Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Nietelement zum Setzen eines Gewindes in wenigstens einem Bauteil aufweisend einen Kopfabschnitt, der formschlüssig zur Anlage an dem Bauteil bringbar ist, und einen Hülsenabschnitt, der in eine durch das Bauteil erstreckende Öffnung einsetzbar und plastisch verformbar ist, wobei der Hülsen abschnitt mit einem Innengewinde versehen ist, in das ein Zugdorn und/oder ein Schraubelement einschraubbar ist.

Ein Nietelement der eingangs genannten Art wird dazu eingesetzt, um ein tragfä higes Gewinde in ein dünnwandiges Bauteil, wie beispielsweise einem Blechteil einzubringen. Über das Gewinde kann das dünnwandige Bauteil dann mit einem anderen Bauteil verschraubt werden.

Bei Bauteilen, die nur von einer Seite zugänglich sind, wird üblicherweise eine so genannte Blindnietmutter eingesetzt. Eine Blindnietmutter weist einen länglichen, hohlen Hülsenabschnitt mit einem Innengewindeabschnitt, der plastisch verform bar ist, und einen Kopfabschnitt auf.

Zum Setzen einer Blindnietmutter wird eine Öffnung in dem Bauteil erzeugt und anschließend wird das Nietelement in die Öffnung eingesetzt. Nach dem Einset zen des Nietelementes in die Öffnung liegt der Kopfabschnitt am Bauteil an und ein Abschnitt des Hülsenabschnitts erstreckt sich aus der Öffnung. Zum plasti schen Verformen des Hülsenabschnitts wird ein sogenannter Zugdorn einge schraubt, der sich durch den Nietkörper hindurcherstreckt und am Kopfabschnitt aus dem Hülsenabschnitt herausragt. Durch Aufbringen einer Zugkraft auf den Zugdorn wird der Hülsenabschnitt gestaucht und bildet dabei einen umlaufenden Wulst aus, der an der dem Kopfabschnitt gegenüberliegenden Seite des Bauteils anliegt. Dadurch ist die Blindnietmutter formschlüssig an dem Bauteil festgelegt. Nach der plastischen Umformung des Hülsenabschnitts kann der Zugdorn wieder herausgeschraubt werden.

Aus DE 202015 100359 U1 geht eine Blindnietmutter hervor, die einen Setzkopf und einen hohlen Schaft aufweist, wobei der hohle Schaft einen Verdrehsiche rungsabschnitt, welcher dem Setzkopf benachbart ist und eine polygonale Außen form aufweist, einen Gewindeabschnitt zur Aufnahme eines Gewindeelementes und einen zwischen dem Verdrehsicherungsabschnitt und dem Gewindeabschnitt gelegenen Klemmabschnitt umfasst, wobei der Klemmabschnitt dazu bestimmt ist, bei einem Setzvorgang der Blindnietmutter an einem Träger verformt zu werden, und wobei der Klemmabschnitt eine Reihe von Längsschlitzen, die sich entlang einer Längsachse des hohlen Schaftes erstrecken, einen dem Verdrehsiche rungsabschnitt benachbarten ersten Teil und einen zwischen dem ersten Teil und dem Gewindeabschnitt gelegenen zweiten Teil umfasst, wobei die Längsschlitze sich lediglich in dem zweiten Teil befinden.

Mit zunehmendem Einsatz von Blindnietmuttern im Fahrwerksbereich steigt die Notwendigkeit, überelastische Schraubanzüge in den beiden zu verbindenden Bauteilen zu realisieren, um hohe auftretende Scherkräfte zu übertragen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nietelement zu schaf fen, das einen überelastischen Schraubanzug ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Nietelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Nietelements sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem Aspekt wird das Nietelement zum Setzen eines Gewindes in we nigstens ein Bauteil vorgeschlagen. Das Nietelement weist einen Kopfabschnitt, der formschlüssig zur Anlage an dem Bauteil bringbar ist, und einen Hülsenab- schnitt, der in eine durch das Bauteil erstreckende Öffnung einsetzbar und plas tisch verformbar ist, wobei der Hülsenabschnitt mit einem Innengewinde versehen ist, in das ein Zugdorn und/oder ein Schraubelement einschraubbar ist, wobei der Hülsenabschnitt am Außenumfang eine abragende Stegstruktur aufweist, und wo bei die Stegstruktur wenigstens einen ersten Stützsteg und wenigstens einen zweiten Stützsteg aufweist, die sich in Längsrichtung des Hülsenabschnitts erstre cken und die durch eine Ausnehmung voneinander getrennt sind, und wobei sich nach der plastischen Verformung des Hülsenabschnitts die Stützstege kontaktie ren, um einen direkten Kraftfluss zwischen dem Kopfabschnitt und dem Hülsenab schnitt zu ermöglichen.

Die beiden Stützstege werden während der plastischen Verformung des Hülsen abschnitts, also während des Einnietprozesses, aufeinander zubewegt, bis sich diese kontaktieren. Da die Stützstege durch eine Ausnehmung voneinander ge trennt sind, bildet sich während des Einnietprozesses kein Wulst zwischen den Stützstegen aus. Dadurch wird nach abgeschlossenem Einnietprozess ein direk ter Kraftfluss zwischen dem Kopfabschnitt und dem Hülsenabschnitt ermöglicht, wenn ein Befestigungselement in das Innengewinde eingeschraubt wird, indem die beim Einschrauben auftretende Kraft über die Stützstege geleitet wird. Die Stegstruktur sorgt somit dafür, dass bei einem überelastischen Schraubanzug aufgrund der hohen Vorspannkraft ein Nachsetzen, das heißt ein weiteres Umfor men des Nietelementes, vermieden wird. Dadurch kann eine definierte Vorspann kraft erreicht werden. Zudem wird ein Auftreten einer hohen Streuung in den Schraubprozesskurven aufgrund von Drehwinkelschwankungen bedingt durch den Nachsetzprozess vermieden. Darüber hinaus wird der Umformvorgang des Niet elements nicht wie bisher durch eine reine Kraftabschaltung beendet, sondern durch ein geometrisch definiertes Merkmal. Schließlich sorgt die Stegstruktur für eine weitere formschlüssige Sicherung gegen ein Verdrehen des Nietelements im Trägermaterial.

Durch das Einschrauben eines Befestigungselements, wie beispielsweise einer Schraube, kann das Bauteil mit einem anderen Bauteil mittels eines Schrauban zugs, insbesondere mittels eines überelastischen Schraubanzugs miteinander verbunden werden. Ferner kann das Innengewinde auch dazu genutzt werden, um einen Zugdorn mit dem Nietelement zu verbinden. Hierzu kann der Zugdorn end seitig ein Außengewinde aufweisen, welches in das Innengewinde des Hülsenab schnitts eingeschraubt wird, der am Kopfabschnitt herausragt. Durch Aufbringen einer Zugkraft am Zugdorn wird der Hülsenabschnitt gestaucht und plastisch ver formt. Nach Beendigung des Einnietprozesses kann der Zugdorn aus dem Innen gewinde herausgeschraubt und für einen weiteren Einnietprozesses verwendet werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der erste Stützsteg unmittelbar an dem Kopfabschnitt an und der zweite Stützsteg ist am freien Ende des Hülsenab schnitts angeordnet. Bevorzugt ist der zweite Stützsteg länger als der erste Stütz steg.

Das Nietelement kann zur Umsetzung von Schubfeld- und Strebenanbindungen im Fahrwerksbereich eingesetzt werden.

Durch die Ausnehmung wird während der plastischen Verformung des Hülsenab schnitts die Bildung einer Wölbung des Hülsenabschnitts vermieden, um einen unmittelbaren Kraftfluss vom Kopfabschnitt zum Hülsenabschnitt erzeugen kön nen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kontaktieren sich nach der plastischen Ver formung die Stützstege unmittelbar. Weiterhin vorteilhaft kontaktieren sich die ei nander zugewandten Stirnseiten der Stützstege.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Hülsenabschnitt im Bereich der Aus nehmung geschlitzt. Der Schlitz zwischen den beiden Stützstegen bewirkt, dass bei einer plastischen Verformung des Hülsenabschnitts kein Wulstabschnitt in Form einer Auswölbung zwischen den Stützstegen vorhanden ist. Dadurch kann ein unmittelbarer Kontakt zwischen den beiden Stützstegen nach einer plastischen Verformung und damit ein direkter Kraftfluss von Kopfabschnitt zu Hülsenabschnitt hergestellt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Stegstruktur eine Vielzahl an in Um fangsrichtung des Hülsenabschnitts verteilt angeordneten Stegpaaren auf, wobei jedes Stegpaar einen ersten Stützsteg und einen zweiten Stützsteg aufweist, die sich in Längsrichtung des Hülsenabschnitts erstrecken und die durch eine Aus nehmung voneinander getrennt sind. Durch die Anordnung der Stegpaare am Um fang des Hülsenabschnitts wird eine gleichmäßige Verteilung des direkten Kraft flusses zwischen dem Kopfabschnitt und dem Hülsenabschnitt sichergestellt. Vor teilhaft sind die Stegpaare in äquidistanten Abständen zueinander am Umfang des Hülsenabschnitts verteilt angeordnet. Die Stegpaare können auch in unregelmäßi gen Abständen zueinander am Umfang des Hülsenabschnitts verteilt angeordnet sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Stützstege quaderförmig ausgebildet. Dadurch wird ein optimaler Kraftfluss zwischen dem Kopfabschnitt und dem Hül senabschnitt geschaffen. Zudem sind quaderförmige Stützstege einfach und kos tengünstig herstellbar. Schließlich sorgt die Geometrie für eine weitere form schlüssige Sicherung gegen ein Verdrehen des Nietelements im Trägermaterial.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Stützstege einstückig und material einheitlich mit dem Hülsenabschnitt ausgebildet. Dadurch wird ein verbesserter direkter Kraftfluss zwischen Kopfabschnitt und Hülsenabschnitt geschaffen. Zu dem lassen sich die Stegpaare einfach während der Herstellung des Nietelements erzeugen. Das Nietelement kann mittels Tiefziehen erzeugt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist nach der plastischen Verformung der Hülsenabschnitt wenigstens einen Wulstabschnitt auf, der zu der Stegstruktur benachbart ist. Während der plastischen Verformung des Hülsenabschnitts, also während des Einnietprozesses, wird der Hülsenabschnitt gestaucht. Dadurch bil det der Hülsenabschnitt Materialverwerfungen in Form eines Wulstabschnitts aus. Die Wulstabschnitte liegen an der dem Kopfabschnitt gegenüberliegenden Seite des Bauteils an und sorgen für einen formschlüssigen Sitz des Nietelementes in der Öffnung. Der Wulstabschnitt kann auch als Auswölbung bezeichnet werden. Wenn das Nietelement mehrere Stegpaare aufweist, so weist der Hülsenabschnitt zwischen zwei Stegpaaren jeweils einen Wulstabschnitt auf.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Nietelement aus Metall und/oder Kunststoff. Ein aus Metall hergestelltes Nietelement weist eine hohe Festigkeit auf. Ein aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff hergestelltes Niet element weist ein niedriges Gewicht auf.

Ein Verfahren zur Erzeugung einer überelastischen Schraubverbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen mittels eines Nietelements kann folgende Verfahrens schritte aufweisen. Zunächst wird eine sich durch ein Bauteil hindurch erstrecken de Öffnung erzeugt, wobei die Öffnung einen kreisrunden Abschnitt und wenigs tens einen rechteckförmigen Abschnitt aufweist. Im Anschluss wird das Nietele ment derart in die Öffnung eingesetzt, dass ein Hülsenabschnitt des Nietelements innerhalb des kreisrunden Abschnitts und eine Stegstruktur des Nietelements in nerhalb des rechteckförmigen Abschnitts angeordnet sind. Danach wird ein Zug dorn in ein Innengewinde des Nietelements eingeschraubt. Anschließend wird das Nietelement durch Aufbringen einer Zugkraft auf den Zugdorn plastisch verformt, so dass sich Stützstege der Stegstruktur kontaktieren und der Hülsenabschnitt Wulstabschnitte ausbildet. Nach Ende der plastischen Verformung wird der Zug dorn aus dem Innengewinde herausgeschraubt. Schließlich wird ein zweites Bau teil mit einer Öffnung vor dem Nietelement positioniert und ein Schraubelement wird durch die Öffnung hindurchgeführt und in das Innengewinde des Nietelemen tes eingeschraubt und überelastisch angezogen.

Nachfolgend werden ein Nietelement sowie weitere Merkmale und Vorteile an hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Figuren schematisch dargestellt ist. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Nietelements;

Fig. 2 eine zweite perspektivische Ansicht des Nietelements von Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Nietelement im plastisch verformten Zustand mit einem Ausschnitt; und

Fig. 4 eine um 90° gedrehte Ansicht des Nietelements von Fig. 3.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein Nietelement 10 zum Setzen eines Gewindes in ein nicht dargestelltes Bauteil gezeigt. Das Nietelement 10 ist aus Metall und/oder Kunststoff und weist einen Kopfab schnitt 14, der formschlüssig zur Anlage an dem Bauteil bringbar ist, und einen Hülsenabschnitt 16 auf, der in eine sich durch das Bauteil erstreckende Öffnung einsetzbar ist.

Der Kopfabschnitt 14 weist einen zylindrischen Flansch 18 auf, der formschlüssig an dem Bauteil anliegt, wenn der Hülsenabschnitt 16 in eine sich durch das Bau teil erstreckende Öffnung eingesetzt ist.

Der Hülsenabschnitt 16 ist plastisch verformbar und ist als Hohlzylinder 20 mit ei nem Innengewinde 22 ausgebildet. In das Innengewinde 22 ist ein nicht darge stellter Zugdorn zum plastischen Verformen des Hülsenabschnitts 16 sowie ein nicht dargestelltes Schraubelement einschraubbar.

Wie durch eine Zusammenschau der Figuren 1 bis 4 ersichtlich ist, weist der Hül senabschnitt 16 an seinem Außenumfang 24 eine Stegstruktur 26 auf. Die Stegstruktur 26 ist aus einer Vielzahl an in Umfangsrichtung U des Hülsenab schnitts verteilt angeordneten Stegpaaren 28 gebildet, wobei jedes Stegpaar 28 einen ersten Stützsteg 30 und einen zweiten Stützsteg 32 aufweist, die sich in Längsrichtung L des Hülsenabschnitts 16 erstrecken.

Die Stützstege 30, 32 sind durch eine Ausnehmung 34 voneinander getrennt, wo bei die Ausnehmung 34 als ein in den Hülsenabschnitt 16 eingebrachter Schlitz 36 ausgebildet ist.

Wie insbesondere in den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, liegt der erste Stützsteg 30 unmittelbar an dem Kopfabschnitt 14 an, wohingegen der zweite Stützsteg 32 am freien Ende des Hülsenabschnitts 16 angeordnet ist. Vorliegend ist der zweite Stützsteg 32 länger als der erste Stützsteg 30. Im plastisch verformten Zustand des Hülsenabschnitts 16, wie er in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist, liegen die bei den Stützstege 30, 32 unmittelbar aneinander an, so dass ein direkter Kraftfluss zwischen dem Kopfabschnitt 14 und dem Hülsenabschnitt 16 ermöglicht wird, wenn ein nicht dargestelltes Schraubelement eingeschraubt wird. Zwischen den sich kontaktierenden Stützstegen 30, 32 bilden sich im plastisch verformten Zustand des Hülsenabschnitts 16 Wulstabschnitte 38 aus, die aus der Stauchung des Hülsenabschnitts 16 während der plastischen Umformung resultie ren. Die Wulstabschnitte 38 bilden dabei Auswölbungen.

Im Folgenden wird ein mögliches Verfahren zur Verbindung zweier Bauteile mittels des Nietelements 10 und eines überelastischen Schraubanzugs erläutert. Zuerst wird in eines der Bauteile eine sich hindurch erstreckende Öffnung erzeugt, wobei die Öffnung einen kreisrunden Abschnitt und rechteckförmige Abschnitte aufweist. Anschließend wird das Nietelement 10 in die Öffnung derart eingesetzt, dass der Hülsenabschnitt 16 innerhalb des kreisrunden Abschnitts und die Stegstruktur 26 innerhalb des reckeckförmigen Abschnitts angeordnet sind, und der Kopfabschnitt 14 an dem Bauteil anliegt. Anschließend wird ein nicht dargestellter Zugdorn in das Innengewinde 22 eingeschraubt, und eine Zugkraft wird auf den Zugdorn auf gebracht. Dadurch verformt sich der Hülsenabschnitt 16 plastisch, indem der Hül senabschnitt gestaucht wird, so dass sich der zweite Stützsteg 32 auf den ersten Stützsteg 30 zu bewegt und sich zwischen den Stegpaaren die Wulstabschnitte 38 herausbilden. Nach Beendigung der plastischen Verformung des Hülsenabschnitts 16 liegen die beiden Stützstege 30, 32 aneinander an. Danach wird der Zugdorn aus dem Innengewinde 22 herausgeschraubt und ein zweites Bauteil wird mit ei ner Öffnung derart über dem Nietelement positioniert, dass ein nicht dargestelltes Schraubelement in die Öffnung eingesetzt und in das Innengewinde 22 einge schraubt und überelastisch angezogen wird.

Durch das Vorsehen von durch einen Schlitz 36 getrennten Stützstegen 30, 32 am Außenumfang 24 des Hülsenabschnitts 16 wird nach dem abgeschlossenen Ein nietprozess ein direkter Kraftfluss zwischen Kopfabschnitt 14 und Hülsenabschnitt 16 ermöglicht, wenn ein Schraubelement in das Innengewinde 22 eingeschraubt wird. Durch den direkten Kraftfluss von Kopfabschnitt 14 zu Hülsenabschnitt 16 werden Nachsetzerscheinungen aufgrund einer hohen Vorspannung infolge eines überelastischen Schraubanzugs ausgeschlossen. Dadurch wird eine definierte Vorspannkraft erzielt, die die funktionalen Anforderungen an einen überelasti schen Schraubanzug sicherstellen kann. Darüber hinaus tritt in den Schraubpro zesskurven keine hohe Streuung aufgrund von Drehwinkelschwankungen bedingt durch den Nachsetzprozess sauf. Darüber hinaus sorgt die Kombination aus der Öffnung mit einem rechteckförmigen Abschnitt und der darin angeordneten Stegstruktur 26 für eine formschlüssige Sicherung gegen ein Verdrehen des Nie telements 10 im Trägermaterial während der Verschraubung und des überelasti schen Anziehens.

Bezugszeichenliste

10 Nietelement 14 Kopfabschnitt 16 Hülsenabschnitt 18 zylindrischer Flansch 0 Hohlzylinder 2 Innengewinde 4 Außenumfang 6 Stegstruktur 8 Stegpaar 30 erster Stützsteg 32 zweiter Stützsteg 34 Ausnehmung 36 Schlitz 38 Wulstabschnitt

U Umfangsrichtung L Längsrichtung