WO2004108325A1

WO2004108325A1 - Verfahren zum vernieten zweier bauteile mit einem blindniet und vormontierte montageeinheit eines blindniets

Info

Publication number: WO2004108325A1
Application number: PCT/EP2004/006049
Authority: WO
Inventors: Klaus Dehlke
Original assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2005-12-05
Also published as: DE10325431A1; DE112004000952A5; DE112004000952B4

Abstract

Bei der Verbindung zweier Bauteile (22A, B) ist ein Schraubblindniet (2) vorgesehen, mit dem in einem einstufigen Setzvorgang die Bauteile (22A, B) miteinander verbunden werden. Hierzu werden diese wie bei einer herkömmlichen Blindnietverbindung zwischen einem Kragen (8) einer Niethülse (4) und einem Schliesswulst (26) unmittelbar eingeklemmt. In der Niethülse (4) ist ein als Schraube (6) ausgebildeter Nietdorn angeordnet, die mit ihrem Gewinde (20) in die Niethülse (4) eingreift. Zur Ausbildung der Nietverbindung wird zunächst an der Schraube (6) translatorisch gezogen und anschließend wird die Schraube (6) festgedreht. Um das aufgebrachte Drehmoment möglichst weitgehend in eine translatorische Kraftkomponente umzuwandeln weist das Gewinde (20) eine unrunde Querschnittsgeometrie auf. Alternativ oder gleichzeitig weist das Gewinde (20) Flanken (32A, B) mit unterschiedlichen Flankenwinkeln (alpha, beta) auf, wobei der Flankenwinkel (alpha) der dem Schraubenkopf (16) zugewandten Flanke (32A) kleiner ist als der Flankenwinkel (beta) der dem Schraubenkopf (16) angewandten Flanke (32B).

Description

Beschreibung Verfahren zum Vernieten zweier Bauteile mit einem Blindniet und vormontierte

Montageeinheit eines Blindniets

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vernieten zumindest zweier Bauteile mit einem Blindniet, der eine Niethülse und einen in der Niethülse verbleibenden Nietdorn umfasst, der als eine Schraube ausgebildet ist, die mit einem Gewinde in die Niethülse eingreift. Beim Setzvorgang wird der Blindniet durch eine gemeinsame Bohrung der Bauteile geführt und anschließend wird in einem Verformungsbereich das Hülsenmaterial der Niethülse zu einem Schließwulst verformt, so dass die Bauteile zwischen dem Schließwulst und einem Kragen des Blindniets geklemmt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine vormontierte Montageeinheit eines Blindniets für den Einsatz bei einem derartigen Verfahren.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US 2,392,133 zu entnehmen. Zur Ausbildung des Schließwulstes wird bei dem bekannten Verfahren die Schraube angezogen. Hierbei wird aufgrund des Eingriffs der Schraube in die Niethülse diese in Richtung zum Schraubenkopf und somit gegen die zu fügenden Bauteile gezogen, so dass eine Hülsenumformung stattfindet und der Schließwulst ausgebildet wird.

Die heute auf dem Markt eingesetzten Blindniete weisen im Unterschied zu dem aus der US 2,392,133 zu entnehmenden Blindniet einen gewindefreien Nietdorn auf. Ein derartiger Blindniet ist beispielsweise aus der WO 00/68583 zu entnehmen. Beim Setzvorgang wird dieser Blindniet in die gemeinsame Bohrung eingesteckt, bis der Blindniet mit seinem Setzkopf auf dem oberen Bauteil zum Anliegen kommt. Der durch die Niethülse geführte Dorn stützt sich mit einem Dornkopf an dem Setzkopf abgewandten rückseitigen Ende der Niethülse ab. Beim Setzen des Niets wird mit Hilfe eines sich am Bauteil oder am Setzkopf abstützenden Setzwerkzeugs am Nietdorn gezogen, so dass sich die Niethülse verformt und einen Schließwulst ausbildet und die zu verbindenden Bauteile zwischen dem Schließwulst und dem Setzkopf geklemmt werden. Bei Erreichen einer vorbestimmten Zugkraft reißt der Dorn vorzugsweise bündig mit dem Setzkopf ab. Eine derartige Nietverbindung, wie sie beispielhaft aus der WO 00/68583 zu entnehmen ist, wird in verschiedenen Technologiebereichen, unter anderem in der Automobilindustrie, eingesetzt. Bei der Verwendung von Blindnieten zum Zusammenfügen von Karosseriebauteilen beim Kraftfahrzeug bildet die Karosserie in nachteiliger Weise jedoch eine Art Resonanzkörper. Die durch das Abreißen erzeugten Schwingungen werden nämlich auf die Karosserie übertragen und um ein Vielfaches verstärkt, so dass eine erhebliche Schallbelastung auftritt. Diese Schallbelastung kann Werte von bis zu 100db erreichen. Ohne spezielle Schallschutzmaßnahmen ist daher die Blindniettechnologie nicht ohne Weiteres in einen Fließband-Prozess zu integrieren. Weiterhin ist die Entsorgung des abgerissenen Restdorns aufwändig. Der Blindniet wird üblicherweise mit Hilfe eines hydraulisch betätigbaren und nach Art einer Pistole ausgebildeten Setzwerkzeugs manuell gesetzt. Aufgrund des im Wesentlichen manuellen Setzens ist eine Prozessüberwachung schwierig.

Neben den Bindnieten sind so genannte Blindnietmuttern bekannt, die nach Art eines Niets in eine Bohrung eines Bauteils eingesetzt werden und ein Innengewinde aufweisen, in das anschließend eine Schraube zum Befestigen eines weiteren Bauteils eingeschraubt werden kann. Teilweise werden in die Blindnietmuttern auch Gewindestifte eingeschraubt, auf die dann wiederum weitere Bauteile mit herkömmlichen Muttern befestigt werden können. Derartige Blindnietmuttern sind beispielsweise zu entnehmen aus der DE 692 13263 T2 oder der DE 201 12 171 U1..

Gemäß der DE 201 12 171 U1 wird zunächst die Blindnietmutter in eine Bohrung eines ersten Bauteils eingesteckt und stützt sich mit einem Kragen auf diesem ab. In einem zweiten Schritt wird ein weiteres Bauteil darüber gelegt, welches mittels einer

Schraube, die in die Blindnietmutter eingreift, am ersten Bauteil befestigt wird. Beim Anziehen der Schraube verformt sich die Niethülse, so dass sich ein Schließwulst an der Unterseite des unteren Bauteils ausbildet. Zugleich wird dabei die Niethülse etwas nach oben gegen das zweite Bauteil aus dem unteren Bauteil herausgezogen.

Die Verbindung mit Hilfe der Blindnietmuttern ist jedoch im Vergleich zum herkömmlichen Blindniet-Setzvorgang aufwändig, da es ein zweistufiges Vorgehen erfordert, nämlich zunächst das Einbringen der Blindnietmutter in das erste Bauteil und anschließend in der zweiten Stufe das Anschrauben des zweiten Bauteils mit Hilfe einer in die Blindnietmutter einzudrehenden Schraube.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Ausbildung einer Blindnietverbindung zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch das Verfahren zum Vernieten von zumindest zwei Bauteilen mit einem Blindniet gemäß Patentanspruch 1. Danach ist vorgesehen, dass der im Folgenden auch als Schraubblindniet bezeichnete Blindniet einen als Schraube ausgebildeten Nietdorn aufweist, die mit einem Gewinde in die Niethülse eingreift. Beim Setzvorgang greift zur Ausbildung des Schließwulstes ein Setzwerkzeug die Schraube und zieht diese zunächst in Längsrichtung translatorisch, so dass der Schließwulst zumindest teilweise bereits aufgrund der rein translatorischen Bewegung ausgebildet wird. Anschließend wird die Schraube durch Ausübung einer Rotationsbewegung festgezogen. Dieser Setzvorgang setzt sich daher aus einer translatorischen und einer rotatorischen Bewegung zusammen. Bei der translatorischen Bewegung wird - wie bei einem konventionellen Setzvorgang - die Schraube vom Setzwerkzeug an ihrem Schraubenkopf hintergriffen und in Axialrichtung gezogen. Das Setzwerkzeug stützt sich hierbei insbesondere an einem Kragen der Niethülse ab.

Vorzugsweise werden hierbei die Umformkräfte vollständig oder nahezu vollständig durch das translatorische Ziehen aufgewandt, so dass nach dem translatorischen Ziehen der Schließwulst vollständig oder zumindest weitgehend vollständig ausgebildet ist.

Ein besonderer Vorteil dieses kombinierten Setzvorgangs ist darin zu sehen, dass die für die Umformung der Niethülse notwendigen hohen Umformkräfte durch die einfache, translatorische Zugbewegung zumindest weitgehend aufgebracht werden. Durch das anschließende Anziehen der Schraube wird schließlich die notwendige Vorspannung aufgebracht, um die beiden Bauteile sicher zusammenzuhalten.

Die für die Umformung notwendigen Kräfte werden daher nicht oder zumindest nur teilweise beim Festziehen der Schraube über deren Gewinde auf die Niethülse übertragen. Ein alleiniges Umformen mit dem Eindrehen der Schraube würde nämlich ein sehr hohes Drehmoment erfordern, über das neben der notwendigen Umfomkraft auch noch eine erhebliche Reibung zwischen dem Gewinde der Schraube und einem korrespondierenden Gewindebereich der Niethülse überwunden werden müsste. Auch ist durch den kombinierten Setzvorgang ein radiales Aufweiten der Niethülse, verursacht durch die Schraubbewegung, vermieden. Denn aufgrund der notwendigerweise schrägen Ausgestaltung der Flanken des Gewindes der Schraube weist die von der Schraube auf die Niethülse übertragene Kraft eine Komponente in radialer Richtung auf. Beim Eindrehen der Schraube wird die Niethülse daher bestrebt sein, radial nach Außen auszuweichen. Dies umso mehr, je höher die von der

Schraube zu übertragenden Kräfte sind. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass das Schraubengewinde nur noch teilweise in Eingriff mit dem Gewindebereich der Niethülse steht, so dass insbesondere im Langzeitbetrieb beispielsweise unter Vibrationsbeanspruchung die Blindnietverbindung nachgibt. Bei der hier vorgesehenen Kombination des translatorischen Ziehens zur Übertragung der notwendigen

Umformkräfte und dem anschließenden Festdrehen der Schraube zur Erzeugung der notwendigen Vorspannung sind diese Probleme im Sinne einer sicheren und zuverlässigen Blindnietverbindung überwunden.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass dieses Setzverfahren in besonders vorteilhafter Weise den einstufigen Setzvorgang eines herkömmlichen Blindniets mit den Vorteilen der Schraubtechnologie verbindet. Beim Setzvorgang werden nämlich die zu verbindenden Bauteile in nur einem Arbeitsschritt zwischen einem Kragen der Niethülse und dem Schließwulst geklemmt. Die Schraube hat keinen unmittelbaren Kontakt mit den Bauteilen. Zur Aufrechterhaltung der Verbindung ist die Schraube auch nicht zwingend erforderlich. Gleichwohl verbleibt sie vorzugsweise in der Niethülse, um nach Art eines verriegelten Restdorns die Blindnietverbindung widerstandsfähiger zu machen. Die Schraube dient beim Setzvorgang in erster Linie zum Umformen der Niethülse. Der Schraubblindniet ist daher weitgehend bauteilunabhängig und ist bevorzugt ein vormontiertes Verbindungselement, das als solches zu einer insbesondere automatischen Verarbeitungsstation geliefert wird, an der der Schraubblindniet in die zu verbindenden Bauteile eingefügt wird. Im Vergleich zu dem Setzvorgang eines herkömmlichen Blindniets werden beim Schraubblindniet die Vorteile erreicht, dass kein Abrissgeräusch auftritt, dass kein Restdorn entsorgt werden muss und dass auf bestehende Werkzeuge am Fließband, beispielsweise bei der Automobilproduktion, zurückgegriffen werden kann. Insbesondere besteht hierdurch die Möglichkeit, auf bewährte und eingeführte Prozessüberwachungssysteme zur Qualitätssichtung zurückzugreifen.

Zweckdienlicherweise wird der Setzvorgang des Blindniets automatisch überwacht und diese Überwachung wird insbesondere auch zentral erfasst. Da der Setzvorgang mit Hilfe eines Schraubvorgangs beendet wird, kann hierzu eine bei der Schraubtechnologie übliche Drehmomentüberwachung herangezogen werden. Die ermittelten Werte werden insbesondere gespeichert, ausgewertet und ggf. protokolliert, um eine lückenlose und vollständige Qualitatsüberwachung jeder einzelnen Blindnietverbindung zu ermöglichen. Dies ist insbesondere im Automobilbereich mit den hohen Qualitätsanforderungen erwünscht.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch eine vormontierte Montageeinheit eines Blindniets gemäß Patentanspruch 5. Danach ist vorgesehen, dass der Blindniet eine Niethülse mit einem darin als Schraube ausgebildeten Nietdorn aufweist. Die Schraube greift bereits mit einem Gewinde in die Niethülse ein, so dass beim Setzverfahren durch das translatorische Ziehen ein Krafteintrag in der Niethülse erfolgen kann. Die Schraube ist hierbei derart ausgebildet, dass beim Festdrehen der Schraube ein möglichst hoher Anteil der aufgewandten Kraft in eine translatorische Komponente für eine evtl. noch erforderliche Restumformung zur Ausbildung des Schließwulstes und zur Erzeugung der gewünschten Vorspannung umgesetzt wird. Hierzu weist das Schraubengewinde eine unrunde Querschnittsgeometrie auf. Alternativ oder in Kombination weist eine dem Schraubenkopf zugewandte Flanke des Schraubengewindes einen kleineren Flankenwinkel als die dem Schraubenkopf abgewandte Flanke auf.

Das zumindest im Teilbereich der Schraubenspitze unrund ausgebildete Schraubengewinde ist vorzugsweise mit einer trilobularen Querschnittsfläche versehen. Unter unrund und insbesondere unter trilobular wird hierbei insbesondere ein von der Kreisform abweichender, unrunder Querschnitt verstanden, dessen Außenumfangslinie sich aus einzelnen Teilstücken zusammensetzt, die nicht entlang einer Kreislinie verlaufen. Dabei sind bevorzugt drei Schultern gebildet, die um 120° drehversetzt zueinander angeordnet sind. Insbesondere weist die unrunde Querschnittsfläche eine einheitliche Querschnittsdicke auf, d.h. alle durch den Mittelpunkt verlaufenden Linien haben die gleiche Länge. Durch die unrunde Ausgestaltung greift daher immer nur ein Teilbereich des Schraubengewindes in die Niethülse ein und es besteht kein vollumfänglicher Eingriff. Durch diese Maßnahme ist sowohl die radiale Kraftkomponente als auch die zu überwindende Reibungskraft gering gehalten. Insbesondere bei der Verwendung einer gewindeschneidenden oder gewindefurchenden Schraube wird hierbei das sogenannte Furchmoment, also das aufzubringende Drehmoment für die Ausbildung der Gewindegänge, gering gehalten.

Im Hinblick auf die unterschiedlich ausgebildeten Flankenwinkel weist die dem Schraubenkopf zugewandet Flanke vorzugsweise einen Flankenwinkel im Bereich von etwa 10° bis etwa 20°, speziell von etwa 15° auf. Der Flankenwinkel der dem Schraubenkopf abgewandten Flanke liegt demgegenüber etwa im Bereich von 35° bis 45°, speziell bei 40°. Durch diese Maßnahme wird eine unerwünschte Aufweitung der Niethülse zumindest weitgehend vermieden und zudem kann mit einer derartig ausgebildeten Schraube eine große Vorspannung beim Setzvorgang erzeugt werden. Diese Vorteile werden aufgrund des vergleichsweise flachen Flankenwinkels der zum Schraubenkopf hin orientierten Flanke erzielt. Durch diese flache Ausgestaltung wird ein Großteil des aufgebrachten Drehmoments in eine translatorische Kraftkomponente umgewandelt. Die unterschiedlichen Flankenwinkel wirken sich zudem günstig auf die auftretenden Reibungskräfte aus, so dass die Verdrehbelastung insbesondere der Niethülse beim Setzvorgang gering ist.

Zweckdienlicherweise verjüngt sich das Gewinde zu der Gewindespitze hin konisch. Vorzugsweise verjüngt sich die Niethülse 4 ebenfalls zu ihrem Ende hin konisch. Durch diese doppelte Verjüngung wird beim Eindrehen der Schraube einem radialen

Aufweiten der Niethülse effektiv entgegengewirkt. Das aufgebrachte Drehmoment wird somit zu einem großen Anteil in eine translatorische Kraftkomponente umgesetzt, so dass ein möglichst hoher Betrag des aufgebrachten Drehmoments für den Umformvorgang bzw. zur Erzeugung der Vorspannung zur Verfügung steht.

Die Schraube ist zweckdienlicherweise als eine gewindefurchende Schraube ausgebildet. Hierdurch ist im Unterschied zu metrischen Gewinden keine weitere Sicherungsmaßnahme gegen ein ungewolltes Lösen der Schraube notwendig. Das Schraubengewinde liegt daher weitgehend spielfrei oder vollkommen spielfrei im Gewindebereich der Niethülse an.

Zur Ausbildung des Gewindebereichs der Niethülse wird vorzugsweise derart vorgegangen, dass zunächst die Schraube in die Niethülse eingesteckt und dass anschließend die Niethülse im Gewindebereich in das Schraubengewinde gepresst wird, so dass ein Gewinde in die Innenwandung der Niethülse eingeformt wird. Die Schraube ist hierdurch in der Niethülse gegen ein Herausfallen gesichert. Das Anpressen wird hierbei bevorzugt über einen Walzvorgang vorgenommen. Alternativ hierzu wird die Hülse auf das Gewinde aufgequetscht, indem segmentartig ausgebildete Presselemente radial gegen die Hülse gepresst werden.

Um eine möglichst gute mechanische Stabilität der Verbindung insbesondere auch bei einer Scherbeanspruchung zu gewährleisten ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein insbesondere gewindefreier Bund unterhalb des Schraubenkopfes an den Innendurchmesser der Niethülse angepasst. Die Schraube weist also im so genannten Klemmbereich, in dem die zu verbindenden Bauteile geklemmt sind, einen verdickten Bund auf. Der Außendurchmesser des Bundes entspricht dabei insbesondere dem Außendurchmesser des sich an den Bund anschließenden Gewindes. Der gewindefreie Bund ist dabei derart ausgebildet, dass beim Einschrauben der Schraube in die Niethülse der Bund ohne Verformung der Niethülse in diese eindringt.

Zweckdienlicherweise ist der Schraubenkopf bei der Montageeinheit in der vormontierten Stellung vor dem Setzvorgang von der Niethülse beabstandet, damit das Setzwerkzeug in einfacher Weise den Schraubenkopf hintergreifen kann. Nach Beendigung des Setzvorgangs stützt sich dann der Schraubenkopf an der Niethülse ab. Zwischen der Niethülse und dem Schraubenkopf ist daher kein Bauteil geklemmt. Um ein Anziehen der Schraube zu ermöglichen, ist die Niethülse vorzugsweise verdrehsicher in der Bohrung gehalten. Hierzu weist diese im kragennahen Bereich, also insbesondere dem Klemmbereich, in dem die Niethülse in Eingriff mit den Bauteilen steht, eine mit den Bauteilen formschlüssige und insbesondere unrunde Querschnittsform auf. Alternativ oder zusätzlich ist der Kragen mit Gegenwirkungsflächen für ein Werkzeug, beispielsweise einen Schraubenschlüssel, versehen.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist die Niethülse endseitig insbesondere gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen. Hierdurch wird eine insgesamt hermetisch dichte Verbindungsanordnung ermöglicht, so dass diese Verbindungsanordnung auch für solche Fälle geeignet ist, in denen die Niethülse in einen Gasraum mit beispielsweise reaktivem Gas hineinreicht. Da die Niethülse endseitig verschlossen ist, besteht keine Gefahr, dass das Gas in die Niethülse eindringen und ggf. zu einer Schwächung der Nietverbindung führen kann.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung weist die Niethülse einen Verformungsbereich für die Ausbildung des Schließwulstes auf, dessen Festigkeit sich in Richtung der Längsausdehnung der Niethülse verändert. Insbesondere verringert sich die Festigkeit im Verformungsbereich in Richtung zum Kragen stetig. Hierdurch wird ein sicheres und zuverlässiges Klemmen auch unterschiedlicher Bauteildicken ermöglicht. Der von dem Blindniet bereitgestellte Klemmbereich ist daher variabel.

Um die Belastung des Kragens der Niethülse beim Anziehen der Schraube möglichst gering zu halten, ist in einer bevorzugten Weiterbildung zwischen dem Schraubenkopf und der Niethülse eine Gleitscheibe angeordnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:

Fig. 1 eine Darstellung einer im Folgenden als Schraubblindniet bezeichneten

Blindniet-Montageeinheit im ungesetzten Zustand, Fig. 2 eine Blindnietverbindung mit zwei mit dem Schraubblindniet verbundenen

Bauteile, Fig. 3A,B,C Darstellungen zur Illustration der Ausbildung des Gewindebereichs der

Niethülse, Fig. 4 eine Ausführungsvariante des Schraubblindniets mit einer Gleitscheibe und einer geschlossenen Niethülse, Fig. 5A,B Ausführungsvarianten mit einer erhöhten Wandstärke der Niethülse im

Gewindebereich, Fig. 6A,B Ausführungsvarianten mit einem verbreiterten Bund der Schraube, Fig. 7A-D Ausführungsvarianten mit unterschiedlichen Geometrien für eine verdrehsichere Anordnung der Niethülse in den Bauteilen, Fig. 8 eine Schraube mit unterschiedlichen Flankenwinkeln und

Fig. 9A,B eine gewindefurchende Schraube in einer Querschnitts- bzw.

Seitenansicht.

Gemäß Fig. 1 umfasst der Schraubblindniet 2 eine Niethülse 4, in der ein als Schraube 6 ausgebildeter Nietdorn eingesteckt ist. Die Niethülse 4 weist an ihrem einen Ende einen etwa ringförmigen Kragen 8 und daran anschließend einen Klemmbereich 10, einen Verformungsbereich 12 und einen Gewindebereich 14 auf. Die Schraube 6 umfasst einen halbrunden Schraubenkopf 16 sowie einen Schraubenschaft, welcher gebildet ist durch einen gewindefreien Bund 18 und ein sich daran anschließendes Schaftteil mit einem Gewinde 20. Das Gewinde 20 steht im Gewindebereich 14 mit der Niethülse 4 im Eingriff, d.h. im Gewindebereich 14 sind Gewindegänge im Hülsenmaterial eingeformt. Die Niethülse 4 weist im Gewindebereich 14 eine erhöhte Wandstärke aufweist. Und zwar ist an der Innenoberfläche der Niethülse 4 im Übergang vom Verformungsbereich 12 zum Gewindebereich 14 eine Materialstufe angeordnet.

Der Schraubenkopf 16 ist als Flachkopf mit in etwa linsenförmiger Querschnittsgeometrie mit einer Werkzeugaufnahme ausgebildet, die insbesondere für einen Innensechsrund-Kraftangriff mit einem Innenkant-Schraubenschlüssel vorgesehen ist. Der Schraubenkopf 16 weist an seiner Unterseite einen deutlich größeren Durchmesser als die Niethülse 4 auf, so dass der Schraubenkopf 16 diese großflächig überdeckt. Die Überdeckung beträgt hierbei auf beiden Seiten der Schraubenlängsachse vorzugsweise etwa die Hälfte des Radius des Schraubenkopfes an dessen Unterseite, wie beispielsweise aus den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist. Durch die große Kopfauflagefläche wird eine hohe Flächenpressung ermöglicht. Durch die Ausbildung als Flachkopf ist zudem eine geringe Bauhöhe erreicht, so dass insgesamt ein nur geringer Bauraum beansprucht wird. Der Schraubenkopf 16 ist gemäß den Ausführungsbeispielen zudem als Kombi-Schraubenkopf mit einer angeformten Scheibe ausgebildet, welche die Unterseite des Schraubenkopfs bildet.

Der Schraubenkopf 16 ist mit seiner Unterseite von der Oberseite des Kragens 8 beabstandet. Der Schraubblindniet 2 wird in dieser Ausgestaltung als vormontierte Einheit einer Blindniet-Setzvorrichtung zugeführt.

Beim Verbinden von zwei oder mehr Bauteilen 22A.B wird der Schraubblindniet 2, also die vormontierte Einheit, bestehend aus der Niethülse 4 und der darin eingeschraubten Schraube 6, zunächst durch eine gemeinsame Bohrung der Bauteile 22A,B gesteckt, bis er mit dem Kragen 8 auf der Oberseite des oberen Bauteils 22A zum Aufliegen kommt. Der Kragen 8 ist hierbei an seiner Unterseite im Querschnitt gesehen leicht S- förmig und nicht eben ausgebildet, so dass er lediglich mit seinem äußeren Randbereich flächig auf dem oberen Bauteil 22A unter Einschluss eines ringartigen Freiraums 24 zum Aufliegen kommt.

Zur Ausbildung des Schließwulstes wird der Schraubenkopf 16 zunächst von einem hier nicht näher dargestellten Setzwerkzeug gegriffen und in Längsrichtung der Niethülse 4 und entgegen der Setzrichtung in Richtung des Pfeils 27A gezogen. Das Setzwerkzeug stützt sich hierbei vorzugsweise am Kragen 8 ab. Durch den Eingriff des Gewindes 20 im Gewindebereich 14 in das Hülsenmaterial der Niethülse 4 und durch die translatorische Bewegung entlang des Pfeils 27A wird die Niethülse 4 gestaucht. Im Umformbereich 12 bildet sich der Schließwulst 26 aus. Vorzugsweise nimmt die Festigkeit im Verformungsbereich in Richtung zum Kragen 8 hin stetig ab. Dadurch wird erreicht, dass auch unterschiedliche Bauteildicken problemlos gehandhabt werden können. Denn durch die abnehmende Festigkeit zum Kragen 8 hin wird sich der Schließwulst 26 zunächst in den Bereichen geringerer Festigkeit und damit immer in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des unteren Bauteils 22B ausbilden. Die unterschiedlichen Festigkeitswerte der Niethülse werden bei gleichbleibender Wandstärke beispielsweise durch eine definierte Wärmebehandlung erzielt, insbesondere ein bereichsweises Glühen mit definiertem Abkühlen.

Im Anschluss an diese translatorische Bewegung entlang des Pfeils 27A, also insbesondere nach Beendigung der Hülsenumformung, wird die Schraube 6 eingedreht, bis der Schraubenkopf 16 bündig auf dem Kragen 8 aufliegt. Durch das Eindrehen und Festziehen der Schraube 6 bis zu einem vorbestimmten Drehmoment wird diese in der Niethülse 4 fest gehalten und die Vorspannung gesichert. Der Setzvorgang setzt sich also aus einer translatorischen (Pfeil 27A) sowie einer rotatorischen Komponente (Pfeil 27B) zusammen. Diese beiden Bewegungen erfolgen hierbei unmittelbar nacheinander. Durch das Ziehen mit dem Setzwerkzeug am Schraubenkopf 16 können sehr hohe Zugkräfte und damit sehr hohe Umformkräfte zur Hülsenfaltung aufgewandt werden. Ein besonderer Vorteil des Setzvorgangs ist darin zu sehen, dass er einstufig erfolgt, und zwar in dem Sinn, dass der Schraubblindniet 2 lediglich durch die gemeinsame Bohrung der beiden Bauteile 22A,22B hindurchgeführt und diese anschließend ausschließlich durch Betätigung der Schraube 6 miteinander vernietet werden.

Zur Durchführung des Setzvorgangs wird bevorzugt ein einheitliches Kombinations- Setzwerkzeug verwendet, mit dem sowohl die translatorische als auch die rotatorische Bewegung aufgewandt wird. Als Setzwerkzeug wird hier insbesondere ein angepasstes Schraubendrehwerkzeug herangezogen. Derartige Schraubendreher sind nämlich in der Regel bereits auch mit einer axialen Vorschubfunktion zur automatischen Zuführung einer Schraube ausgebildet. Diese Vorschubfunktion wird zweckdienlicherweise in abgewandelter Form für das translatorische Ziehen der Schraube 6 des Schraubblindniets 2 herangezogen.

Bei der Blindnietverbindung mit dem Schraubblindniet 2 sind die Bauteile 22A,B unmittelbar zwischen dem Kragen 8 und dem Schließwulst 26 geklemmt. Die Schraube 6 verbleibt nach dem Setzvorgang wie bei einem herkömmlichen Blindniet als Restdorn in der Niethülse 4. Hierdurch ist eine dauerfeste und hoch beanspruchbare Blindnietverbindung ausgebildet. Die Verbindung mit dem Schraubblindniet 2 hat die wesentlichen Vorteile, dass der Nietdorn nicht abreißt, dass keine Entsorgung eines Restdorns erfolgt und dass insbesondere eine einfache automatische Überwachung insbesondere Drehmomentüberwachung möglich ist. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist, dass der einfache einstufige Setzvorgang eines herkömmlichen Blindniets erhalten bleibt, dass also die beiden Bauteile 22A.B in einem einzigen Arbeitsschritt miteinander verbunden werden können. Wie bei einem herkömmlichen Blindniet wird der Schraubblindniet 2 nämlich ebenfalls insbesondere automatisch dem vorzugsweise kombinierten Zug- und Schraub- Setzwerkzeug zugeführt. Dieses wird lediglich an die gemeinsame Bohrung der zu verbindenden Bauteile 20A.B gesetzt, um diese durch Ziehen und Drehen der Schraube 2 in einem einzigen Arbeitsschritt miteinander zu verbinden.

Im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige und einfache Ausgestaltung des Schraubblindniets 2 wird der Gewindebereich 14 dadurch ausgebildet, dass die

Schraube 6 zunächst in einen hohlzylindrischen Nietschaft der Niethülse 4 eingeführt wird. Anschließend wird der Hülsenschaft endseitig im Gewindebereich 14 durch einen Walzvorgang gegen das Gewinde 20 der Schraube 6 gepresst. Hierbei werden im Gewindebereich 14 Gewindegänge in das Hülsenmaterial der Niethülse 4 eingeformt (Fig. 3A.3B). Anstelle eines Walzvorgangs wird alternativ der Hülsenschaft endseitig durch radiales Anpressen von zwei oder mehreren Anpresssegmenten 29 verformt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3C sind über den Umfang der bei dieser Variante unrunden Niethülse 4 insgesamt vier Anpresssegmente 29 dargestellt, die jeweils in Pfeilrichtung auf die Niethülse 4 verfahren werden und diese gegen das Gewinde 20 pressen oder quetschen. In dieser Aufsicht nach der Fig. 3C ist auch sehr gut die Aufnahme für einen Innenkant-Schraubenschlüssel zu erkennen.

Um das Gewinde 20 in Eingriff mit dem Hülsenmaterial zu bringen, wird gemäß einer alternativen Variante in das Hülsenmaterial ein Gewinde eingeschnitten, insbesondere mit Hilfe einer gewindeschneidende Schraube 6. Dies erfolgt bevorzugt bereits bei der Vormontage des Schraubenblindniets 2. Gemäß Fig. 4 ist zwischen dem Schraubenkopf 16 und dem Kragen 8 eine Gleitscheibe 28 vorgesehen. Diese reduziert die beim Anziehen der Schraube 6 vom Schraubenkopf 16 auf den Kragen 8 übertragenen Reibkräfte. Weiterhin ist in Fig. 4 eine Ausführungsvariante mit einer geschlossenen Niethülse 4 dargestellt, die in etwa topfförmig mit einem unteren Boden 30 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsvariante mit der geschlossenen Niethülse 4 kommt die Schraube 6 daher nicht in Kontakt mit der Umgebung unterhalb des unteren Bauteils 22B. Die Schraube 6 ist hermetisch abgedichtet.

Gemäß den weiteren Ausführungsvarianten nach den Figuren 5A und 5B weist die Niethülse 4 im Gewindebereich 14 eine erhöhte Wandstärke auf, wobei an der Innenseite der Niethülse 4 ein Absatz gebildet ist. Die zunächst hohlzylindrische Niethülse 4 (Fig. 5A) wird durch den zur Fig. 3B beschriebenen Walzvorgang in eine konisch verlaufende Form umgewandelt, so dass im Gewindebereich 14 das Gewinde 20 in die Niethülse 4 mit der erhöhten Wandstärke eingepresst wird. Bei dieser Ausführungsvariante nimmt der Außenquerschnitt der Niethülse 4 im Bereich des Nietschafts zum Kragen 8 hin kontinuierlich zu.

Bei der Ausführungsvariante gemäß den Figuren 6A.6B ist neben der erhöhten Wandstärke im Gewindebereich 14 auch der Bund 18 verbreitert. Der

Außendurchmesser des Bundes 18 entspricht dabei in etwa dem Außendurchmesser des Gewindes 20 und der Bund 18 liegt in etwa bündig in der Niethülse 4 ein. Auch hier wird das Gewinde 20 durch den Walzvorgang in das Hülsenmaterial im Gewindebereich 14 eingepresst. Aufgrund des breiten Bundes 18 weist die Niethülse 4 nunmehr im unteren Bereich eine sich stetig verbreiternde konische Ausgestaltung und im Bereich des Bundes 18 eine zylindrische Ausgestaltung auf.

Wie aus den Figuren 7A bis 7D zu entnehmen ist, hat die Niethülse 4 im Klemmbereich 10 unterhalb des Kragens 8 eine unrunde Querschnittsgeometrie, beispielsweise eine elliptische Geometrie (Fig. 7A), eine Geometrie mit abgeflachten Seiten (Fig. 7B) oder eine mehreckige, insbesondere sechseckige Geometrie (Fig. 7C). Aufgrund dieser Geometrie liegt die Niethülse 4 formschlüssig in den zu verbindenden Bauteilen 22 ein und ist somit in diesen verdrehsicher gehalten, so dass problemlos ein Anzugsdrehmoment ausgeübt werden kann, ohne dass sich die Niethülse 4 mitdreht. Der formschlüssige Sitz der Niethülse 4 wird beispielsweise durch Einpressen und Umformen der zunächst kreisrunden Bohrung in den Bauteilen 22A.B erreicht.

Um beim Setzvorgang möglichst geringe Verdrehkräfte auf die Niethülse 4 zu übertragen weist das Gewinde 20 eine wenig Reibung erzeugende Geometrie auf, wie sie der Figur 8 zu entnehmen ist. Danach ist vorgesehen, dass der Flankenwinkel α einer dem Schraubenkopf 16 zugewandten Flanke 32A geringer ist als der Flankenwinkel ß der zweiten, dem Schraubenkopf 16 abgewandten Flanke 32B. Der Flankenwinkel α, ß ist dabei gebildet durch den Winkel, den die jeweilige Flanke 32A, B zu einer Linie einschließt, die eine Senkrechte zu der Schraubenlängsachse bildet. Die Flankenwinkel , ß betragen hierbei gemäß dem Ausführungsbeispiel etwa 15° bzw. 45°.

In den Fig. 9A, 9B ist eine gewindefurchende Schraube 6 dargestellt, deren Gewinde 20 eine unrunde, insbesondere triolobulare Querschnittsgeometrie mit drei jeweils um 120° drehversetzt angeordnete Schultern 34 aufweist (Fig. 9A). Weiterhin verjüngt sich der Außenumfang des Gewindes zur Gewindespitze 36 hin, um ein einfaches Einführen zu ermöglichen. Durch die unrunde Querschnittsgeometrie steht jeweils nur ein Teilbereich des Gewindes 20 mit dem Hülsenmaterial im Eingriff. Demnach sind die aufzubringenden Kräfte, also das aufzubringende Drehmoment beim Eindrehen der Schraube 6, insbesondere beim Gewindefurchen, gering gehalten. Mit der gewindefurchenden Schraube 6 wird das Gewinde in die Niethülse 4 eingeschnitten. Die gewindefurchende Schraube wird zweckdienlicherweise auch bei der Ausführungsvariante verwendet, bei der die Gewindegänge durch Walzen oder Anpressen der Niethülse in die Niethülse eingeschnitten werden.

Im Hinblick auf das Ziel, beim Eindrehen der Schraube einen möglichst großen Anteil des aufgebrachten Drehmoments in eine translatorische Komponente in Richtung der Schraubenlängsachse umzusetzen und nicht in eine radiale Kraftkomponente oder zur Überwindung von Reibungskraft, ist von besonderem Vorteil, dass die Höhe der Gewindegänge der Schraube 6 zur Gewindespitze 36 hin abnehmen. Zweckdienlicherweise läuft die Niethülse 4 in ihrem Gewindebereich 14 ebenfalls konisch zu, wie beispielsweise in den Fig. 5B und 6B dargestellt ist. Durch die doppelkonische Ausbildung sowohl des Gewindes 20 als auch der Niethülse 4, die sich also beide zu ihrem Ende hin verjüngen, wird der radialen Ausweichbewegung der Niethülse 4 beim Einschrauben der Schraube effektiv entgegengewirkt.

Bezugszeichenliste

Schraubblindniet

Niethülse

Schraube

Kragen

Klemmbereich

Verformungsbereich

Gewindebereich

Schraubenkopf

Bund

Gewinde A oberes Bauteil B unteres Bauteil

Freiraum

Pfeil

Schließwulst A.B Pfeil

Gleitscheibe

Anpresssegment

Boden A.B Flanken

Schulter

Gewindespitze

ß Flankenwinkel

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Vernieten zumindest zweier Bauteile (22A.B) mit einem Blindniet (2), der eine Niethülse (4) und einen in der Niethülse (4) verbleibenden Nietdorn umfasst, der als eine Schraube (6) ausgebildet ist, die mit einem Gewinde (20) in die Niethülse (4) eingreift, wobei der Blindniet (2) durch eine gemeinsame Bohrung der Bauteile (22A.B) geführt und anschließend in einem Verformungsbereich (12) das Hülsenmaterial der Niethülse (4) zu einem Schließwulst (26) verformt wird, so dass die Bauteile (22 A,B) zwischen dem Schließwulst (26) und einem Kragen (8) des Blindniets (2) geklemmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Schließwulstes (26) mit Hilfe eines Setzwerkzeugs die Schraube (6) zunächst translatorisch gezogen und anschließend durch eine Rotationsbewegung angezogen wird

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem translatorischen Ziehen der Schließwulst zumindest weitgehend vollständig ausgebildet ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Setzvorgang des Blindniets (2) automatisch überwacht und die Überwachung insbesondere zentral erfasst wird.

Vormontierte Montageeinheit eines Blindniets (2) mit einer Niethülse (4) und einem darin angeordneten Nietdorn, der als eine Schraube (6) mit einem Schraubenkopf (16) ausgebildet ist, die mit einem Gewinde (20) in die Niethülse (4) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubengewinde (20) eine unrunde Querschnittsgeometrie aufweist und / oder dass das Schraubengewinde (20) eine dem Schraubenkopf (16) zugewandten Flanke (32A) und eine dem Schraubenkopf (16) abgewandte Flänke (32B) umfasst, wobei die dem Schraubenkopf zugewandte Flanke (32A) einen kleineren Flankenwinkel (α) als die abgewandte Flanke (32B) aufweist.

5. Blindniet (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubengewinde (20) eine trilobulare Querschnittsgeometrie aufweist.

6. Blindniet (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Schraubenkopf zugewandte Flanke (32A) einen kleineren Flankenwinkel (α), insbesondere im Bereich von 10° - 20°, speziell 15°, als die dem Schraubenkopf abgewandte Flanke (32B) aufweist, deren Flankenwinkel (ß) insbesondere im Bereich von 35° - 45°, speziell bei 40° liegt.

7. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (20) sich konisch verjüngt und / oder dass die Niethülse (4) sich zu ihrem dem Kragen (8) gegenüberliegenden Ende konisch verjüngt.

8. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube eine gewindefurchende Schraube (6) ist.

9. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Niethülse (4) zur Ausbildung eines Gewindebereichs (14) in das Schraubengewinde (20) gepresst ist.

10. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (6) unterhalb des Schraubenkopfes (16) einen gewindefreien Bund (18) aufweist, der an den Innendurchmesser der Niethülse (4) angepasst ist.

11. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (16) der Schraube (6) in der vormontierten Stellung von der Niethülse beabstandet ist und sich im gesetzten Zustand an der Niethülse (4) abstützt.

12. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Niethülse (4) verdrehsicher in den Bauteilen (22 A, B) gehalten ist.

13. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Niethülse (4) endseitig verschlossen ist.

14. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Niethülse (4) einen Verformungsbereich (12) aufweist, dessen Festigkeit sich in Richtung zum Kragen (8) insbesondere stetig verringert.

15. Blindniet (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schraubenkopf (16) und der Niethülse (4) eine Gleitscheibe (28) angeordnet ist.