Verschlusselement zum Verschließen und Abdichten innendruckbe- anspruchter Bohrungen

Gegenstand der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verschlusselement zum Verschließen und Abdichten innendruckbeanspruchter Bohrungen.

Stand der Technik

Ein selbststopfender Blindniet mit geschlossenem Ende zum Verbinden zweier Werkstücke und zum Abdichten einer für diese Verbindung verwendeten Öffnung in den beiden Werkstücken ist aus der EP 0 536 957 Bl, in deutscher Übersetzung veröffentlicht als DE 692 10 162 T2 bekannt. Beim Verformen eines zusammenfaltbaren Abschnitts eines Schaftes des Blindniets durch Ausbeulen und Falten erfolgt ein Füllen der Öffnung in dem Werkstück. Der Stielkopf des Blindniets reißt an einer

Sollbruchstelle ab und verbleibt im gesetzten Niet. Nachteilig ist hierbei, dass kein Gewinde breitgestellt werden kann.

Aus der EP 0 305 868 ist ein Blindniet mit einem Verformungsabschnitt und einem Gewindeabschnitt mit Innengewinde bekannt, bei dem die Wandstärke des Verformungsabschnitts ausgehend vom Gewindeabschnitt konisch verringert ist. Dadurch kann der Blindniet bei unterschiedlich dicken Bauteilen eingesetzt werden. Nachteilig ist hierbei, dass keine Abdichtung erfolgt.

Aus der EP 0 494 747 AI ist ein Blindniet mit einem Verfor- mungsabschnitt und einem Gewindeabschnitt mit Innengewinde bekannt, bei dem die Wandstärke des Gewindeabschnitts gegenüber der Wandstärke des Verformungsabschnitts deutlich größer ist, um eine Verformung des Gewindes beim Setzen des Niets zu verhindern. Nachteilig ist hierbei, dass keine Abdichtung erfolgt. Aus der DE 36 23 123 ist bekannt, einen Blindniet mit einem an einer Stange befindlichen Stopfen vorzusehen, der mit einem konischen Abschnitt in einen zylindrischen Schaft des Blindniets eindringt und radial expandiert. Nachteilig ist hierbei, dass das Bauteil mehrteilig ist und dass kein Gewinde breitgestellt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Blindniet bereitzustellen, der bei geringer Bauteilanzahl sowohl ein Gewinde aufweist als auch eine Abdichtung ermöglicht. Darstellung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Blindnietmutter zum Einbringen in eine Öffnung eines oder mehrerer Bauteile weist einen hohlen Schaft mit einem vorderen Ende zum Ansetzen eines Montagewerkzeugs und mit einem hinteren Ende zum Einbringen in und/oder Durch- führen durch die Öffnung auf. Der Schaft weist einen Verformungsabschnitt mit einer ersten Wandstärke tl und einen daran anschließenden Gewindeabschnitt mit einer zweiten Wandstärke t2 größer als die erste Wandstärke tl auf und der Gewindeabschnitt ist mit einem Innengewinde versehen. Der Schaft weist im Bereich des Gewindeabschnitts und/oder des Verformungsabschnitts eine Sollbruchstelle auf, die bezüglich ihrer Lage und ihrer Ausrichtung so ausgebildet ist, dass beim Spannen des Schafts in axialer Richtung nach dem Bruch an der Sollbruchstelle ein Eintauchen des Gewindeabschnitts in den Ver- formungsabschnitt erfolgt.

Die Besonderheit dieser Blindnietmutter ist es, dass der

Schaft aus einem zylindrischer Grundkörper mit einem Verformungsabschnitt und einem damit einstückig verbundenen Gewindeabschnitt besteht, welcher als Spreizkörper wirkt. Durch eine plastische Verformung des Verformungsbereichs nach radial außen beim Zusammenschieben und Eintauchen des als Spreizkörper wirkenden Gewindeabschnitts wird ein radialer Druck auf die Innenwand der Bohrung oder Öffnung ausgeübt, wodurch die Bohrung oder Öffnung abgedichtet ist. Damit wirkt die Blindnietmutter nach Art eines Verschlusselements. Dieses Verschlusselement kann aus verschiedenen Werkstoffen bestehen und in unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt werden.

Ebenfalls kann das Verschlusselement zu Reparaturzwecken eingesetzt werden. Versehentlich falsch gebohrte Löcher können abgedichtet und gleichzeitig für eine kleinere Schraube genutzt werden. Ein Vorteil dieser Blindnietmutter besteht darin, dass bei der Montage der Blindnietmutter, im Vergleich zur Montage eines Blindniets, kein Abfallprodukt entsteht.

Die Eigenschaften der Erfindung können auch genutzt werden um ein Gewinde, wie ein in vorhandenen größeren Bohrungen zu erzeugen. Dabei kann beispielsweise ein Dübelsystem mit einem beliebigen Gewinde, wie beispielsweise einem metrischen Gewinde oder einem Zollgewinde verwendet werden.

Dies ermöglicht, dass man sämtliche Bauteile beispielsweise mit einer herkömmlichen metrischen Schraube befestigen kann. Ebenfalls umfasst diese Erfindung ein Werkzeug zur Demontage des Verschlusselementes ohne die Eigenschaften der vorhandenen Bohrung zu verletzen.

Je nach Anforderung kann der Verformungsabschnitt der Blindnietmutter als Dichtkörper radiale Rillen aufweisen. Diese dienen dazu das verdrängte Material aufzunehmen. Da Toleranzen beim Fertigungsprozess der Blindnietmutter entstehen, aber natürlich auch die abzudichten Bohrung Fertigungstoleranzen aufweist, dienen die radialen Rillen dazu beim Verformen

Material aufnehmen, das durch Passungenauigkeiten entsteht. Falls die Bohrung zu eng sein sollte, baut der Gewindeabschnitt als Spreizkörper im Verformungsabschnitt als Dichtkörper einen solch hohen Druck auf, dass der Verformungsvorgang nicht komplett beendet werden kann. Die Rillen können etwas Druck abbauen, indem sie sich verformen und Material aufnehmen. Wenn man sich die Rillen nach dem kompletten Verformungs- prozess anschaut, sind diese wieder flach und mit Material gefüllt.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die Blindnietmutter vor der Montage im Schnitt AA aus

Fig. 2; Fig. 2 die Blindnietmutter aus Fig. 1 in Draufsicht Fig. 3 ein Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 4A-C verschiedene weitere Ausführungsmöglichkeiten in

Detailansicht ;

Fig. 5A-G den Ablauf der Montage; Fig. 6 den Ablauf der Demontage.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verschlusselement zum dichtenden Verschließen von Bohrungen in unterschiedlichsten Einsatzbereichen. Dieses Verschlusselement eignet sich für unterschiedlichste Durchmesser- und Druckbeanspruchungen.

In Fig. 1 ist eine Blindnietmutter 1 zum Einbringen in eine Öffnung eines oder mehrerer Bauteile vor der Montage dargestellt aufweisend, wobei die Blindnietmutter 1 im vorliegenden Fall als ein Verschlusselement für eine Bohrung oder für eine Öffnung in einem Werkstück verwendet wird. Das Blindnietmutter 1 besteht aus einem hohlen Schaft 2, der aus einem Stück geformt ist. Die Blindnietmutter 1 weist dabei ein vorderes Ende 3 zum Ansetzen eines Montagewerkzeugs und mit einem hinteren Ende 4 zum Einbringen in und/oder Durchführen durch die Öffnung, wobei der Schaft 2 des vorderen Endes 3 einen Verformungsabschnitt 5 mit einer ersten Wandstärke tl und einen daran anschließenden Gewindeabschnitt 6 mit einer zweiten Wandstärke t2 größer als die erste Wandstärke tl aufweist, wobei der Gewindeabschnitt 6 mit einem Innengewinde 7 versehen ist. Die Blindnietmutter 1 kann verschiedene Kopfformen aufweisen, etwa, wie in Fig. 5A-G dargestellt, einen Flachkopf, aber auch einen Senkkopf mit einer am Kopf angeordneten, sich zum Ende des Kopfes hin aufgeweiteten Fase. Die Blindnietmutter 1 kann auch ohne einen Kopf ausgeführt sein, wie in Fig. 1 dargestellt.

Um das Verschlusselement in einer vorhandenen Bohrung, siehe Fig. 5c, richtig zu platzieren-, befindet sich an dem vorderen Ende des Schafts eine sich nach außen verbreiternde Fase 8. Mit Hilfe dieser Fase 8 ist es möglich, das Verschlusselement 1 in der Bohrung zu zentrieren.

Da der Außendurchmesser der Blindnietmutter 1 kleiner sein muss, als das zu verschließende Loch, kann über eine Fase 8 die gleichmäßige Ausformung des Verformungsabschnittes gewährleistet werden. Die Fase 8 sorgt für das zentrierte Einführen. Mit dem Beginn des Setzprozesses wird ein Druck auf die Blindnietmutter 1 erzeugt und die Fase 8 gleichmäßig in die Bohrung gedrückt und dadurch zentriert sich das gesamte Element.

Teile der Fase 8 bzw. des Verformungsabschnittes 5 können nach dem Setzvorgang auch noch oberhalb der Bohrung überstehen. Bei einem Senkkopf kann auf eine Fase 8 verzichtet werden.

Zusätzlich kann die Fase 8 sich beim Umformprozess der Blindnietmutter 1 an die Geometrie der Bohrung anpassen und somit zusätzlich abdichten.

In das Innengewinde 7 wird ein Gewindedorn geschraubt, der an einem Montage- und Demontagewerkzeug vorhanden ist und später beschrieben ist. Der Schaft 2 weist im Bereich des Gewindeabschnitts 6 und/oder des Verformungsabschnitts 5 eine Sollbruchstelle 9 auf, die bezüglich ihrer Lage und ihrer Ausrichtung so ausgebildet ist, dass beim Spannen des Schafts 2 in axialer Richtung nach dem Bruch an der Sollbruchstelle 9 ein Eintauchen des Gewindeabschnitts 6 in den Verformungsabschnitt 5 erfolgt.

Die Blindnietmutter 1 wird also während des Umformprozesses bei der Montage an der definierten Sollbruchstelle 9 getrennt und die getrennten Teile 5, 6 werden ineinander gezogen. An der Sollbruchstelle 9 wird also die Blindnietmutter 1 aufgetrennt und es entstehen der Funktion nach aus dem Gewindeabschnitt 6 ein Spreizkörper und aus dem Verformungsabschnitt 5 ein Dichtkörper. In diesem gesamten Vorgang wird ein Kraft-/ und Formschluss zwischen dem Gewindeabschnitt 6 und dem Verformungsabschnitt 5 erzeugt. Dieser Kraft-/ und Formschluss sorgt für den radialen Druck gegen die Innenwand der abzudichten Bohrung. Denn durch die radiale Kraft auf das Bauteil entsteht ein Kraftschluss . Beim Verformen passt sich der

Verformungsabschnitt 5 an die Geometrie der abzudichten Boh- rung an, so dass ein Formschluss entsteht.

Je nach Anforderung kann der Verformungsabschnitt 5 als Dichtkörper radiale Rillen 10 aufweisen. Diese dienen dazu das verdrängte Material aufzunehmen.

Am Gewindeabschnitt 6 ist eine Einführfase 11 vorgesehen. In Fig. 2 ist die Blindnietmutter 1 aus Fig. 1 in der Draufsicht mit einer Schnittebene A dargestellt aufweisend den Verformungsabschnitt 5 mit der Fase 8 und den Gewindeabschnitt 6 mit dem Innengewinde 7.

In Fig. 3 ist ein Abschnitt der Blindnietmutter 1 aus Fig. 1 dargestellt, wobei der Gewindeabschnitt 6 dabei einen sich an den Verformungsabschnitt 5 anschließenden Verbindungsbereich 20 der Länge L4 mit der Sollbruchstelle 9 aufweist. Der Gewin- deabschnitt 6 weist am Übergang zum Verbindungsbereich 20 eine dritte Wandstärke t3 auf. Hier ist auch zu erkennen, dass die minimale Wandstärke t4 der Sollbruchstelle 9 im Verbindungsbereich 20 kleiner als die erste Wandstärke tl des Verformungs- abschnitts 5 und kleiner als die dritte Wandstärke t3 am

Übergang zum Verbindungsbereich 20 ist.

Die Wandstärke t4 der Sollbruchstelle 9 ist dabei die kürzeste Entfernung zwischen einer Außenfläche 21 und einer Innenfläche 22 der Blindnietmutter 1, wohingegen die anderen Wandstärken tl, t2 und t3 stets in Richtung zu einer Mittelachse 23 hin gemessen werden.

Die Blindnietmutter kann auch als Verschlusselement verwendet werden, um in einem Werkstück mit einer Öffnung oder Bohrung ein Gewinde in Form eines Dübels bereitzustellen. Das Gewinde kann dabei beispielsweise ein metrisches Gewinde sein. Auf diese Weise kann beispielsweise eine handelsübliche metrische Schraube verwendet werden, um an dem Werkstück weitere Bauteile zu befestigen.

Je nach Abmessung der erforderlichen Schraube wird erwartet, dass das Verschlusselement unterschiedliche Drehmomente übertragen kann. Für eine hohe Drehmomentaufnahme kann der Mantelfläche des Verformungsabschnitts 5 eine geometrische Besonderheit beigefügt werden.

Am Gewindeabschnitt 6 ist die Einführfase 11 vorgesehen, die dazu dient, nach dem Bruch der Blindnietmutter 1 den Gewindeabschnitt 6 als gebildeten Spreizkörper in vorbestimmter Weise in den Verformungsabschnitt 5 als Dichtkörper einzuführen. Der dazu festgelegte Weg wird über das Montagewerkzeug eingestellt, das später näher beschrieben ist. Der Gewindeabschnitt 6 weist eine Verjüngung 24 auf, wobei der Gewindeabschnitt 6 an seinem Außenumfang in Richtung zum

Verformungsabschnitt 5 hin über eine Länge L3 konisch verjüngt ist. Der Konuswinkel a der Verjüngung 24 am Gewindeabschnitt 6 beträgt im dargestellten Fall 15°.

Fig. 4A-C verschiedene weitere Ausführungsmöglichkeiten der Blindnietmutter 1 in Detailansicht. In Fig. 4A weist die

Blindnietmutter 1 eine erste Verjüngung 24 mit einer ersten Sollbruchstelle 9 am Gewindeabschnitt 6 und eine zweite Verjüngung 30 mit einer zweiten Sollbruchstelle 31 auf. Beim Ziehen des Gewindeabschnitts 6 mittels eines Montagewerkzeugs bricht die Blindnietmutter 1 also an der ersten Sollbruchstel- le 9 und an der zweiten Sollbruchstelle 31. Dadurch wird die Verbindung durch Kraft- und Formschluss zwischen der gesetzten Blindnietmutter 1 und der abzudichten Bohrung verbessert.

In Fig. 4B weist die Blindnietmutter 1, wie in Fig. 1, nur eine Verjüngung 24 mit der ersten Sollbruchstelle 9 auf, wobei im Vergleich zu Fig. 1 die Sollbruchstelle 9 eine kürzere minimale Wandstärke t4 aufweist.

In Fig. 4C weist die Blindnietmutter 1 eine Verjüngung 24 mit einer Sollbruchstelle 9 auf, die im Verformungsabschnitt 5 angeordnet ist. Fig. 5A zeigt die Blindnietmutter 1 aufweisend den Verformungsabschnitt 5 und den Gewindeabschnitt 6 vor der Verbindung mit einem Montagewerkzeug 40. Als Montagewerkzeug 40 wird ein Blindnietmutternset zgerät mit Kraft-Weg-Einstellung verwendet. Für das Montagewerkzeug 40 wird zusätzlich ein spezielles Mundstück 41 und einen angepassten Gewindedorn 42 benötigt.

Fig. 5B zeigt das Einschrauben der Blindnietmutter 1 auf das Werkzeug 40 bis zum Erreichen eines Anschlags 50 am Werkzeug 40, wobei der Gewindedorn 42 in das Innengewinde 7 des Gewindeabschnitts 6 geschraubt wird. Die genaue Anpassung des Mundstückes 41 und des Gewindedornes 42 ist von den Platzverhältnissen des Anwendungsfalls und von der Kopfgeometrie der Blindnietmutter 1 abhängig. Fig. 5C zeigt, wie das Werkzeug 40 mit der Blindnietmutter 1 an ein Werkstück 60 gehalten wird, um die Blindnietmutter 1 in eine Öffnung oder Bohrung 61 im Werkstück 60 einzuführen. Das Werkstück 60 kann auch mehrlagig sein, wobei die Öffnungen der mehreren Lagen übereinanderliegen .

Fig. 5D zeigt das Einführen der Blindnietmutter 1 in die

Bohrung 61, wobei zu erkennen ist, dass die Blindnietmutter 1 einen geringeren Durchmesser als die Bohrung 61 aufweist und somit ein Spalt 62 vorhanden ist. Die Fase 8 sorgt für das zentrierte Einführen. Mit dem Beginn des Setzprozesses wird ein Druck auf die Blindnietmutter 1 erzeugt und die Fase 8 gleichmäßig in die Bohrung 61 gedrückt und dadurch zentriert sich die Blindnietmutter 1.

Es ist nicht erforderlich, dass das Werkstück 60 dicker ist als der Verformungsabschnitt 5 lang ist. Eine Sacklochbohrung muss aber mindestens die Länge der Blindnietmutter 1 aufweisen .

In Fig. 5E ist dargestellt, dass durch die Hubbewegung des Werkzeugs 40 und des mit dem Werkzeug 40 verbundenen Gewinde- abschnitts 6 dieser nach Art eines Spreizelements teilweise in den dann als Dichtelement wirkenden Verformungsbereich 5 gezogen wird, nachdem das Material der Blindnietmutter 1 an der Sollbruchstelle 9 gebrochen ist. Dadurch kommt es zu einer beginnenden plastischen Verformung des Verformungsbereichs 5. In Fig. 5F ist der Hubvorgang des Werkzeugs 40 und des Gewindeabschnitts 7 und damit auch der Verformungsvorgang beendet. Durch die Krafteinwirkung kommt der Gewindeabschnitt 6 mit einer Anschlagsfläche 70 an seiner Oberseite zur Anlage an das Mundstück 41 des Werkzeugs 41. In Fig. 5G wird das Werkzeug 40 aus der Blindnietmutter 1 herausgeschraubt und die Bohrung 61 ist nun durch den plastisch und elastisch radial verformten Verformungsabschnitt 5 gegenüber dem Werkstück 60 dicht verschlossen. Der in den Verformungsabschnitt 5 eingetauchte Gewindeabschnitt 6 ist gegenüber diesem wegen der Kraftausübung zur radialen Verformung ebenfalls dicht und verschließt mit seinem geschlossenen 5 Ende damit auch die Bohrung 61.

Für die Demontage kann dasselbe Montagewerkzeug 40 verwendet werden, wie in Fig. 5A-5F. In Fig. 6A wird dargestellt, dass das Mundstück 41 aus Fig. 5A durch eine Stützhülse 80 ausgetauscht wurde. Die Stützhülse 80 stützt sich auf dem Werkstück 10 60 ab und über den in den Gewindeabschnitt 6 der Blindnietmutter 1 eingedrehten Gewindedorn 42 wird die komplette Blindnietmutter 1 mit Verformungsabschnitt 5 und Gewindeabschnitt 6 durch einen erneuten Hub des Gewindedorns 42 aus der Bohrung 61 herausgezogen, wodurch diese wieder offen ist.