-
[Technisches Gebiet]
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befestigung einer Mutter an einer Innenfläche eines Rohrelements.
-
[STAND DER TECHNIK]
-
Um das Gewicht von Automobilen zu reduzieren, werden zunehmend Rohrelemente mit Hohlprofilen wie stranggepresste Aluminiummaterialien und Stahlrohre verwendet. Um andere Materialien an der Oberfläche eines solchen Rohrelements zu befestigen, wurde eine Technik zur Befestigung einer Mutter an der Innenfläche des Rohrelements erforderlich.
-
Als Vorrichtung zur Befestigung einer Mutter an der Innenfläche des Rohrelements ist eine in der Patentliteratur 1 beschriebene Technik bekannt. 11 ist eine Schnittansicht, die eine Übersicht davon darstellt. Die Vorrichtung weist eine Struktur auf, bei der eine Stanze 2 mit einem abgeschrägten unteren Abschnitt an einem distalen Endabschnitt einer in ein Rohrelement P einzuführenden Welle 1 vorgesehen ist, eine selbststanzende und durchsetzende Mutter durch einen Mutterzuführkanal 3 auf die Stanze 2 zugeführt wird und ein Blattstapel 4 mit einem keilförmigen abgeschrägten distalen Ende in einen unteren Abschnitt der Welle 1 eingeführt wird, wodurch die Stanze 2 angehoben wird und die selbststanzende und durchsetzende Mutter getrieben wird. Die Oberseite des Rohrelements P wird durch eine Matrize 5 gepresst und die selbststanzende und durchsetzende Mutter wird durch die Stanze 2 und die Matrize 5 an der Innenfläche des Rohrelements P durchgesetzt und befestigt.
-
Diese herkömmliche Vorrichtung erfordert jedoch, dass die Welle 1 mit der Stanze 2 und dem Blattstapel 4 versehen ist, und weist das Problem auf, dass sie nur für dasjenige Rohrelement P verwendet werden kann, dessen Innendurchmesser größer als der der Welle 1 ist. Zudem müssen die Stanze 2 und die Matrize 5 synchron betätigt werden, da die selbststanzende und durchsetzende Mutter und die Stanze 2 von einer Innenseite des Rohrelements P durch Verschieben des Blattstapels 4 angehoben, durchgesetzt und an der Wandfläche des Rohrelements P befestigt werden. Dementsprechend besteht das Problem, dass sich die Mutterbefestigungsfläche verformt, wenn eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Betätigung der Stanze 2 und dem der Matrize 5 auftritt. Da der Außendurchmesser der Welle 1 naturgemäß kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrelements P, besteht außerdem die Möglichkeit, dass sich die Welle 1 beim Befestigen der Mutter in einem freitragenden Zustand befindet und durch eine Befestigungslast geneigt wird, sodass die Mutter nicht auf normale Weise durchgesetzt und befestigt werden kann. Um diesen freitragenden Zustand zu vermeiden, ist zusätzlich ein Mechanismus erforderlich, der die Welle und das Rohrelement in engen Kontakt mit der Bodenoberfläche bringt.
-
[Literaturli ste]
-
[Patentliteratur]
-
[PTL 1] Patentnr.
JP 4268952 B2 -
[Zusammenfassung der Erfindung]
-
[Technisches Problem]
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Probleme zu lösen und eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, die Mutter an der Innenfläche des Rohrelements, das einen kleineren Innendurchmesser als ein herkömmliches Rohrelement aufweist, zu befestigen und eine Verformung der Mutterbefestigungsfläche des Rohrelements zu verhindern.
-
[Lösung des Problems]
-
Eine Vorrichtung zur Befestigung einer Mutter an einer Innenfläche eines Rohrelements gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Einheitskasten, der in das Rohrelement einzuführen ist, eine Drehwelle, die sich von dem Einheitskasten zu einer Außenseite des Rohrelements erstreckt, einen Nocken, der an der Drehwelle in dem Einheitskasten befestigt ist, und einen Mutterhalter, der sich durch Drehung des Nockens von dem Einheitskasten in Richtung der Innenfläche des Rohrelements bewegt.
-
Vorzugsweise ist eine Struktur vorgesehen, bei der ein Lager, das zum Stützen der Drehwelle ausgebildet ist, vorgesehen ist, um mit dem Einheitskasten verbunden zu werden, und vorzugsweise ist eine Struktur vorgesehen, bei der ein Druckaufnahmeelement, das an der Innenfläche des Rohrelements anliegt, an einer gegenüberliegenden Fläche des Mutterhalters des Einheitskastens vorgesehen ist.
-
Darüber hinaus umfasst ein Verfahren zur Befestigung einer Mutter an einer Innenfläche eines Rohrelements gemäß der vorliegenden Erfindung: Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Befestigung der Mutter an der Innenfläche des Rohrelements, Halten der Mutter in dem Mutterhalter und Einsetzen der Mutter und des Mutterhalters in das Rohrelement; Antreiben der Drehwelle von der Außenseite des Rohrelements, um den Nocken zu drehen; Vorschieben des Mutterhalters in Richtung der Innenfläche des Rohrelements, um die Mutter in engen Kontakt mit der Innenfläche des Rohrelements zu bringen; Antreiben einer an einer äußeren Umfangsposition des Rohrelements angeordneten Matrize in das Rohrelement; und Befestigen der Mutter an der Innenfläche des Rohrelements.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Druckaufnahmeelement auf einer gegenüberliegenden Fläche des Mutterhalters des Einheitskastens an der Innenfläche des Rohrs anliegt, um eine Verformung des Rohrelements aufgrund der Druckkraft zu verhindern, die die Matrize in das Rohrelement treibt.
-
[Vorzüge der Erfindung]
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Mutterhalter in das Rohrelement eingeführt, wobei die Mutter vom Mutterhalter gehalten wird, und dann wird der Mutterhalter durch den Nocken in Richtung der Innenfläche des Rohrelements vorgeschoben, um die Mutter in engen Kontakt mit der Innenfläche des Rohrelements zu bringen. Anschließend wird die an der äußeren Umfangsposition des Rohrelements angeordnete Matrize in das Rohrelement getrieben, wodurch die Mutter an der Innenfläche des Rohrelements befestigt wird. Aus diesem Grund ist eine Welle wie im herkömmlichen Fall überflüssig, und es reicht aus, dass der Einheitskasten und die Drehwelle in das Rohrelement eingesetzt werden, wodurch die Mutter auch an der Innenfläche des Rohrelements mit einem kleineren Innendurchmesser als dem eines herkömmlichen Rohrelements befestigt werden kann.
-
Ferner genügt es gemäß der vorliegenden Erfindung, dass der Nocken der vorliegenden Vorrichtung im Voraus in die Anbringungsposition gedreht wird, um die Mutter in engen Kontakt mit der Innenfläche des Rohrelements zu bringen, und dass anschließend die Matrize betätigt wird. Dementsprechend ist es nicht notwendig, die Stanze und die Matrize wie im herkömmlichen Fall zu synchronisieren. Auf diese Weise kann eine Verformung der Mutterbefestigungsfläche des Rohrelements P verhindert werden.
-
Wenn außerdem das Druckaufnahmeelement auf der gegenüberliegenden Seite des Mutterhalters des Einheitskastens an der Innenfläche des Rohrs anliegt, um die Druckkraft aufzunehmen, die die Matrize in das Rohrelement treibt, kippt die Vorrichtung nicht im Inneren des Rohrelements wie im herkömmlichen Fall und die Mutter kann korrekt befestigt werden.
-
Figurenliste
-
- [1] 1 ist eine Perspektivansicht einer Mutterbefestigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
- [2] 2 ist eine Vorderansicht der Mutterbefestigungsvorrichtung der Ausführungsform.
- [3] 3 ist eine Schnittansicht entlang Linie A-A der 2.
- [4] 4 ist eine Schnittansicht, die einen Gebrauchszustand der Ausführungsform zeigt.
- [5] 5 ist eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer selbststanzenden und durchsetzenden Mutter.
- [6] 6 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine selbststanzende und durchsetzende Mutter in eine Innenfläche eines Rohrelements eingesetzt ist.
- [7] 7 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Mutterhalter und ein Druckaufnahmeelement in engen Kontakt mit einer Innenfläche eines Rohrelements P gebracht werden.
- [8] 8 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Matrize abgesenkt ist.
- [9] 9 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Matrize angehoben ist.
- [10] 10 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine selbststanzende und durchsetzende Mutter an einer Innenfläche eines Rohrelements befestigt ist.
- [11] 11 ist eine schematische Schnittansicht, die eine herkömmliche Technik zeigt.
-
[Beschreibung von Ausführungsformen]
-
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Mutterbefestigungsvorrichtung einer Ausführungsform, 2 ist eine Vorderansicht davon, und 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 2. Ein mit 10 bezeichnetes Element ist ein Einheitskasten, der in ein Rohrelement P eingesetzt wird, und eine Drehwelle 11 und ein mit der Drehwelle 11 verkeilter Nocken 12 sind in einem zentralen Abschnitt des Einheitskastens 10 vorgesehen. Der Nocken 12 dieser Ausführungsform ist ein elliptischer oder ovaler Nocken.
-
Die Drehwelle 11 erstreckt sich vom Einheitskasten 10 zur Außenseite des Rohrelements P und wird von einem Lager 13 und einem Zwischenlager 14 drehbar gelagert. Das Lager 13 umfasst einen sich nach links und rechts erstreckenden Fußabschnitt 15 und ist an einer Basis 16 außerhalb eines Öffnungsabschnitts des Rohrelements P befestigt, wie in 4 dargestellt. Das Zwischenlager 14 hat einen Außendurchmesser, der dem des Einheitskastens 10 entspricht, sodass es in das Rohrelement P eingesetzt werden kann. Der Einheitskasten 10, das Zwischenlager 14 und das Lager 13 sind durch Verbindungsmaterialien 17 verbunden und integriert. Die Drehwelle 11 wird durch einen Handgriff oder einen Motor gedreht.
-
Wie in 3 dargestellt, weist der Einheitskasten 10 an seiner Ober- und Unterseite Öffnungsabschnitte auf, und im oberen Abschnitt ist ein Mutterhalter 18 vorgesehen, der durch Drehung des Nockens 12 aus dem Einheitskasten 10 herausragt und sich in diesen zurückzieht. Der Mutterhalter 18 hat einen Mutterhalteabschnitt 19, der kreisförmig in seine Oberseite eingelassen ist und eine Struktur aufweist, die in der Lage ist, verschiedene Muttern, wie z. B. selbststanzende und durchsetzende Muttern sowie Einpressmuttern, zu halten. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Mutterhalter 18 eine im Wesentlichen quadratische Form auf, wie in 1 dargestellt, und kann in einem Zustand, in dem eine äußere Umfangsfläche 20 desselben an einem oberen Öffnungsabschnitt des Einheitskastens 10 anliegt, wie in 3 dargestellt, nach oben und unten herausragen und sich zurückziehen.
-
Ein Druckaufnahmeelement 21, das an einer Innenfläche des Rohrelements P anliegt, ist an einer gegenüberliegenden Fläche des Mutterhalters 18 des Einheitskastens 10 vorgesehen. Dieses Druckaufnahmeelement 21 kann auch durch den Nocken 12 und einen Rückstellmechanismus des Druckaufnahmeelements 35 nach oben und unten herausragen und zurückgezogen werden und zwar in einem Zustand, in dem eine äußere Umfangsfläche 22 des Druckaufnahmeelements 21 an einem unteren Öffnungsabschnitt des Einheitskastens 10 anliegt.
-
Als nächstes wird ein Verfahren zur Befestigung der Mutter an der Innenfläche des Rohrelements unter Verwendung der Mutterbefestigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
In dieser Ausführungsform ist eine in 5 dargestellte selbststanzende und durchsetzende Mutter 30 an der Innenfläche des Rohrelements P befestigt, das aus viereckigem, stranggepresstem Aluminiummaterial gebildet ist. Diese selbststanzende und durchsetzende Mutter 30 umfasst einen ringförmigen Stanzabschnitt 32 an einem Außenumfang eines Innengewindeabschnitts 31, einen ringförmigen Nutabschnitt 33, der an einem Außenumfang des ringförmigen Stanzabschnitts 32 ausgebildet ist, und eine Lagerfläche 34, die an einem Außenumfang des ringförmigen Nutabschnitts 33 ausgebildet ist, und der ringförmige Stanzabschnitt 32 und die Lagerfläche 34 weisen die gleiche Höhe auf, wie in der Zeichnung dargestellt.
-
Zunächst wird, wie in 6 dargestellt, die selbststanzende und durchsetzende Mutter 30 auf den Mutterhalteabschnitt 19 des Mutterhalters 18 aufgesetzt, und der Einheitskasten 10 wird in das Rohrelement P eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Nocken 12 in einer Position, in der ein langer Durchmesser desselben horizontal ausgerichtet ist, und der Mutterhalter 18 und das Druckaufnahmeelement 21 befinden sich in Positionen, die in das Innere des Einheitskastens 10 abgesenkt sind.
-
Anschließend wird, wie in 7 dargestellt, die Drehwelle 11 so gedreht, dass der lange Durchmesser des Nockens 12 in vertikaler Richtung liegt. Durch diese Drehung des Nockens 12 wird der Mutterhalter 18 nach außen gedrückt und der ringförmige Stanzabschnitt 32 und die Lagerfläche 34, die beide die obere Fläche der selbststanzenden und durchsetzenden Mutter 30 bilden, werden in engen Kontakt mit der oberen Innenfläche des Rohrteils P gebracht. Ferner wird das Druckaufnahmeelement 21 ebenfalls in engen Kontakt mit der unteren Innenfläche des Rohrstücks P gebracht. Indem der Innendurchmesser des Einheitskastens 10 auf diese Weise dem Innendurchmesser des Rohrelements P entspricht, wird der Einheitskasten 10 zuverlässig an der Innenseite des Rohrelements P befestigt.
-
Als nächstes wird, wie in 8 dargestellt, eine Matrize 25, die an einer äußeren Umfangsposition des Rohrelements P angeordnet ist, in das Rohrelement P getrieben, während das Rohrelement P gestanzt wird, um ein Durchgangsloch zu bilden, und das Metallmaterial an einer Umfangskante des Durchgangslochs fließt plastisch in den ringförmigen Nutabschnitt 33 der selbststanzenden und durchsetzenden Mutter 30. Auf diese Weise wird die selbststanzende und durchsetzende Mutter 30 an der Innenfläche des Rohrstücks P befestigt. Da die selbststanzende und durchsetzende Mutter 30 zuverlässig von dem Einheitskasten 10 gehalten wird, kann die selbststanzende und durchsetzende Mutter 30 fest fixiert werden. Ferner kann, da das Druckaufnahmeelement 21 an der Innenfläche des Rohrstücks P anliegt, eine Verformung des Rohrelements P aufgrund der Druckkraft, die die Matrize 25 in das Rohrelement P treibt, verhindert werden.
-
Danach wird, wie in 9 dargestellt, die Matrize 25 angehoben und die Drehwelle 11 gedreht, um den langen Durchmesser des Nockens 12 seitlich auszurichten, dann werden der Mutterhalter 18 und das Druckaufnahmeelement 21 zurückgezogen und danach wird der Einheitskasten 10 aus dem Rohrelement P herausgezogen. 10 zeigt einen Zustand, in dem die selbststanzende und durchsetzende Mutter 30 an der Innenfläche des Rohrelements P befestigt ist.
-
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die selbststanzende und durchsetzende Mutter 30, bei der der ringförmige Stanzabschnitt 32 und die Lagerfläche 34 die gleiche Höhe aufweisen, befestigt. Die selbststanzende und durchsetzende Mutter 30 dieser Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie durch die Matrize 25 befestigt werden kann, während sie im Inneren des Rohrelements P gehalten wird. Die Art der Mutter ist jedoch nicht hierauf beschränkt und neben einer normalen selbststanzenden und durchsetzenden Mutter, bei der der ringförmige Stanzabschnitt 32 höher als die Auflagefläche 34 ist, können auch eine Einpressmutter, eine Schweißmutter und dergleichen befestigt werden. Wenn diese Muttern befestigt sind, reicht es aus, wenn der Mutterhalter 18 durch den Nocken 12 bewegt wird.
-
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das rechtwinkelige stranggepresste Aluminiummaterial als Rohrelement P verwendet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf ein Rohrelement mit rundem Querschnitt angewandt werden, indem die Form des Einheitskastens 10 geändert wird.
-
Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, die Welle mit der Stanze und dem Blattstapel, wie in 11 dargestellt, bereitzustellen, und somit kann die Mutter an der Innenfläche des Rohrelements P mit einem kleineren Innendurchmesser als dem des herkömmlichen Rohrelements befestigt werden. Da es außerdem ausreicht, dass die Matrize 25 betätigt wird, nachdem die Mutter an der Innenfläche des Rohrstücks P gehalten wurde, ist es nicht erforderlich, die Matrize mit der Stanze zu synchronisieren, wie dies im herkömmlichen Fall notwendig ist. Da der Einheitskasten 10 zuverlässig an der Innenseite des Rohrelements P befestigt werden kann, ergeben sich darüber hinaus viele Vorteile, z. B. kann die Verformung einer Befestigungsfläche der Mutter des Rohrelements P verhindert werden.
-
[BEISPIELE]
-
Im Folgenden werden Beispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben.
-
Unter Verwendung der Befestigungsvorrichtung und der selbststanzenden und durchsetzenden Mutter, die beide in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben wurden, wurde ein Test zur Befestigung einer selbststanzenden und durchsetzenden Mutter mit einem Durchmesser von 22,5 mm und einer Dicke (Gesamthöhe) von 9 mm an einer Innenfläche eines viereckigen stranggepressten Aluminiummaterials mit einem Querschnitt von 60 mm × 60 mm und einer Plattendicke von 2 mm durchgeführt. Das stranggepresste Aluminiummaterial wurde auf eine Länge von 100 mm zugeschnitten und eine selbststanzende und durchsetzende Mutter wurde an der mittleren Position in Längsrichtung befestigt. Die Einpresskraft der Matrize beträgt 40 kN.
-
Das Leerlaufdrehmoment der befestigten selbststanzenden und durchsetzenden Mutter wurde mit einem Drehmomentschlüssel gemessen. Darüber hinaus wurde die Durchsetzkraft (Ausreißkraft) der befestigten selbststanzenden und durchsetzenden Mutter mit einer Zug- und Druckprüfmaschine gemessen. Der Durchschnittswert des Leerlaufdrehmoments betrug 30 Nm und war damit ähnlich hoch wie in dem Fall, in dem die selbststanzende und durchsetzende Mutter mit der herkömmlichen Methode an dem stranggepressten Aluminiummaterial mit offenem Querschnitt befestigt wurde. Darüber hinaus lag der Durchschnittswert der Durchsetzungskraft bei 3,5 kN, was ähnlich war wie in dem Fall, in dem die selbststanzende und durchsetzende Mutter mit der herkömmlichen Methode an dem stranggepressten Aluminiummaterial mit offenem Querschnitt befestigt wurde. In allen Fällen war die Nummer der Proben N drei.
-
Anschließend wurde die Veränderung des Außen- und Innendurchmessers des viereckigen stranggepressten Aluminiummaterials mit einem Messschieber gemessen. Wenn der Spalt zwischen der selbststanzenden und durchsetzenden Mutter und der Innenfläche des Rohrs wie in der Ausführungsform auf 0 gesetzt wurde, betrug die Veränderung des Außendurchmessers 0,02 mm und die Veränderung des Innendurchmessers 0,04 mm, was äußerst gering war. Darüber hinaus hat sich bestätigt, dass sowohl der Betrag der Änderung des Außendurchmessers als auch der Betrag der Änderung des Innendurchmessers auf Null reduziert werden kann, indem die selbststanzende und durchsetzende Mutter mit Hilfe des Nockens stark gegen die Innenfläche des Rohrs gedrückt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- P
- Rohrelement
- 1
- Welle
- 2
- Stanze
- 3
- Mutterzufuhrkanal
- 4
- Blattstapel
- 5
- Matrize
- 10
- Einheitskasten
- 11
- Drehwelle
- 12
- Nocken
- 13
- Lager
- 14
- Zwischenlager
- 15
- Fußabschnitt
- 16
- Basis
- 17
- Verbindungsmaterial
- 18
- Mutterhalter
- 18
- Mutterhaltender Abschnitt
- 20
- Äußere Umfangsfläche
- 21
- Druckaufnahmeelement
- 22
- Äußere Umfangsfläche
- 30
- Selbststanzende und durchsetzende Mutter
- 31
- Innenschraubenabschnitt
- 32
- Ringförmiger Stanzabschnitt
- 33
- Ringförmiger Nutabschnitt
- 34
- Lagerfläche
- 35
- Rückstellmechanismus des Druckaufnahmeelements
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
