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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funktionselement zur Anbringung an einem metallischen Bauteil, ein Zusammenbauteil und ein Verfahren zur Anbringung eines Funktionselements an das metallische Bauteil.
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Funktionselemente aus Metall mit einem eine Anbringungsfläche bildenden Flansch größeren Durchmessers mit einem innerhalb der Anbringungsfläche angeordneten und sich vom Flansch weg erstreckenden Abschnitt und mit einer mittleren Längsachse sind bestens bekannt und können verschiedene Formen aufweisen. Sie werden häufig an metallischen Bauteilen wie Blechteilen angebracht.
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Zum Beispiel sind solche Funktionselemente in der Form von Einpresselementen , Stanzelementen, Nietelementen und Stanz- und Nietelementen bekannt und zwar sowohl in der Form von Schraubelementen wie Bolzenelementen und Mutterelementen sowie auch in der Form von Elementen, die eine bestimmte Funktion erfüllen, die nicht oder nicht nur auf eine Verschraubung per se beschränkt sind.
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Beispielsweise kann ein Bolzenelement anstelle eines Gewindes einen zylindrischen Schaftteil aufweisen, der zur Lagerung eines Hebels, einer Seilrolle oder eines anderen Bauteils dienen kann. Auch ein hohles Element, ähnlich einem Mutterelement, kommt in Frage, bei dem anstelle eines Gewindezylinders eine glatte Bohrung vorgesehen ist, die zur Lagerung einer Welle dient. Es sind ferner Funktionselemente bekannt, die zur Aufnahme eines eingesteckten Stiftes oder eines Clips ausgebildet sein können. Erfindungsgemäße Funktionselemente können auch zur Ausübung der entsprechenden Funktionen ausgebildet werden. Der genannte Abschnitt kann erfindungsgemäß sowohl zylindrisch als auch hohlzylindrisch aber auch polygonal, zum Beispiel quadratisch ggf. mit gerundeten Ecken oder mit einer anderen Querschnittsform, beispielsweise mit einer genuteten Querschnittsform ausgebildet werden.
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Ein Beispiel für ein Nietelement ist der europäischen Patentschrift
EP 1116891 der vorliegenden Anmelderin zu entnehmen, die eine so genannte RND-Mutter beschreibt. Das heißt, das Funktionselement ist in der genannten europäischen Patentschrift als Mutterelement ausgebildet. Dort ist der Abschnitt hohlzylindrisch und bildet einen Nietabschnitt, der nach bzw. bei der Anbringung an ein Blechteil verformt wird, um ein Nietbördel zu bilden.
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Wie oben angedeutet, können die in Frage kommenden Funktionselemente nicht nur Mutterelemente sein, sondern auch als Bolzenelemente ausgebildet werden, beispielsweise als ein Bolzenelement ähnlich dem der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
10 2004 062 391 . Der dort gezeigte Zentrierbolzen hat einen so genannten Rock, der letztendlich auch als Nietabschnitt ausgebildet ist und beim Einsetzen des Zentrierbolzens in ein Blechteil zu einem Nietbördel umgebördelt wird.
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Beispiele für ein Funktionselement in der Form eines Einpresselements mit einem polygonalen Abschnitt sind der US PS 9 957 999 bzw. der US PS 9 222 502 der vorliegenden Anmelderin zu entnehmen und eignen sich ebenfalls für die Weiterbildung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Funktionselemente vorzusehen, die mit metallischen Bauteilen bzw. mit Blechteilen verwendet werden können, welche mit dem Bauteil bzw. mit dem Blechteil eine feuchtigkeitsdichte Verbindung und/oder eine Verbindung mit einer hochwertigeren elektrischen Leitfähigkeit einhergehen. Ferner sollen die Funktionselemente imstande sein, in einer Massenfertigung verwendet zu werden, und zwar ohne dass sie beim Transport als Schuttgut Schäden erleiden, die die Funktionsfähigkeit in Frage stellen. Ferner sollen erfindungsgemäß unter Anwendung eines solchen Funktionselements Zusammenbauteile bestehend aus einem Funktionselement und einem Metallbauteil vorgesehen werden, die im Betrieb hochwertige Verschraubungen mit weiteren Bauteilen ermöglichen und zwar ohne zusätzliche komplizierte Verfahrensschritte.
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Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Funktionselement der eingangs genannten Art vorgesehen, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Lot bzw. ein Lotmittel entweder in diskreten Depots oder in Ringform an der Anbringungsfläche und/oder am Abschnitt um die Längsachse herum, vorzugsweise der Anbringungsfläche benachbart, oder in einer Rille oder in Vertiefungen in der Anbringungsfläche oder im Abschnitt benachbart zu der Anbringungsfläche angeordnet ist. Unter der Bezeichnung Lotmittel wird erfindungsgemäß ein Lot mit zugeordnetem Flussmittel verstanden.
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Das Lot bzw. das Lotmittel wird bei der Anbringung des Funktionselements an ein Bauteil bzw. an einem Blechteil entweder aufgrund der bei der Anbringung entstehenden Wärme oder bei einer anschließenden Lackierung des aus dem Funktionselement und dem Bauteil bestehenden Zusammenbauteils, bspw. während eines elektrochemischen Verfahrens, z.B. einer kathodischen Tauchlackierung (KTM) bzw. während eines nachfolgenden Einbrennverfahrens zu einer Lotverbindung zwischen dem Funktionselement und dem Bauteil umgewandelt, die eine Art Dichtung bildet und zu einem hochwertigen elektrischen Übergang zwischen dem Funktionselement und dem Bauteil führt.
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Da das Lot an Stellen des Funktionselements angebracht ist, bei denen im angebrachten Zustand am Bauteil bzw. am Blechteil nur ein enger Spalt vorliegt, muss nicht befürchtet werden, dass der Lack, der normalerweise isolierend wirkt, die Qualität der abdichtenden Lotverbindung oder der elektrischen Verbindung beeinträchtigt, da es sich erfindungsgemäß gezeigt hat, dass der Lack bei einer hochwertigen Fügeverbindung zwischen dem Funktionselement und dem Bauteil nicht in solche engen nach dem Fügeverfahren vorhandenen Spalten eindringt. Dagegen führt die Enge der Spalten zu einer ausgezeichneten Kapillarwirkung für das Lot, so dass das Lot die verbleibenden Spalten gut ausfüllt.
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Wenn hier vom Lot bzw. Lotmittel gesprochen wird, so versteht es sich, dass dieses auch ein Flussmittel enthalten kann, sofern ein Flussmittel für die Materialpaarung Funktionselement/Blechteil bei dem ausgewählten Lot notwendig ist.
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Das Lot bzw. das Lotmittel kann mittels verschiedener Verfahren auf die Funktionselemente aufgebracht werden. Bspw. kann dies mittels Walzplattierung erfolgen oder das Lotmittel kann als Lotpaste mittels eines Druckverfahrens, wie zum Beispiel eines Siebdruckverfahrens oder eines Spritzverfahrens, oder durch Eintauchen des Abschnitts bzw.des Nietabschnitts in einem flüssigen Lot oder Lotmittel auf die Funktionselemente aufgebracht werden.
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Vorzugsweise kommt ein Lot bzw. ein Lotmittel zur Anwendung, welches bei einer Temperatur unter ca. 230°C schmilzt.
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Hierdurch kann man sicherstellen, dass die Temperatur des Einbrennverfahrens für den Lack ausreicht, um das Lot zu schmelzen und die Lotverbindung herzustellen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Lot eine oder mehrere der folgenden Elemente umfasst:
- Indium - Schmelzpunkt 157°C,
- Indium und Silber, zum Beispiel 97 Gewichtsprozent Indium mit 3 Gewichtsprozent Silber - Schmelzpunkt 145°C, oder
- Indium und Wismuth, zum Beispiel 66 Gewichtsprozent In und 34 Gewichtsprozent Bi - Schmelzpunkt 72°C.
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Falls ein Flussmittel benötigt wird, wird ein herkömmliches Flussmittel verwendet, das zu dem Lot bzw. dem Metall des Funktionselements bzw. des Blechteils gewählt wird.
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Man sieht, dass die genannten Schmelztemperaturen ausreichend niedrig sind, so dass herkömmliche Einbrennverfahren ausreichen, um das Lot bzw. das Lotmittel zu schmelzen. Ferner können solche Temperaturen, insbesondere tendenziell niedrigere Temperaturen durchaus lokal entstehen, wenn das Funktionselement in einer Presse oder mittels eines Roboters mit dem Bauteil zu einem Zusammenbauteil gefügt wird. Darüber hinaus, sind solche Schmelztemperaturen ausreichend hoch, dass das Lot bzw. das Lotmittel nicht bei hohen Umgebungstemperaturen schmelzen.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn mindestens eine überschüssiges Lot aufnehmende Vertiefung im Flansch und/oder im Zylinderabschnitt ausgebildet ist. Hierdurch kann überschüssiges Lot während des Lotvorgangs entweichen. Überschüssiges Lot kann toleranzbedingt auch manchmal bei genauer Dosierung entstehen.
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Die Vertiefung kann eine Ringvertiefung sein, die radial innerhalb der Anbringungsfläche als axiale Nut im Flansch und/oder als radiale Nut im Abschnitt oder radial außerhalb der Anbringungsfläche oder diese unterbrechend angeordnet werden.
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Es können auch mehrere Vertiefungen vorgesehen werden, die innerhalb der Anbringungsfläche und um die Längsachse des Funktionselementes herum angeordnet sind, beispielsweise Vertiefungen in der Form von sich radial erstreckenden Nuten.
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Ferner kann die Anbringungsfläche erfindungsgemäß eine äußere Ringfläche und eine innere Ringfläche aufweisen, wobei ein überschüssiges Lot aufnehmende Ringvertiefung zwischen den Ringflächen vorgesehen ist.
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Wie oben erwähnt, kann es sich bei dem Funktionselement um ein Mutterelement oder ein Bolzenelement handeln, oder um ein hohles Element oder ein Element mit einem zylindrischen Vorsprung zur Aufnahme einer Welle bzw. eines Clips oder einer Lagerbuchse.
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Ein erfindungsgemäßes Zusammenbauteil besteht aus einem Funktionselement wie oben beschrieben und einem aus Metall bestehenden Bauteil, wobei sich der Abschnitt in ein Loch des Bauteils hinein erstreckt und das Lot eine Lotverbindung zwischen der Anbringungsfläche und der dieser gegenüberliegenden Oberfläche des Bauteils und/oder zwischen dem Zylinderabschnitt und der Lochwand des Bauteils bildet.
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Wenn das Funktionselement mit einer überschüssiges Lot aufnehmenden Vertiefung versehen ist, kann diese Vertiefung mindestens zum Teil mit überschüssigem Lot gefüllt sein.
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Normalerweise liegt bei dem fertiggestellten Zusammenbauteil die Anbringungsfläche an einer Oberfläche des Bauteils an.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, welche zeigen:
- 1A-1F ein Funktionselement in der Form einer Nietmutter in einer Draufsicht auf dessen Anbringungsfläche (1A), in einer teilweise in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht (1B), in einer Darstellung gemäß der 1B jedoch mit eingesetztem Lotring (1C), in einer Darstellung entsprechend der 1C, jedoch mit dem Lotring nach einem Walzplattierungsvorgang (1D), eine Darstellung entsprechend der 1D, jedoch nach der anfänglichen Montage eines Blechteils auf dem Funktionselement benachbart zur Anbringungsfläche (1E) und in einer Darstellung ähnlich der 1E, jedoch nach der vollständigen Anbringung des Blechteils am Funktionselement (1F),
- 2 eine schematische Darstellung eines Bolzenelements mit Nietrock und einer Anbringungsflache ähnlich der des Funktionselements der 1A,
- 3A eine Darstellung eines Funktionselements ähnlich der 1A, jedoch mit diskreten Depots von Lotmittel an der Anbringungsfläche um den Nietabschnitt herum,
- 3B eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht des Funktionselements gemäß 1A,
- 3C eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht eines Funktionselements ähnlich der 1C, wobei die Anbringungsfläche einen radial inneren Bereich und einem radial äußeren Bereich umfasst, und das Lot bzw. Lotmittel entweder in Ringform in einer Ringvertiefung oder in der Form von einzelnen Depots in jeweilge Vertiefungen vorgesehen ist, das bzw. die sich zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich der Anbringungsfläche befindet bzw. befinden
- 3D eine Darstellung ähnlich der 3C, bei der jedoch die Anbringungsfläche als U-förmige Nut anstelle als V-förmige Nut ausgebildet ist,
- 3E eine Darstellung eines Funktionselements ähnlich der 3D, wobei das Lot bzw. das Lotmittel in Ringform am Abschnitt an der axial inneren Flanke der U-förmigen Nut anstelle im Bodenbereich der U-förmigen Nut vorgesehen ist,
- 3F eine Darstellung entsprechend der 3A, jedoch mit diskreten Vertiefungen am Nietabschnitt zur Aufnahme vom überschüssigen Lot,
- 3G eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht des Funktionselements der 3F,
- 3H eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht des Funktionselements gemäß der 1C, jedoch mit einer Ringvertiefung oder mit diskreten Vertiefungen radial außerhalb des Lotes bzw. des Lotmittels zur Aufnahme von überschüssigem Lot,
- 31 eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht des Funktionselements gemäß der 1C, jedoch mit einer Ringvertiefung oder mit diskreten Vertiefungen radial innerhalb des Lots bzw. des Lotmittels zur Aufnahme von überschüssigen Lot,
- 4 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bolzenelements ähnlich eines gegenwärtigen SBF-Einpressbolzens der Anmelderin gemäß der US PS 6 979 160 , bei dem der Nietabschnitt des Nietbolzens sich auf der dem Schaftteil entgegengesetzten Seite des Flansches befindet.
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Die 1A bis 1F zeigen ein Funktionselement 10 aus Metall mit einem eine Anbringungsfläche 12 bildenden Flansch 14 größeren Durchmessers und einem innerhalb der Anbringungsfläche angeordneten und sich vom Flansch weg erstreckenden Abschnitt 16, der in dieser Ausführung als Nietabschnitt ausgebildet ist. Es handelt sich also in dieser Darstellung um eine Nietmutter ähnlich der wohl bestens bekannten RND-Nietmutter der Anmelderin, wobei aber hier die Verdrehsicherungsnasen 18 sich radial außerhalb der axialen V-förmigen Nut 20 anstelle dieser überbrückend befinden. Der Boden 22 der V-förmigen Nut 20 und der sich radial außerhalb der V-förmigen Nut befindlichen radialen Ringfläche 24 bilden hier zusammen die Anbringungsfläche 12 des Funktionselements 10, d.h. die Flächen 22 und 24, die im fertiggestellten Zusammenbauteil gemäß der 1F dem Blechteil 26 gegenüber liegen. Man sieht, dass die sich radial erstreckenden, gleichmäßig verteilten Verdrehsicherungsnasen 18 den Übergang 28 von der schräggestellten Flanke 30 der V-förmigen Nut 20 in die sich radial erstreckende Ringfläche 24 überbrücken bzw. dort angeordnet sind.
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Ferner sieht man aus der 1C, dass ein Lot bzw. das Lotmittel 32 in Ringform an der Anbringungsfläche 12, genauer gesagt am Boden 22 der V-förmigen Nut, benachbart zum Abschnitt 16 angeordnet ist. Gemäß 1D ist dieser Lotring 32 durch ein Walzplattierverfahren oder einfach mittels eines Stempels einigermaßen flachgepresst, wodurch das Lot an dem Funktionselement anhaftet. Gemäß 1E wird das vorgelochte Blechteil 26 mit seinem Loch 34 auf dem Nietabschnitt 16 des Funktionselements 10 angeordnet, wobei die Unterseite 36 des Blechteils im Bereich um das Loch 34 herum auf den Verdrehsicherungsnasen 18 sitzt. In der Darstellung von 1F ist mittels einer Matrize (nicht gezeigt) das Blechteil in die V-förmige Nut 20 eingepresst worden, wobei die Verdrehsicherungsnasen 18 in das Blechteil 26 eingedrückt worden sind, und der Abschnitt 20 radial nach außen zu einem Nietbördel 38 umgebördelt worden ist und somit das Blechteil 26 im Randbereich 40 um das Loch 34 herum zwischen dem Nietbördel 38 und der Anbringungsfläche 12 klemmt und hierdurch das Funktionselement 10 auspresssicher am Blechteil 26 befestigt. Dies bedeutet, dass in diesem Beispiel der Abschnitt 16 einen Nietabschnitt darstellt.
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Bei der Vernietung wird das Lot bzw. das Lotmittel 32 erwärmt, und zwar zu einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des jeweils gewählten Lotmittels. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Prozesswärme, die bei der Vernietung aufgrund der Verformung des Blechmaterials und des Abschnitts 16 entsteht, ausreicht, um das Lot zu schmelzen, wodurch eine verlötete und daher fluiddichte und elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Funktionselement und dem Blechteil entsteht. Wenn die Prozesswärme nicht ausreicht, um das jeweils gewählte Lotmittel zu schmelzen, kann die erforderliche oder zusätzliche Wärme anderweitig geliefert werden, zum Beispiel induktiv oder mittels Infrarotstrahler. Wenn das so entstehende Zusammenbauteil gemäß 1F lackiert wird, bspw. mittels einer kathodischen Tauchlackierung, kann die Temperatur eines sich anschließenden Einbrennvorgangs auch die notwendige Wärme liefern, um das Lot bzw. das Lotmittel zum Schmelzen zu bringen und die Lotverbindung herzustellen, die sich nach der Abkühlung verfestigt.
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Eine fluiddichte Verbindung ist wünschenswert, wenn es sich um ein Befestigungselement 10 für zum Beispiel Teppiche in einem Fahrzeug handelt, da man verhindern möchte, dass Wasser von der Straße im Bereich der Funktionselemente 10 in das Innere des Fahrzeugs eindringen kann. Auch bei elektrischen Anschlusselementen, wie zum Beispiel bei Massebolzen oder Massemuttern oder bei elektrischen Steckverbindungen, ist eine derartige wasserdichte Verbindung wünschenswert, um Korrosion im Bereich des Funktionselements 10 zu verhindern. Ferner führt die entstehende Lotverbindung 41 zwischen einem Funktionselement 10 und einem Blechteil 26 zu einem ausgezeichneten elektrischen Übergang vom Funktionselement in das Blechteil bzw. umgekehrt. Von Bedeutung ist auch, dass die Lotverbindung vor einer etwaigen Lackierung des Zusammenbauteils erfolgen und daher verhindern kann, dass die an sich isolierende Lackierung den elektrischen Übergang negativ beeinflusst. Stattdessen schützt die Lackierung die Lotstelle vor möglichen unerwünschten Oxidationsprozessen.
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Bei einem solchen elektrischen Anschlusselement ist es vorteilhaft, wenn das Element nicht von vorneherein mit einem Gewinde versehen ist, sondern mit einem gewindeformenden oder -schneidenden Schraubelement (nicht gezeigt) verwendet wird, da die entsprechende Formgebung bzw. Schneidfunktion zu einem hochwertigen elektrischen Übergang vom Schraubelement in das Funktionselement 10 sorgt. Der elektrische Übergang vom Funktionselement 10 in das Blechteil 26 wird von der Lotverbindung 41 bewerkstelligt oder wenigstens begünstigt. Sie kann bspw. auch über die Verdrehsicherungsnasen erfolgen, die in das Blechteil 26 eindringen und dort Verdrehsicherungsvertiefungen 42 bilden.
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Zu beachten ist, dass die Vernietung gemäß 1F so vorgenommen worden ist, dass der Nietbördel 38 höchstens flächenbündig mit der Oberseite 44 des Blechteils 26 liegt und vorzugsweise dieser gegenüber um einen kleinen Betrag von bspw. 0,02mm zurückversetzt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass in einer Anschraubsituation, d.h. wenn ein weiteres Blechteil oder Bauteil (beides nicht gezeigt) an das Blechteil mittels eines sich in die Gewindebohrung 46 des Funktionselements 10 eingeschraubten Bolzens (nicht gezeigt) befestigt wird, eine erwünschte planare Anschraubfläche im Bereich der Fügung vorliegt. Die Verdrehsicherungsnasen 18 verhindern dabei, dass sich das Funktionselement 10 gegenüber dem Blechteil 26 dreht, zum Beispiel dann, wenn ein Schraubbolzen in das Funktionselement 10 eingedreht oder aus diesem herausgedreht wird und entsprechende Reibungskräfte und Drehmomente auf das Funktionselement 10 ausgeübt werden.
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Die 2 zeigt ein weiteres Funktionselement 10, hier in der Form eines Nietbolzens 48 mit einem Nietrock 50, wobei die Ausbildung der Anbringungsfläche 12 und der Verdrehsicherungsnasen 18 ähnlich vorgenommen worden ist wie bei dem Funktionselement 10 der 1A bis 1F. Aus diesem Grund sind die Anbringungsfläche 12 und die Verdrehsicherungsnasen 18 mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. Diese Konvention, d.h. dass Bestandteile oder Merkmale, die die gleiche Ausbildung oder Funktion haben mit den gleichen Bezugszeichen versehen werden, wird konsequent in dieser Beschreibung angewandt und es versteht sich, dass die hier vorliegende Beschreibung auch für Teile oder Merkmale gilt, die die gleiche Ausbildung oder Funktion haben, es sei denn etwas Gegenteiliges gesagt wird, weshalb die Beschreibung nicht unnötig wiederholt wird.
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In 2 ist auch das Lot bzw. das Lotmittel 32 in Ringform zu sehen. Der Nietbolzen 48 ist hier mit einem Außengewinde 52 versehen.
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An dieser Stelle soll nochmals betont werden, dass das erfindungsgemäße Funktionselement 10 keineswegs auf Nietmutter oder Nietbolzen 48 beschränkt ist, sondern stattdessen mit sämtlichen Funktionselementen verwendet werden kann, die mit einer Anbringungsfläche 12 und einem von dieser wegragenden Abschnitt 16 versehen sind. D.h., ein erfindungsgemäßes Funktionselement kann auch als Einpresselement realisiert werden, bei dem das Funktionselement nicht mit einem verformbaren Nietabschnitt, sondern mit einem nicht verformbaren Einpressabschnitt versehen ist, und zwar sowohl mit Funktionselementen 10, die als Mutterelemente oder Bolzenelemente realisiert sind als auch mit Funktionselementen, die keine Schraubfunktion haben, sondern beispielsweise als Lagerelemente für eine Welle oder Drehgelenk oder als Kugelbolzen oder Kugelpfanne oder als Fixierelement für Konsolen, Teppiche oder Verkleidungen oder Bremsleitungen oder Kabel dienen, die ggf. mittels Klipsen oder Steckelementen befestigt werden.
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Die 3A bis 31 zeigen nun verschiedene Ausführungsvarianten von erfindungsgemäßen Nietmuttern. Bei den 3A und 3B wird das Lot bzw. das Lotmittel nicht als Lotring, sondern als diskrete Depots 54 vom Lotmaterial vorgesehen, die an der Anbringungsfläche 12, genauer gesagt an der schräggestellten Flanke 30 der V-förmigen Nut 20, in regelmäßigen Abständen vorgesehen sind. In diesem Beispiel sind die Depots 54 radial mit den Verdrehsicherungsnasen 18 ausgerichtet, was aber nicht zwingend erforderlich ist.
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Ferner kann das Lot bzw. das Lotmittel in Ringform oder in der Form von einzelnen Depots 54 in einer Vertiefung 56 oder in mehrere Vertiefungen 56a der Anbringungsfläche 12 wie in 3C und 3D gezeigt, angeordnet werden. Der Unterschied zwischen den Ausführungen gemäß 3C und 3D liegt darin, dass in 3C eine axial gerichtete V-Nut 56 vorgesehen ist, wobei die Vertiefung 56 bzw. die Vertiefungen an der schräg gestellten Flanke 30 der V-förmigen Nut 20 vorgesehen ist bzw. sind, während es sich bei der Ausführung gemäß 3D um eine axial gerichtete U-förmige Nut 58 mit einem sich in einer radialen Ebene erstreckenden Boden 60 handelt und die Vertiefung 56 bzw. die Vertiefungen im Boden 60 vorgesehen sind.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Vertiefung 56 in Ringform am Abschnitt 16 an dessen radial äußerer Fläche vorzusehen, wie in 3E dargestellt ist.
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Eine andere Möglichkeit, die in den 3F und 3G gezeigt ist, besteht darin, diskrete Vertiefungen 56 zur Aufnahme von Depots 54 von Lot bzw. Lotmittel an der radial äußeren Fläche des Abschnitts 16 vorzusehen.
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Bei allen Ausführungen bei denen das Lot bzw. das Lotmittel in einer Vertiefung 56 oder in mehreren Vertiefungen 56 vorgesehen ist, soll das Lot bzw. das Lotmittel vorzugsweise zumindest geringfügig über die Öffnungsebenen der jeweiligen Vertiefung 56 vorstehen, damit es in Berührung mit dem Blechteil 26 gelangt. Da beim Schmelzen des Lotmittels ein enger Spalt zwischen dem Funktionselement und dem Blechteil im Bereich des Lotmittels vorhanden ist, wird die Eigenschaft des flüssigen Lotmittels, sich kapillarisch in engen Spalten auszubreiten, zunutze gemacht, um eine ausgedehnte Lotverbindung und daher eine hochwertige Abdichtung und einen ausgezeichneten elektrischen Übergang zu erzeugen. Ferner unterstützt die ausgedehnte Lotverbindung die mechanischen Eigenschaften der Fügeverbindung zwischen dem Funktionselement 10 und dem Blechteil 26 im Sinne von verbessertem Ausdruckwiderstand, Ausknöpfwiderstand und verbesserter Verdrehsicherung des Funktionselements 10 bzw. 48 im Blechteil 26.
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Wie oben zum Ausdruck gebracht, kann das Lot mittels Walzplattierung oder eines Stempels an das Funktionselement zum Haften gebracht werden. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Das Lot könnte zum Beispiel bei oder nach der Fertigung des Funktionselements 10, 48 durch Schmelzen, ggf. unter Anwendung eines geeigneten Flussmittels, als Anhaftung am Funktionselement realisiert werden. Ferner könnte das Lot als Lotpaste mittels eines Druckverfahrens, wie zum Beispiel eines Siebdruckverfahrens oder eines Aufspritzverfahrens, auf die Funktionselemente aufgebracht und ggf. durch Erwärmung in einen metallischen Überzug , d.h. eine Art „Verzinnung“, übergeführt werden, selbst wenn Zinn kein Bestandteil des Lotmittels ist.
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Es kann mit Vorteil ein Lot verwendet werden, das bei einer Temperatur unter ca. 230°C schmilzt. Bei dieser Temperatur ist keine Änderung des metallischen Gefüges oder Ausglühen des Funktionselementes bzw. des Blechteils zu befürchten.
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Besonders günstig ist es, wenn das Lot eine oder mehrere der folgenden Elemente umfasst:
- Indium - Schmelzpunkt 157°C,
- Indium und Silber, zum Beispiel 97 Gewichtsprozent Indium mit 3 Gewichtsprozent Silber - Schmelzpunkt 145°C, oder
- Indium und Wismuth, zum Beispiel 66 Gewichtsprozent Indium und 34 Gewichtsprozent Wismuth - Schmelzpunkt 72°C.
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Gerade Verbindungen mit Indium haften gut an den üblichen metallischen Zusammensetzungen und/oder Beschichtungen von Funktionselementen und Blechteilen.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn mindestens eine überschüssiges Lot aufnehmende Vertiefung 62 im Flansch 14 und/oder im Abschnitt 16 ausgebildet ist. Zum Beispiel zeigt die 3H eine axial gerichtete Ringvertiefung 62 in der Anbringungsfläche eines Funktionselementes radial außerhalb des Lotringes der 1C. Im Vergleich zeigt die 31 eine axiale Ringvertiefung 62 radial innerhalb des Lotrings von 1C, was ebenfalls durchaus Sinn machen kann.
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Allerdings muss es sich bei den Vertiefungen 62 nicht unbedingt um Ringvertiefungen handeln, sondern es kann sich durchaus um diskrete Vertiefungen 62 handeln, die für die Aufnahme von überschüssigem Lot vorgesehen werden.
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Ferner kann es sich bei der mindestens eine überschüssiges Lot aufnehmende Vertiefung 62 um eine als radiale Nut im Abschnitt 16 oder als diskrete radiale Vertiefungen in diesem handeln (beides nicht gezeigt).
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Mit anderen Worten, wenn mehrere Vertiefungen 62 vorgesehen sind, können diese innerhalb der Anbringungsfläche 12 und um die Längsachse 64 des Funktionselementes herum angeordnet sein, beispielsweise Vertiefungen in der Form von sich radial erstreckenden Nuten.
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Wenn die Anbringungsfläche 12 eine äußere Ringfläche 66 und eine innere Ringfläche 68 aufweist, kann eine überschüssiges Lot aufnehmende Ringvertiefung wie in der 3H gezeigt, zwischen den Ringflächen 66 und 68 vorgesehen sein.
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An dieser Stelle soll erwähnt werden, das der genannte Abschnitt 12 nicht unbedingt zylindrisch sein muss, sondern dieser kann als Zentrierabschnitt oder als Polygonabschnitt ausgebildet sein, beispielsweise mit einem quadratischen oder sechseckigen Querschnitt, wie beispielsweise in den oben genannte US-Patenschriften 9 957 999 und 9 222 502 gezeigt.
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Die
4 zeigt eine Darstellung eines Nietbolzens entsprechend der
US-PS 6 979 160 , bei der der Flansch
14 mit einer sich radial nach außen erstreckenden Anbringungsfläche
16 mit Verdrehsicherungsnasen und - vertiefungen, wobei die Anbringungsfläche
12 den Abschnitt
16 umgibt, der auch hier als Nietabschnitt ausgebildet ist. Ein Lot bzw. ein Lotmittel in Ringform ist auch hier an der Anbringungsfläche
12 unmittelbar benachbart zum Abschnitt
16 vorgesehen. Dies kann zum Beispiel - wie bei allen Funktionselementen - mittels Walzplattierung oder als Lotpaste mittels eines Druckverfahrens wie zum Beispiel eines Siebdruckverfahrens oder eines Aufspritzverfahrens erfolgen.
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In einer alternativen Ausbildung wird das Lot bzw. das Lotmittel dadurch auf den Abschnitt 16 aufgebracht, dass dieses während oder nach der Herstellung des Funktionselementes in ein flüssiges Lot eingetaucht wird. Diese Art der Anbringung des Lots kann ggf. bei allen Arten von Funktionselementen erfolgen, egal ob es sich bei dem Abschnitt 16 um einen Nietabschnitt oder einen Einpressabschnitt handelt. Wenn, wie bei der 2 gezeigt, ein Gewinde 52 oder ein Schaftteil über den Abschnitt 16 bzw. 50 hinausragt, so kann dieses ggf. mit einer Schutzschicht versehen werden, damit es nicht mit Lot benetzt wird oder die Benetzung mit Lot kann als Korrosionsschutz akzeptiert werden.
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Bei allen Ausführungen liegt das Lot bzw. das Lotmittel in einem geschützten Bereich zwischen dem Abschnitt 16 und der Anbringungsfläche 12, vorzugsweise innerhalb einer V-förmigen oder U-förmigen Nut, so dass der Transport der vorgefertigten Funktionselemente 10 bzw. 48 als Schuttgut vorgenommen werden kann, ohne den Verlust des Lots bzw. des Lotmittels befürchten zu müssen. Sollten dennoch in der Praxis diesbezüglich Probleme auftreten, so könnte das Lot bzw. das Lotmittel unmittelbar vor oder gar während der Handhabung in einer Presse oder von einem Roboter an den Funktionselementen angebracht werden.
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Egal wie das Funktionselement im konkreten Fall ausgebildet ist, zeichnet sich das aus dem Funktionselement 10 bzw. 48 und dem aus Metall bestehenden Blechteil 26dadurch aus, dass sich der Abschnitt 16 in ein Loch 34 des Blechteils 26 hinein erstreckt, und dass das Lot bzw. das Lotmittel eine Lotverbindung zwischen der Anbringungsfläche 12und der dieser gegenüberliegenden Oberfläche des Blechteils 26 und/oder zwischen dem Abschnitt 16 und der Lochwand des Blechteils 26 bildet.
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Ferner liegt die Anbringungsfläche 12 an der Oberfläche des Blechteils 26 an, ggf. mit einer Lotverbindung zwischen mindestens einem Teil der Anbringungsfläche 12 und dem Blechteil 26.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Funktionselement
- 12
- Anbringungsfläche
- 14
- Flansch
- 16
- Abschnitt
- 18
- Verdrehsicherungsnasen
- 20
- V-förmige Nut
- 22
- Boden der V-förmigen Nut
- 24
- sich radial außerhalb der V-förmigen Nut befindliche Ringfläche
- 26
- Blechteil
- 28
- Übergang
- 30
- schräg gestellte Flanke der V-förmigen Nut
- 32
- Lot bzw. Lotmittel
- 34
- Loch des Blechteils
- 36
- Unterseite des Blechteils
- 38
- Nietbördel
- 40
- Randbereich des Loches 34
- 41
- Lotverbindung
- 42
- Verdrehsicherungsvertiefungen
- 44
- Oberseite des Blechteils
- 46
- Gewindebohrung
- 48
- Nietbolzen
- 50
- Nietrock
- 52
- Außengewinde
- 54
- diskrete Depots von Lot bzw. Lotmittel
- 56
- Vertiefung bzw. Vertiefungen
- 58
- U-förmige Nut
- 60
- Boden der U-förmigen Nut
- 62
- Lot aufnehmende Vertiefung bzw. Vertiefungen
- 64
- Längsachse des Funktionselements
- 66
- radial innerer Ringbereich der Anbringungsfläche
- 68
- radial äußerer Ringbereich der Anbringungsfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1116891 [0005]
- DE 102004062391 [0006]
- US 6979160 [0027, 0052]