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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubblindniets.
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Unter
Schraubblindniet wird hierbei ein Blindniet verstanden, welcher
eine Niethülse
und eine in der Niethülse
als Nietdorn angeordnete Schraube umfasst, deren Gewinde mit dem
Niethülsenmaterial
in Eingriff steht. Mit einem derartigen Schraubblindniet werden
wie bei einem herkömmlichen
Blindniet zwei Bauteile miteinander verbunden. Der Schraubblindniet
wird hierzu als vorgefertigte Montageeinheit durch eine gemeinsame
Durchgangsbohrung der zumindest zwei zu verbindenden Bauteile hindurchgesteckt.
Die beiden Bauteile werden zwischen einem Nietkopf und einem Schließwulst fest
eingeklemmt, welcher durch ein Umformen der Niethülse ausgebildet
wird. Üblicherweise
wird dies bei einem Blindniet durch Ziehen am Nietdorn bis zu einer
definierten Zugkraft erzielt, ab der der Nietdorn abbricht. Beim
Schraubblindniet erfolgt die Umformung, indem die Kraft von der
Schraube auf die Niethülse
zu Zwecken der Umformung und Ausbildung des Schließwulstes übertragen
wird. Die Schraube wird festgezogen, so dass sie als Nietdorn in
der fertigen Blindnietverbindung verbleibt. Ein wesentlicher Vorteil
eines derartigen Schraubblindniets ist nicht zuletzt darin zu sehen,
dass keine Abrißgeräusche auftreten,
so dass derartige Schraubblindniete auch bei einer Produktionsstraße, beispielsweise
im Automobilbereich, ohne zusätzliche
Schallschutzmaßnahmen
eingesetzt werden können.
Auch müssen
keine Abfälle
(Restnietdorne) entsorgt werden. Auch ist durch das Festziehen der
Schraube eine sichere Verankerung in der Niethülse erreicht.
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Ein
derartiger Schraubblindniet ist insbesondere aus der nachveröffentlichten
internationalen Anmeldung PCT/EP 2004/006049 zu entnehmen, auf die
hiermit Bezug genommen wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Herstellungsverfahren
für einen
derartigen Schraubblindniet anzugeben, mit dem eine hochwertige
Nietverbindung ausgebildet werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubblindniets gemäß Anspruch
1. Danach ist vorgesehen, dass die als Nietdorn eingesetzte Schraube
in die Niethülse
eingesteckt wird, wobei der Innendurchmesser der Niethülse größer oder
gleich dem Schraubendurchmesser ist, um ein einfaches Einstecken
zu ermöglichen.
In einem zweiten Schritt wird anschließend die Niethülse mit
Hilfe eines Umformwerkzeuges in radialer Richtung umgeformt. Hierbei wird
die Niethülse,
und zwar insbesondere an dem Schraubenkopf abgewandten Ende der
Niethülse,
in das Schraubengewinde zur Ausbildung eines Mutterngewindes eingepreßt. Das
Umformen erfolgt dabei derart, dass die Schraube über ihre
gesamte Länge
zumindest weitgehend spielfrei in der Niethülse einliegt. Die Schraube
liegt daher mit ihrem äußeren Randbereich,
der insbesondere durch den Außenumfang
des Schraubengewindes definiert ist, an der Innenwandung der Niethülse an.
Dieses weitgehend spielfreie Einliegen wird hierbei dadurch erreicht, dass
die Niethülse
beim Umformvorgang über
ihre gesamte Länge
gegen die Schraube gepreßt
wird, oder dadurch, dass die Niethülse bereits im Ausgangszustand
spielfrei einliegt und einen über
ihre Länge
gleichbleibenden Innendurchmesser sowie einen verdickten außenseitigen
Einformbereich aufweist, welcher zur Ausbildung des Mutterngewindes in
das Schraubengewinde eingepreßt
wird.
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Die
wesentlichen Vorteile bei diesem Herstellungsverfahren sind darin
zu sehen, dass die Ausbildung des Mutterngewindes in der Niethülse, welches
auch als Hülseninnengewinde
bezeichnet werden kann, durch ein einfaches Umformen und Einpressen
der Niethülse
in das Schraubengewinde erfolgt. Es ist daher kein Gewindeschneiden,
beispielsweise durch einen Gewindeschneider oder durch eine gewindefurchende
Schraube notwendig.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass die Schraube
nach dem Umformvorgang über
ihre gesamte Länge
unmittelbar an der Niethülse
anliegt oder sogar in diese mit ihrem Gewinde eingreift. Durch diese
Maßnahme
besteht kein oder nahezu kein Abstand zwischen der Innenwandung
der Niethülse
und der Schraube. Dies ist von besonderem Vorteil bei einer Scherbeanspruchung der
fertigen Nietverbindung, da die Scherkräfte unmittelbar über die
Niethülse
auf die Schraube, insbesondere den Schraubenschaft, übertragen
werden und von dieser aufgenommen werden. Bei einer Beabstandung
des Schraubenschafts von der Innenwandung der Niethülse würde eine
Scherbeanspruchung zunächst
zu einer Querverformung der Niethülse führen, bis die Niethülse gegen
den Schraubenschaft stößt und die
Scherkräfte
auf diesen überträgt. Dies
würde zu
einem Versatz der beiden gefügten
Bauteile zueinander führen.
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Bei
der ersten Variante, bei der die Niethülse über ihre gesamte Länge in die
Schraube gepreßt wird,
weist die Niethülse
vorzugsweise einen verdickten innenseitigen Einformbereich auf,
welcher zur Ausbildung des Mutterngewindes in das Schraubengewinde
eingepreßt
wird. Dieser im Ausgangszustand verdickte innenseitige Einformbereich
ist hierbei insbesondere am dem Schraubekopf abgewandten Ende der
Niethülse
unter Ausbildung einer Stufe angeordnet. D.h. der Innendurchmesser
der Niethülse
verkleinert sich insbesondere sprunghaft zum Einformbereich hin.
Zwischen Einformbereich und Schraubenkopf weist die Niethülse einen
Innendurchmesser auf, welcher größer als
der Schraubenaußendurchmesser
ist. In diesem Bereich ist die Schraube im Ausgangszustand daher
von der Innenwandung der Niethülse
beabstandet. Durch das Umformen über
die zumindest annähernd
gesamte Länge
der Niethülse
wird zum einen der Einformbereich zur Ausbildung des Mutterngewindes
in das Schraubengewinde eingepreßt und zum anderen wird im übrigen Schaftbereich
der Niethülse
deren Innendurchmesser so weit reduziert, dass die Schraube über ihre
gesamte Länge
spielfrei in der Niethülse
einliegt.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung wird die Niethülse durch einen einfachen Walzvorgang
umgeformt. Hierbei rotiert wahlweise die Niethülse mit der darin angeordneten
Schraube oder das Walzwerkzeug. Die Walzbacken des Walzwerkzeugs sind
hierbei insbesondere achsparallel zu der Längsachse des Schraubblindniets
und damit zu der Außenwandung
der Niethülse
orientiert. Ein derartiger Walzvorgang ist technisch besonders einfach
zu verwirklichen.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung wird die Niethülse parallel zu ihrer Längsachse
umgeformt, so dass die Außenfläche der
Niethülse
nach dem Umformvorgang als eine zylindrische Mantelfläche ausgebildet
ist. Es erfolgt also im wesentlichen ein konzentrisches Umformen,
welches fertigungstechnisch einfach herstellbar ist. Die Außenwände der
Niethülse
verlaufen also auch nach dem Umformvorgang parallel. Durch diese
Maßnahme
ist gewährleistet,
dass die Niethülse
möglichst
paßgenau
in den zu verbindenden Bauteilen einliegt und dass nicht etwa die
Niethülse
im Bereich der Bauteile eine Verjüngung erfährt.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Ausgestaltung ist die Schraube als eine Normschraube,
und zwar insbesondere als eine metrische Schraube ausgebildet. Es
wird daher für
die Schraube des Schraubblindniets keine Sonderanfertigung eingesetzt,
sondern es kann auf übliche
standardisierte Schrauben zurückgegriffen
werden, insbesondere werden auch keine gewindefurchenden Schrauben eingesetzt.
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Vorzugsweise
ist das Schraubengewinde hierbei über den gesamten, in der Niethülse verlaufenden
Schaftbereich der Schraube vorgesehen. Die Schraube weist durch
diese Maßnahme über ihren gesamten,
in der Niethülse
verlaufenden Schaftbereich einen gleichbleibenden Außendurchmesser auf,
so dass problemlos über
die gesamte Schraubenlänge
hinweg ein spielfreies Anliegen in der Niethülse ohne Abstand zu dieser
erreichbar ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
jeweils in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
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1a,
eine in eine Niethülse
eingesteckte Schraube vor einem Umformvorgang der Niethülse zur
Ausbildung des Schraubblindniets,
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1b der
Schraubblindniet nach dem Umformvorgang als vorgefertigte Montageeinheit
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2a, 2b eine
zweite Ausführungsvariante
vor und nach dem Umformvorgang der Niethülse
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Gemäß den Figuren
ist ein Schraubblindniet gebildet aus einer herkömmlichen metrischen Schraube 2 und
einer Niethülse 4.
Die Schraube 2 weist einen sich in Längsrichtung 6 erstreckenden Schaft 8 mit
einem Gewinde 10 auf, der in einen Schraubenkopf 12 übergeht,
dessen flache Kopfunterseite 14 im gesetzten Zustand, wenn
also mit dem Schraubblindniet zwei Bauteile miteinander verbunden
sind, großflächig auf
einem Kragen 16 der Niethülse zum Aufliegen kommt. Die
Schraube 2 ist im Ausführungsbeispiel
als Innen-Mehrkantschraube ausgebildet.
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Die
Niethülse 4 umfasst
neben dem Kragen 16 einen sich an diesen in Längsrichtung 6 anschließenden Hülsenschaft 18.
Dieser weist an dem Kragen 16 gegenüberliegenden Ende der Niethülse 4 einen
Einformbereich 20 auf. Dieser ist gebildet durch einen
verdickten Wandbereich, der im Ausführungsbeispiel als stufenartiger
Absatz ausgebildet ist. Alternativ zum stufenförmigen Absatz kann auch eine allmähliche Zunahme
der Wanddicke vorgesehen sein. Zwischen dem Einformbereich 20 und
dem Kragen 16 ist durch die im Vergleich zum Einformbereich 20 geringere
Wandstärke
ein Faltungsbereich 22 ausgebildet. In diesem Bereich wird
die Niethülse 4 beim
Setzen des Schraubblindniets zur Ausbildung eines Schließskopfes
und zum Vernieten zweier Bauteile umgeformt und aufgefaltet.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 1a und 1b weist
die Niethülse 4 im
Bereich des Kragens 16 einen Innendurchmesser D1 auf, welcher
größer als
der Außendurchmesser
A der Schraube ist. Der Außendurchmesser
A ist hierbei insbeson dere der Nenndurchmesser der Schraube, welcher
definiert ist durch den durch das Gewinde 10 gebildeten
Außendurchmesser.
Im Einformbereich 20 weist die Niethülse 4 einen kleineren
Innendurchmesser D2 auf. Vor dem Umformen der Niethülse 4 gilt
die Beziehung D2 = A.
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Zur
Herstellung des Schraubblindniets als vorgefertigte Montagebaueinheit
wird in einem ersten Schritt (1a, 2a)
die Schraube 2 in die Niethülse 4 eingesteckt,
so dass sie in dieser zunächst lose
einliegt. Im zweiten Schritt (1b, 2b) wird
dann mit Hilfe eines Umformwerkzeuges, insbesondere mit Hilfe von
Walzbacken 24, die Niethülse 4 in radialer
Richtung umgeformt. Dabei wird der Einformbereich 20 in
das Gewinde 10 eingepresst, so dass sich im Einformbereich 20 ein
Mutterngewinde ausbildet. Hierzu wird die Schraube 2 mit
der Niethülse 4 relativ
zu den feststehenden Walzbacken 24 rotiert, wie dies durch
den Pfeil 26 angedeutet ist. Alternativ hierzu besteht
natürlich
auch die Möglichkeit, die
Walzbacken 24 um die feststehende Schraube 2 und
die feststehende Niethülse 4 rotieren
zu lassen.
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Im
Unterschied zu der Ausführungsvariante nach
den 1a, 1b ist bei der Ausführungsvariante
nach den 2a, 2b der
Wandbereich der Niethülse 4 im
Einformbereich 20 außenseitig
verdickt. Die Stufe ist also am Außenumfang der Niethülse 4 ausgebildet
(2a). Die Niethülse 4 weist
daher im Ausgangszustand einen einheitlichen Innendurchmesser D3
= A auf. Für
ein einfaches Einführen der
Schraube 2 ist der Innendurchmesser D3 bevorzugt geringfügig größer als
der Außendurchmesser A.
Die Schraube 2 liegt daher bereits im Ausgangszustand spielfrei
in der Niethülse 4 ein.
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Die
Walzbacken 24 erstrecken sich bei der ersten Variante (1b) über die
gesamte Schaftlänge
des Hülsenschafts 18 und
formen diesen über
seine gesamte Länge
um, und zwar derart, dass insgesamt der Außendurchmesser der Niethülse 4 insbesondere
konzentrisch verjüngt
wird, und zwar soweit, dass der Innendurchmesser D1 im Bereich des
Kragens 16 in etwa auf das Maß des Außendurchmesser A reduziert
ist.
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Da
bei der zweiten Ausführungsvariante
die Schraube 2 bereits im Ausgangszustand spielfrei in der
Niethülse 4 einliegt,
braucht lediglich der Einformbereich 20 des Hülsenschafts 18 umgeformt
werden. Hierbei wird die nach außen verdickte Stufe mit Hilfe der
Walzbacken 24 quasi nach innen gedrückt, so dass der Hülsenschaft 18 außen eine
plane, insbesondere zylindrische Außenobertläche aufweist, mit der die Niethülse 4 einfach
in die zu verbindenden Bauteile eingesteckt werden kann und in diesen
möglichst
passgenau einliegt.
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Beide
Herstellungsvarianten des Schraubblindniets zeichnen sich dadurch
aus, dass der Hülsenschaft 18 endseitig
den Einformbereich 20 mit einem verdickten Wandbereich
aufweist, welcher zur Ausbildung des Muttergewindes in das Gewinde 10 der
Schraube 2 eingepresst wird. Da der verdickte Wandbereich
sich lediglich über
einen Teilbereich erstreckt ist zugleich der Faltungsbereich 22 gebildet, in
dem die Hülsenfaltung
beim späteren
Setzvorgang des Schraubblindniets erfolgt. Der Faltungsbereich 22 weist
hierbei insbesondere eine sich zum Kragen 16 stetig verringernde
Festigkeit auf, so dass auch Bauteile mit unterschiedlichen Bauteildicken
mit ein und demselben Niet verbunden werden können.
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Bei
Beiden Herstellungsvarianten liegt am Ende des Herstellungsverfahren
die Schraube 2 spielfrei oder zumindest weitgehend spielfrei
in der Niethülse 4 ein.
Unter spielfrei wird hierbei insbesondere verstanden, dass der Außendurchmesser
A der Schraube 2 bis auf einen Toleranzspielraum gleich dem
Innendurchmesser D1, D3 des Hülsenschafts 18 im
Bereich des Kragens 16 ist.
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Zur
Ausbildung einer Nietverbindung wird der Schraubblindniet als vorgefertigte
Montagebaueinheit durch Bohrungslöcher der zu verbindenden Bauteile
durchgesteckt, so dass der Hülsenschaft 18 möglichst
passgenau in den Bohrungslöchern
der zu verbindenden Bauteile einliegt. Der Kragen 16 der Niethülse 4 liegt
auf dem oberen Bauteil auf. Zum Vernieten der beiden Bauteile wird
mit Hilfe der Schraube 2 eine in Längsrichtung 6 wirkenden
Axialkraft aufgebracht. Hierdurch wird – wie bei einem Blindniet üblich – der Faltungsbereich 22 umgeformt und aufgefaltet
und bildet einen Schließwulst
aus, so dass die Bauteile zwischen dem Kragen 16 der Niethülse und
dem dann ausgebildeten Schließwulst
fest eingeklemmt sind. Die notwendige Axialkraft zur Verformung
der Niethülse 4 wird
hierbei zweckdienlicherweise durch ein axiales Ziehen an der Schraube 2 mit
Hilfe eines Setzwerkzeuges erzeugt, welches sich am Kragen 16 abstützt. Anschließend wird
die Schraube 2 in der Niethülse 4 festgezogen,
so dass sie in der Niethülse 4 unverlierbar
gehalten ist. Dieser Setzprozess mit den beiden Schritten Ziehen
an der Schraube 2 und Festdrehen der Schraube 2 erfolgt vorzugsweise
mit Hilfe eines einzigen Setzwerkzeuges in nur einer Bearbeitungsstufe.
Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit,
die Faltung des Hülsenschafts 18 durch
ein Drehen und Festziehen der Schraube 2 zu bewirken. Hier
sind jedoch hohe Umformkräfte über die
Drehbewegung aufzubringen.
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Durch
das bündige
Einliegen der Schraube 2 in der Niethülse 4 ist die Nietverbindung
insgesamt sehr widerstandsfähig
gegenüber
einer Scherbeanspruchung. Bei einer derartigen Scherbeanspruchung
wirken auf die Bauteile senkrecht zur Längsrichtung 6 orientierte
Querkräfte.
Durch das unmittelbare Anliegen der Schraube 2 an der Niethülse 4 wird dieser
Scherbeanspruchung ein hoher Widerstand entgegen gesetzt. Bei einer
mit Spiel in der Niethülse 4 eingesetzten
Schraube 2 würde
zunächst
die Niethülse 4 verformt
werden, bevor die Schraube 2 Widerstand gegen die Scherbeanspruchung
leisten kann.
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- 2
- Schraube
- 4
- Niethülse
- 6
- Längsrichtung
- 8
- Schaft
- 10
- Gewinde
- 12
- Schraubenkopf
- 14
- Kopfunterseite
- 16
- Kragen
- 18
- Hülsenschaft
- 20
- Einformbereich
- 22
- Faltungsbereich
- 24
- Walzbacken
- 26
- Pfeil
- D1,
D2, D3,
- Innendurchmesser
- A
- Außendurchmesser