilweise geschnittenen Darstellung. Es kann sich bei dem Bauteil um ein dreidimensionales Bauteil, beispielsweise in Form eine Kotflügels oder einer Stoßstange oder einer Konsole oder ähnlichem handeln, wobei nur ein flacher Bereich des Bauteils hier gezeigt ist und es nicht einmal zwingend erforderlich ist, dass der Bereich absolut gerade ist, sondern es könnte auch ein Bauteil mit einer leichten Krümmung im Bereich der Anbringung des Mutterelement 100 sein.
Die Kombination bestehend aus dem Mutterelement 100 und der Hilfsspitze 126 wird mit der Spitze 126 voran gegen das Bauteil 130 gedrückt und die Spitze durch das Bauteil hindurchgepresst, wie zunächst in 2B zu sehen ist. Dabei entsteht ein Loch 132 im Bauteil 130, und das Material, das mittels der Spitze verdrängt wird, baut sich auf der Unterseite und auf der Oberseite des Bauteils 130 in Form der Verdickungen 134 und 136 auf, wie in 2C gezeigt. In der 2C sieht man ferner, dass der Nietabschnitt jetzt im Begriff ist, vollständig im Loch 132 aufgenommen zu werden. Ferner sieht man in 2C eine Matrize 140 mit einer mittleren Passage 142 und einer konusförmigen Vertiefung 144, die die Spitze aufnimmt. Bei der weiteren nach unten gerichteten Bewegung des Mutterelements 100 gelangt die Hilfsspitze 126 bzw. deren konusförmig zulaufender Bereich 128 in vollflächige Anlage gegen die konusförmige Vertiefung 144 der Matrize 140 und die ringförmige Anlagefläche 114 in Anlage gegen die obere Seite des Bauteils 130. Ferner kommt die planare obere Stirnseite 146 der Matrize 140 in Anlage gegen die untere Seite des Bauteils 130, wie in 2D gezeigt. Durch die entsprechende Bewegung des Mutterelements 100 auf die Matrize 140 zu, wird das Material, das sich im Bereich der Erhebungen 134 und 136 befindet, verschoben bzw. verdrängt, so dass es die Ringnut 116 ausfüllt und in vollflächige Anlage an die Verdrehsicherungsrippen 118 gelangt. Ferner werden die Verdrehsicherungsnasen 120 in die Oberseite des Bauteils 130 gedrückt. Ferner wird durch diese Bewegung des Mutterelements 100 auf die Matrize zu, die Hilfsspitze 126 nach oben gedrückt, wodurch die Hohlkehle 129 den Nietabschnitt 106 zu einem Nietbördel 150 umformt, wie in den 2D und in 2E gezeigt ist. Besonders günstig ist es, wenn das hohle Element hinter der konusförmig zulaufenden Spitze, die einen maximalen Durchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts entspricht oder etwas kleiner ist, über eine Hohlkehle in einen Abschnitt kleinerer Abmessung übergeht, der in den Gewindezylinder bzw. in die Passage aufgenommen wird. Mit dieser Ausbildung kann die Hilfsspitze, wie bereits erwähnt, auch für die Bildung eines Nietbördels sorgen, insbesondere wenn die Krümmung der Hohlkehle so unterschiedlich zu der Form des freien Endes des Nietabschnitts auf der radial inneren Seite gewählt wird, dass dort zunächst einen Spalt vorliegt. Bei der Ausübung einer Kraft auf die Hilfsspitze in Richtung der Längsachse in Richtung des Flanschteils zu, kann dieser axial gegenüber dem Schaftteil bzw. dem Nietabschnitt verschoben werden, wodurch der Spalt zumindest in etwa geschlossen wird und der Nietabschnitt radial nach außen umgelenkt und zu einem Nietbördel umgeformt wird. Eventuell genügt es wenn die Hohlkehle die gleich Form aufweist wie die innere Seite des freien Endes des Nietabschnitts und kein Spalt vorliegt, da der Radius der Hohlkehle auch ausreichen kann um die Bildung des Nietbördels herbeizuführen. Hiermit ist eine gesonderte Nietmatrize nicht nötig und das Anbringungsverfahren kann sehr einfach gestaltet werden.
Die Matrize und die Hilfsspitze können dann entfernt werden, und das fertige Zusammenbauteil bestehend aus dem an das Bauteil 130 angenietete Mutterelement 100 gestaltet sich dann wie in 2E gezeigt. Man merkt, dass die Unterseite 152 des Bauteils 130 in 2E in einer Ebene liegt, wenigstens im Bereich des Mutterelements 100. Hierdurch wird eine planare Anschraubfläche geschaffen, so dass ein weiteres Bauteil (nicht gezeigt) von der Unterseite an das Bauteil 130 angeschraubt werden kann, und zwar mittels eines Bolzenelements, das durch das weitere Bauteil und durch das Nietbördel in das Gewinde 112 des Mutterelements 100 eingeschraubt wird.
Wenn in dieser Beschreibung von Unterseite und Oberseite, unten und oben oder ähnlichem gesprochen wird, ist diese Bezeichnungsweise lediglich auf die geometrische Darstellung zu beziehen und stellt keine Beschränkung der geometrischen Anordnung dar. Es wäre beispielsweise ohne weiteres möglich, das Mutterelement 100 von unten kommend auf dem Bauteil 130 zu befestigen oder in einer beliebigen Schräglage, wenn die lokale Ebene des Bauteils 130 eine entsprechende Schräglage aufweist.
Die Lochung des Blechteils entsprechend der Zeichnungsreihe der 2A–2E erfolgt im Regelfall bei einer Temperatur, bei der das Matrixmaterial des Bauteils 130 weich oder teigig ist, beispielsweise bei 260°C für PA6 (Polyamid 6). Da das Bauteil in diesem Zustand weich ist, sind die Kräfte, die erforderlich sind, um die Spitze durch das Bauteil hindurchzudrücken, relativ gering und eine besondere Abstützung des Bauteils ist nicht unbedingt erforderlich, sondern das Bauteil kann sozusagen freitragend gelocht werden. Andererseits spricht nichts dagegen, das Bauteil während der Lochung auf einer entsprechenden Lochmatrize abzustützen, beispielsweise auf die Matrize, die für sich in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der vorliegenden Anmelderin mit dem Anwaltsaktenzeichen P10447PDE beschrieben ist, deren Inhalt zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Es werden nachfolgend weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, und es werden in dieser weiteren Beschreibung die gleichen Bezugszeichen für Merkmale oder Funktionen verwendet, die bereits beschrieben sind. Es versteht sich, dass die bisherige Beschreibung auch für die weiteren Ausführungsbeispiele gilt, es sei denn, es wird etwas Gegenteiliges gesagt. Somit wird die Beschreibung nicht unnötig wiederholt.
Die 3A–3E zeigen das gleiche Mutterelement 100 wie in den Zeichnungen der 1A–1E, jedoch kommt hier eine abweichende Hilfsspitze 126 zur Anwendung. Man sieht, insbesondere aus 3D, dass der konusförmig zulaufende Bereich 128 der Hilfsspitze 126 hier einen maximalen Durchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser des zylindrischen Teils des hohlen Nietabschnitts 106 entspricht. Dieser Durchmesser geht dann über eine Ringstufe 160 in einen Gewindeteil 162 über, der in das Innengewinde 112 des hohlen Mutterelements 100 eingeschraubt ist.
Die Anbringung der Kombination des Mutterelements 100 mit Hilfsspitze 126 gemäß der 3A–3E an ein Bauteil 130 erfolgt ähnlich wie die Anbringung der Kombination gemäß 1A–1E, wobei die Anbringung konkret in den 4A–4D gezeigt wird.
Da der maximale Durchmesser des konusförmig zulaufenden Bereichs 128 der Hilfsspitze 126 kleiner ist und dem Innendurchmesser des hohlen Nietabschnitts entspricht, wird die Lochung teilweise von dem konusförmig zulaufenden Bereich der Hilfsspitze und teilweise von dem freien Stirnende des Nietabschnitts bewerkstelligt, was aber unproblematisch ist, da der Nietabschnitt an seinem freien Stirnende gerundet ist und imstande ist die konudförmig zulaufender Bereich 128 der Hilfsspitze 128 bei der Durchführung der Lochung teilzunehmen und für die letzte Erweiterung zu sorgen. Es ist unkritisch wenn die leichte Diskontinuität zwischen dem konudförmig zulaufender Bereich 128 der Hilfsspitze 128 und dem freien Stirnende des Nietabschnitts 106 zu einer Materialverdrängung nach unten führt, da dieses Material Teil der Verdickung 134 bildet und schließlich von der Matrize 140 wieder nach oben bzw. plan gedrückt wird.
Wenn das Mutterelement mit dem Nietabschnitt soweit in das Bauteil hinein gedrückt ist, bis der Zustand der 4C erreicht ist, wird mittels einer von unten platzierten Matrize 140 das Bauteil 130 auf seiner Unterseite 152 abgestützt, während das Mutterelement 100 von oben auf die Matrize 140 zu gedrückt wird. Die freie Stirnseite 146 der Matrize drückt auch hier gegen die freie Stirnseite 152 des Bauteils und verdrängt das Material der Erhebungen 134 und 136 in die Ringnut des Mutterelements 100 hinein bzw. drückt die Unterseite des Bauteils plan. Abweichend von der Darstellung in den 2A–2E wird die Matrize 140 hier mit einer Ringnase 166 versehen, die um die mittlere Passage 142 der Matrize herum und konzentrisch zur Längsachse 110 angeordnet ist. Diese Passage 142 weist einen Innendurchmesser auf, der dem maximalen Durchmesser der Hilfsspitze 126 entspricht bzw. geringfügig größer ist. Die Ringnase 166 greift auf der Innenseite des hohlen Nietabschnitts 104, begünstigt durch die gekrümmte Form des freien Endes des Nietabschnitts, an und weitet den Nietabschnitt 106 zu einem Nietbördel 150 aus, wie in der 4D gezeigt ist.
Auch hier entsteht eine planare Anschraubfläche entsprechend dem Bezugszeichen 152. Nach der Fertigstellung der Nietverbindung zwischen dem Bauteil 130 und dem hohlen Mutterelement 100 ergibt sich ein Zusammenbauteil, wie in der 4D gezeigt, das mit dem Zusammenbauteil der 2E identisch ist. Es ist natürlich hier erforderlich, die Hilfsspitze 126 wieder herauszuschrauben, damit das Zusammenbauteil gemäß 4D seine endgültige Form annimmt und ein weiteres Bauteil an die planare Anschraubfläche 152 angeschraubt werden kann, wie im Zusammenhang mit der bisherigen Ausführung beschrieben ist. Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt die Anbringung bei einer erhöhten Temperatur, damit das Matrixmaterial des Verbundwerkstoffes weich bzw. teigig wird und/oder in die formschlüssige Verriegelung mit dem Mutterelement 100 gebracht werden kann, ohne die Faserverstärkung zu beschädigen.
An dieser Stelle soll zum Ausdruck gebracht werden, dass bei allen der hier beschriebenen Ausführungsformen die Anwendung einer Hilfsspitze auch deshalb günstig ist, weil die Spitze keine oder nur wenige Fasern bei der Lochung des Bauteils 130 beschädigt, sondern viel eher diese verdrängt, wodurch nicht nur eine Verdickung des Bauteils im Bereich der Lochung und eine hohe Konzentration der Verstärkungsfasern in der formschlüssigen Anbindung an das Mutterelement entsteht, sondern die Fasern auch eine gewisse Streckung erfahren, so dass der Verbundwerkstoff im Bereich der Anbindung an das Mutterelement 100 eine permanente kompressive Spannung aufweist, was für die Verhinderung von Ermüdungsrissen günstig ist.
Auch hier kann die Anbringung des Mutterelements sozusagen freitragend durchgeführt werden, d. h. das Bauteil 130 ist nicht oder nur auf eine primitive Art und Weise abgestützt, oder mit Hilfe einer Unterlage, die als Matrize ausgebildet werden kann, und zwar wie oben beschrieben entsprechend der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der vorliegenden Anmelderin mit dem Anwaltsaktenzeichen P10447PDE.
Es ist durchaus möglich, die Mutterelemente 100 zusammen mit den Hilfsspitzen mittels eines automatischen Zuführsystems dem Bauteil 130 zuzuführen, beispielsweise unter Anwendung eines an sich bekannten Setzkopfes, der zur Anbringung von RND-Elementen an Blechteile verwendet wird. Ähnlich wie bei einem RND-Setzkopf können die Bauteile 130 in eine Presse eingeführt werden und auf dem unteren Werkzeug der Presse bzw. auf einer geeigneten Matrize abgestützt werden, während das Mutterelement 100 mit der Hilfsspitze 126 voran vom Setzkopf, der vom oberen Werkzeug der Platte oder von einer Zwischenplatte der Presse getragen wird, beim Schließen der Presse auf das Bauteile angebracht wird.
Es ist aber nicht zwingend erforderlich, hier eine Presse anzuwenden, sondern der Setzkopf kann beispielsweise in eine Art Dornpresse eingebracht werden oder in einer Vorrichtung ähnlich einer Säulenbohrmaschine montiert werden (ohne Drehung des Setzkopfes), da der weiche Zustand des Bauteils 130 keine hohe Lochungskräfte erforderlich macht.
Auch können die Mutterelemente mittels eines Roboters oder in einem mit einem Kraftzylinder ausgestatteten C-Gestell oder mittels einer geeigneten Zange oder anderweitig an die Bauteile 130 angebracht werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Mutterelements 100 wird in den 5A–5E gezeigt. Das Mutterelement 100 der 5A–5E weicht von dem bisher beschriebenen Mutterelement lediglich dadurch ab, dass der Nietabschnitt hier zu einem Kegelstumpf umgeformt worden ist, d. h. der Nietabschnitt 106 weist hier einen konusförmig zulaufenden Bereich 180 auf. Diese Form ist besonders günstig, da der kegelstumpfförmige Bereich 180 des Nietabschnitts 106 für einen Teil des Lochvorgangs herangezogen werden kann. Beispielsweise zeigen die 6A–6C wie eine Hilfsspitze in Form eines bolzenähnlichen Dornes 182 ohne Gewinde durch die mittlere Passage 108 des hohlen Mutterelements 100, und zwar von der dem Nietabschnitt abgewandten Seite des Mutterelements 100, so dass der konusförmig zulaufende Bereich 128 der Hilfsspitze 126 über das freie Stirnende des konusförmigen Bereichs 180 des Nietabschnitts hinausragt und sozusagen eine Verlängerung der konusförmigen Fläche des konusförmigen Bereichs 180 darstellt, mit nur einer kleinen Diskontinuität beim Übergang von dem konusförmig zulaufenden Bereich 128 in den konusförmigen Bereich 180. Die 4B zeigt dann, wie beide konusförmigen Bereiche, d. h. 128 und 180, gleichzeitig angewendet werden, um das Bauteil 130 zu lochen. Auch hier kommt, wie in der 6B gezeigt, eine Matrize mit einer Ringnase 166 zur Anwendung. Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß 4A–4D ist diese Ringnase 166 imstande, auf der Innenseite des konusförmigen Bereichs des Nietabschnitts zu greifen und diesen zu dem Nietbördel 150 auszubilden, wie in der 6C gezeigt ist. Auch hier begünstigt die gerundete Stirnseite des freien Stirnendes des Nietabschnitts den Eingriff mit der Ringnase 166, die, wie bisher, auf der Außenseite eine Schrägfläche hat, die eine Gleitbewegung des Nietabschnitts und die Ausbildung des Nietbördels 150 begünstigt.
Bei der Anwendung einer Ausführung gemäß 6A–6C kann auch das Mutterelement 100 mittels eines Setzkopfes zugeführt werden, wobei hier nicht nur auf die getriebene Fläche 124 des Mutterelements 100, sondern auch oder stattdessen auf die Stirnseite 186 des Kopfteils der bolzenähnlichen Hilfsspitze 126 Druck ausgeübt wird. Nach der Fertigstellung des Zusammenbauteils gemäß 6C wird die Hilfsspitze nach oben aus dem Zusammenbauteil entfernt.
Eine weitere, nicht gezeigte Möglichkeit besteht darin, eine Hilfsspitze anzuwenden, die als vorlaufender Lochstempel ausgebildet ist. Solche vorlaufende Lochstempel werden benutzt auf dem Gebiet der Blechverarbeitung, um hohle Funktionselemente an Blechteile anzunieten und haben dort die Aufgabe, den Stanzbutzen aus einem Blechteil zu stanzen mit einem Durchmesser, der zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser des vorlaufenden Lochstempels entspricht. Dieser entspricht wiederum dem Kerndurchmesser des in dem Funktionselement enthaltenen Gewindezylinders. Solche vorlaufenden Lochstempel haben aber im Stand der Technik eine planare Stirnfläche, da man mit dem Lochstempel einen kreisförmigen Stanzbutzen aus dem Blechteil herausschneidet. Bei der Anbringung von Funktionselementen an Blechteile unter Anwendung von vorlaufenden Lochstempeln wird der vorlaufende Lochstempel durch die Mitte des Mutterelements im gleichen Hub der Presse durch das Blechteil gedrückt, die zur Vernietung des Mutterelements mit dem Blechteil verwendet wird. Nach Fertigstellung der Lochung drückt der Nietabschnitt des Mutterelements das Blech zu einem konusförmig nach unten gerichteten Kragen. Das freie Stirnende des Nietabschnitts durchdringt letztendlich die Öffnung am freien Ende des Kragens und wird von der Nietmatrize, die zugleich als Lochmatrize funktioniert, nach außen um das freie Ende des Kragens umgebördelt, um die Nietverbindung herzustellen.
Bei der Anwendung eines vorlaufenden Lochstempels oder genauer gesagt einer vorlaufenden Lochspitze für die vorliegende Erfindung wird aber die Lochspitze zwar ähnlich bewegt, jedoch mit einem konusförmig zulaufenden Bereich 128 an ihrem freien Ende ausgestattet, der als Hilfsspitze arbeitet und keinen Stanzbutzen erzeugt, sondern durch Verdrängung von Material des Bauteils 130 das entsprechende Loch 132 bildet. Die Anwendung eines solchen vorlaufenden Lochstempels ist deshalb vorteilhaft, weil mit ein und demselben Stempel eine große Anzahl von Bauteilen gelocht werden kann, während bei der Anwendung einer Hilfsspitze der bisher beschriebenen Form das Teil, das als Hilfsspitze bezeichnet ist, nach jeder Lochung aus dem entsprechenden Element entfernt und entweder als Abfall entsorgt werden muss oder mit einem gewissen Aufwand wieder verwendet werden kann.
Eine weitere Möglichkeit, das Element gemäß den 5A–5E zu verwenden, ist in den 7A–7C gezeigt.
Die Hilfsspitze 126 gemäß 7A–7C ist zweiteilig ausgebildet, sie umfasst nicht nur das eigentliche Teil mit dem konusförmig zulaufenden Bereich 128, sondern auch ein Zylinderteil 200, das in die Passage 108 mit einer leichten Presspassung eingeführt wird oder anderweitig dort positioniert wird, beispielsweise mit einem Setzkopf (nicht gezeigt), der das Mutterelement zum Bauteil 130 hinführt. Das Zylinderteil 200 dient als Führung für den zylindrischen Schaftteil 202 der ”vorderen” Hilfsspitze 126.
Hinter dem konusförmig zulaufenden Bereich 128 der vorderen Hilfsspitze 126 befindet sich ein hohlzylindrischer Bereich 204, in dem das untere Ende des Schaftteils 202 aufgenommen ist, beispielsweise mittels eines Außengewindes am unteren Ende des Schaftteils 202 und einem Innengewinde im zylindrischen Bereich 204 der vorderen Hilfsspitze 126. Eine solche Gewindeverbindung ist allerdings nicht zwingend erforderlich, sondern es könnte sich um eine verklebte Verbindung oder eine Presspassung handeln, und der Schaftteil 202 kann auch integral mit der vorderen Hilfsspitze 126 ausgebildet werden.
Hinter dem konusförmig zulaufenden Bereich 128 und in der dargestellten Form hinter dem wahlweise vorgesehenen zylindrischen Bereich 204 weist die Hilfsspitze divergierende Federzungen 206 auf, die in einer divergierenden Form von dem Durchmesser des zylindrischen Bereichs 204 bzw. von dem maximalen Durchmesser des konusförmig zulaufenden Bereichs 128 der Hilfsspitze 126 ausgehend bei einem Durchmesser enden, der dem Außendurchmesser des konusförmig zulaufenden Bereichs 180 des Nietabschnitts 106 entspricht.
Die Lochung des Bauteils 130 erfolgt zunächst durch den konusförmig zulaufenden Bereich 128 der Spitze, dann durch die divergierende Form der Federzungen 206 und anschließend durch den konusförmigen Bereich 180 des Nietabschnitts 106, wie aus der Zeichnung 7A und 7B leicht zu verstehen ist.
Nach bzw. bei der Lochung des Bauteils 130 wird das vordere Ende der Hilfsspitze 126 in die mittlere Passage 142 der Matrize 140 eingeführt, die ebenfalls wie die Matrize 140 gemäß 6B mit einer Ringnase 166 versehen ist. Durch die axiale Bewegung des Schaftteils 202 der vorderen Hilfsspitze 126 gegenüber der zylindrischen Führung 200 kommen die Federzungen 206 von dieser frei. Bei der weiteren Bewegung durch die hohle Passage 142 der Matrize 140 werden die Federzungen von ihrer divergierenden Form gemäß 7A in eine achsparallele Position gemäß 7B gedrückt. Hierdurch wird das freie Stirnende des Nietabschnitts 104 für die Ringnase 166 der Matrize 140 soweit freigelegt, dass die Ringnase 166 auf der inneren Seite des Nietabschnitts wirken kann und diesen radial nach außen zu einem Nietbördel formen kann. Mit anderen Worten dient die Matrize 140 bzw. deren Ringnase 166 auch in diesem Beispiel dazu, den konusförmigen Bereich 180 des Nietabschnitts 106 zu einem Nietbördel 150 auszubilden, das in 7C gezeigt ist.
Die Hilfsspitze 126 zusammen mit der Führungshülse 200 und dem Schaftteil 202 können nunmehr vollständig nach unten durch die mittlere Passage 108 der Matrize entfernt und wieder verwendet werden. Noch günstiger ist es aber, die Hilfsspitze 126 zusammen mit der Führungshülse 200 und dem Schaftteil 202 nach oben durch die hohle Passage 108 des Mutterelements 100 aus dem fertigen Zusammenbauteil bestehend aus dem Mutterelement 100 und dem Bauteil 130 herauszuziehen, was mittels eines Setzkopfes bewerkstelligt werden kann.
Da die Teile 126, 200 und 202 im Setzkopf angeordnet sind und in manchen Phasen des Anbringungsvorganges während eines einzelnen Arbeitshubes des angewendeten Werkzeugs (beispielsweise eine Presse) mit dem Setzkopf mitbewegt werden und in. anderen Phasen relativ zum Setzkopf und zueinander bewegt werden (d. h. eine Relativbewegung der Führungshülse 200 einerseits und der vorderen Hilfsspitze 126 mit Schaftteil 202 andererseits), kann hier ein vollständig automatisiertes Verfahren durchgeführt werden. Somit kann die Hilfsspitze 126 zusammen mit der Führungshülse 200 und dem Schaftteil 202 für eine erneute Anwendung in die mittlere Passage 108 eines neuen Mutterelements 100 eingeführt werden, das dem Setzkopf über eine an sich bekannte Zuführeinrichtung zugeführt wird.
Erst wenn das Nietbördel 150 gebildet ist, kann die Hilfsspitze, d. h. die Teile 126, 200 und 202, mittels des Setzkopfes einfach nach oben aus dem Mutterelement herausgezogen werden. Die Matrize sorgt dafür, dass die Federzungen ihre achsparallele Form beibehalten, in der sie innerhalb eines imaginären Zylinders liegen mit einem Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Gewindezylinders 112, so dass die Hilfsspitze 126 mit den Teilen 200 und 202 ohne weiteres nach oben aus dem Element herausgezogen werden kann. Dies ist besonders günstig, weil die ein-, zwei- bzw. dreiteilige Hilfsspitze (je nach der konkreten Auslegung) dann wieder verwendet werden kann, ähnlich wie ein vorlaufender Lochstempel.
Bei dieser Variante liefert allerdings auch der konusförmige Bereich 180 des Nietabschnitts bei der Lochung einen Beitrag. Die Hilfsspitze 126 der 7A und B kann allerdings auch mit einem Nietabschnitt ohne einen konusförmigen Bereich 180 verwendet werden. Es ist ebenfalls denkbar, die Hilfsspitze gemäß 7A und 7B einteilig auszubilden (nicht gezeigt). Die zweiteilige Ausbildung ist aber dann vorteilhaft, wenn die Führungshülse 200 in der 7A nach unten in Bezug auf die vordere Hilfsspitze gedrückt werden kann, zu einer axialen Position in Bezug auf das Mutterelement und der vorderen Hilfsspitze 126, dass der konusförmige Bereich am unteren Ende der Führungshülse 200 die Federzungen nach außen drückt bzw. in ihrer nach außen gefederten Position abstützt und auf einen Durchmesser hält bzw. bringt, der dem Durchmesser am freien Endbereich des konusförmigen Bereichs 180 des Nietabschnitts 106 entspricht. Hierdurch wird ein sanfter Übergang von dem Durchmesser des zylindrischen Bereichs 204 der vorderen Spitze zu dem konusförmigen Bereich 180 des Nietabschnitts geschaffen, was der Lochbildung zu Gute kommt.
Die Führungshülse 200 ist allerdings nicht zwingend erforderlich, der Schaftteil 202 der Hilfsspitze 126 könnte direkt in die mittlere Passage 108 des Mutterelements geführt werden und die freien Enden der Federzungen am freien Ende des Nietabschnitts abgestützt werden, wenn eine solche Abstützung überhaupt notwendig ist und die Eigensteifigkeit der Federzungen nicht alleine ausreicht, um eine ausgeprägte Federung der Federzungen radial nach innen bei der Lochbildung zu verhindern.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Mutterelement gemäß den 1A–1E auch ohne Hilfsspitze in einem anderweitig vorgelochten Bauteil 130 angebracht werden kann, wie in der Zeichnungsreihe der 8A bis 8E gezeigt ist. Kurz gesagt wird in der 8A mittels einer Spitze 24 das Bauteil 130 vorgelocht, so dass es den vorgelochten Zustand gemäß 8B annimmt. Dann wird das Mutterelement 100 mit dem Nietabschnitt voran von oben durch das Loch 132 des Bauteils 130 hindurchgeführt, und es wird mittels einer von unten kommenden Matrize gemäß 8D der Nietabschnitt zu einem Nietbördel umgeformt und gleichzeitig die zwei Erhebungen 134 und 136 so gequetscht, dass das dort vorhandene Material in die Ringnut hineinfließt bzw. auf der Unterseite 152 des Bauteils 130 plan gedrückt wird und zur Anlage an die Verdrehsicherungsrippen 118 innerhalb der Ringnut 116 gelangt, wobei auch die Verdrehsicherungsnasen 120 gleichzeitig in die Oberfläche des Bauteils 130 eingedrückt werden. Die Matrize 140 braucht in diesem Beispiel keine mittlere Passage und die Nase 166 ist hier nicht ringförmig, sondern pfostenartig. Das Ergebnis gemäß 8E entspricht auch dem bisherigen Ergebnis gemäß den 2E, 4D, 6C und 7C.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass bei der Vorlochung des Blechteils diese Vorlochung nicht nur mittels einer Spitze durchgeführt werden kann, sondern es wäre durchaus denkbar, die Vorlochung durch einen Bohrvorgang oder einen Stanzvorgang durchzuführen, wofür das Bauteil nicht unbedingt erwärmt werden muss. Es wäre auch denkbar, das Loch 132 im Bauteil mit den Erhebungen 134 und 136 bereits bei der Herstellung des Bauteils in einer geeigneten Form vorzusehen.
Bei allen Beispielen ist anzumerken, dass das hohle Element nicht unbedingt als Nietelement ausgebildet sein muss. Der Schaftteil 104 muss nicht als Nietabschnitt 106 ausgebildet werden, sondern das Mutterelement könnte die Form eines Einpresselements aufweisen mit Hinterschneidungen zur formschlüssigen Aufnahme des Materials des Verbundwerkstoffs, wodurch der erforderliche Auspresswiderstand und/oder die erforderliche Verdrehsicherheit erreicht wird. Solche Hinterschneidungen könnten dann am Schaftteil bzw. zwischen dem Schaftteil und dem Flanschteil ausgebildet werden. Solche Auslegungen sind bei Einpresselementen auf dem Gebiet der Blechverarbeitung an sich bekannt. Wenn es sich bei dem zwecks dieser Erfindung verwendeten Mutterelement um ein solches Einpresselement handelt, wird es dennoch mit einer Hilfsspitze zur Durchführung des Lochvorgangs benützt. Die soeben gelieferte Erläuterung erklärt auch, warum im Hauptanspruch zwischen einem Schaftteil und einem Nietabschnitt unterschieden wird, ganz abgesehen davon, dass ein Nietabschnitt am dem Flanschteil abgewandten Ende eines nicht verformbaren oder zumindest im Wesentlichen nicht verformbaren Schaftteils ausgebildet werden kann, so dass sowohl ein Schaftteil als auch ein Nietabschnitt vorliegen kann.

Claims

Hohles Element (100) wie ein Hohlniet oder ein Mutterelement zur Anbringung an einem aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Bauteil (130), wie ein Faser verstärktes Kunststoffteil oder ein mit einem Gewebe verstärktes Kunststoffteil, wobei das Element einen Flanschteil (102) und einen vom Flanschteil wegerstreckenden Schaftteil (104) und/oder einem Nietabschnitt (106) aufweist, wobei der Nietabschnitt (106) falls vorhanden auch am freien Ende eines Schaftteils (104) ausgebildet sein kann, wobei das hohle Element ferner eine mittlere Passage (108) aufweist, die gegebenenfalls mit einem Gewindezylinder (112) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle Element (100) in Kombination mit einer Hilfsspitze (126) verwendbar ist, die entweder von der Flanschseite des Elements durch die Passage (108) hindurch oder von der Seite des freien Endes des Schaftteils (104) bzw. des Nietabschnitts (106) in die Passage hinein derart einführbar ist, dass ein konisch zulaufender Bereich (128) der Hilfsspitze (126) vom freien Ende des Schaftteils bzw. des Nietabschnitts hinausragt.
Hohles Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verdrehsicherungsmerkmale (118, 120) im Bereich des Flanschteils (102) vorgesehen sind, um eine Verdrehsicherung zwischen dem hohlen Element (100) und dem Bauteil (130) auszubilden.
Hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschteil (102) mit einer ringförmigen planaren Anlagefläche (114) versehen wird, die mit diskreten axialen Vorsprüngen (120) ausgestattet ist, die in das Matrixmaterial des Bauteils hineindrückbar sind.
Hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flanschteil (102) mit einer ringförmigen planaren Anlagefläche (114) versehen wird und radial innerhalb dieser Anlagefläche eine axiale Ringnut (116) aufweist, die vorzugsweise konzentrisch zum Schaftteil (104) angeordnet ist und an deren Bodenbereich Verdrehsicherungsmerkmale wie Verdrehsicherungsrippen (118) und/oder -vertiefungen vorhanden sind.
Hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspitze (126) durch eine das Gewinde (112) nicht schädigende Presspassung oder durch eine schwache Klebeverbindung oder durch Magnetkraft in der Passage gehalten ist.
Hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein hohles Element (100) mit einem Innengewinde (112) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspitze (126) ein Außengewinde (162) aufweist, das in das Innengewinde (112) hineingeschraubt wird.
Hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspitze (126) einen zylindrischen Bereich (133), der in die Passage (108) des hohlen Elements hineinführbar ist und zwischen der konusförmig zulaufenden Spitze (128) und dem zylindrischen Bereich eine Ringschulter aufweist, die zur Anlage gegen das freie Ende des Schaftteils (104) bzw. des Nietabschnitts (106) vor der Lochung des Bauteils (130) bringbar ist.
Ein hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle Element (100) hinter der konusförmig zulaufenden Spitze (128), die einen maximalen Durchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Schaftteils (104) bzw. des Nietabschnitts (106) entspricht oder etwas kleiner ist, über eine Hohlkehle (129) in einen Abschnitt (133) kleinerer Abmessung übergeht, der in den Gewindezylinder (112) bzw. in die Passage (108) aufgenommen wird.
Hohles Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspitze (126) als ein vorlaufender Lochstempel ausgebildet ist, der durch die Passage (108) des hohlen Elements (100) hindurch von der Flanschseite kommend führbar ist.
Hohles Element nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des hohlen Schaftteils (104) des Elements bzw. das freie Ende des Nietabschnitts (106) eine konusförmig zulaufende Form (180) aufweist, die an die Konusform der verwendeten Hilfsspitze (126) angepasst ist.
Hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspitze (126) hinter dem konusförmig zulaufenden Bereich (128) divergierende Federzungen (206) aufweist, die in ihrer divergierenden Form bei einem Durchmesser enden, der dem Außendurchmesser des freien Endes des Schaftteils (104) oder der freien Stirnseite einer konusförmig zulaufenden Form (180) des freien Endes des Schaftteils (104) bzw. des Nietabschnitts (106) entspricht, und dass die Federzungen (206) nach der Lochung des Bauteils (130) nach innen druckbar sind.
Hohles Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspitze (126) eine zylindrische Verlängerung (202) nach hinten aufweist, die in einem hohlen Einsatz (200) geführt ist, der in der Passage des hohlen Elements eingeführt, angeordnet oder eingeschraubt ist.
Hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es auch in Kombination mit einem die axiale Bewegung des hohlen Elements (100) mit der Hilfsspitze (126) und/oder der Hilfsspitze alleine bewerkstelligenden Werkzeug benutzt ist, das aus der Gruppe Presse, Setzkopf, Roboter, Zange, C-Gestell mit Kraftzylinder gewählt ist, wobei das Bauteil vorzugsweise während der Lochung entweder freitragend oder auf einer Matrize (140), zum Beispiel einer Nietmatrize, abgestützt wird.
Hohles Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in Kooperation mit einer Heizung verwendbar ist, die das Bauten (130) mindestens im Bereich der Lochung (102) wenigstens lokal im Bereich der Anbringung des hohlen Elements auf eine matrixmaterialabhängige Temperatur aufheizt, bei der das Matrixmaterial des Verbundwerkstoffs nicht schmilzt, aber erweicht oder teigig wird, beispielsweise auf eine Temperatur von 260°C, wenn das Material PA6 ist.
Hilfsspitze (126) ausgelegt nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Anwendung in Kombination mit einem hohlen Element (100).
Hohles Element (100) ausgelegt nach einem der vorhergehenden Anspruche zur Anwendung einer Kombination mit einer Hilfsspitze (126) oder anderweitig ohne Hilfsspitze.