DE9413406U1 - Welding stud with cap nut - Google Patents

Welding stud with cap nut

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Description

Emhart Inc. &Egr;15844 Ka/JN/czEmhart Inc. &Egr;15844 Ka/JN/cz

18. August 199418 August 1994

Schweißbolzen mit Hutmutter &iacgr;&ogr; Welding stud with cap nut &iacgr;&ogr;

Die Erfindung geht aus von einem Schweißbolzen mit einem zylindrisehen Bereich an den sich ein Gewindeschaft kleineren Durchmessers unter Bildung einer Schulter anschließt, und mit einer auf dem Gewindeschaft bis zur Anlage auf der Schulter aufbringbaren Hutmutter, insbesondere zur Verwendung als Kontakt zur Einleitung von elektrischem Strom in eine Struktur (Massebolzen bei Kraftfahrzeugen und dergleichen). Für Hutmuttern aus Kunststoff sind hierzu verschiedene Bauformen aus der EP 0243 078 Bl bekannt, jedoch sind diese als reine Schutzkappen ausgebildeten Teile nur als Schutz beim Lackieren geeignet und werden dann als Abfall entsorgt, was in Zukunft vermieden werden soll. Daher wird angestrebt, als Schutzkappen beim Lackieren zur Vermeldung von Verunreinigungen der späteren Kontaktflächen direkt Muttern zu verwenden, die später zur Befestigung von Kabeln verwendet werden können.The invention is based on a welding stud with a cylindrical area to which a threaded shaft of smaller diameter is connected to form a shoulder, and with a cap nut that can be placed on the threaded shaft until it rests on the shoulder, in particular for use as a contact for introducing electrical current into a structure (ground bolts in motor vehicles and the like). Various designs of plastic cap nuts are known from EP 0243 078 B1, but these parts, which are designed as pure protective caps, are only suitable for protection during painting and are then disposed of as waste, which should be avoided in the future. The aim is therefore to use nuts directly as protective caps during painting to prevent contamination of the subsequent contact surfaces, which can later be used to attach cables.

Durch die Jubiläumsschrift der Firma Tucker GmbH, 1994, ist eine Schweißbolzenanordnung bekannt, die im Bereich des Schaftes des Schweißbolzens ein Gewinde aufweist, das für die spätere Befestigung eines Bauteils geeignet ist und der Anbringung der Hutmutter dient, die beim Aufschrauben auf den Schweißbolzen mit ihrer ebenen Stirnfläche gegen eine ebene Schulterfläche am Ende des Gewindes zur Anlage anbringbar ist und in Abhängigkeit von der Kraft, mit der die HutmutterA welding stud arrangement is known from the anniversary publication of Tucker GmbH in 1994, which has a thread in the area of the shaft of the welding stud, which is suitable for the subsequent fastening of a component and serves to attach the cap nut, which when screwed onto the welding stud can be attached with its flat front surface against a flat shoulder surface at the end of the thread to rest on it and, depending on the force with which the cap nut

aufgeschraubt wird, sich mehr oder minder stark gegen die Schulter preßt.is screwed on and presses more or less strongly against the shoulder.

Ein derart ausgestatteter Schweißbolzen läßt sich dann mit irgendwelchen Bauteilen verschweißen, wobei eine bekannte Schweißpistole für das Bolzenschweißen verwendet wird, die mit Greifbacken den Schweißbolzen in diesen Bereich zwischen der Schulter und der zu verschweißenden Stirnfläche erfaßt, womit der mit der Hutmutter ausgestattete Schweißbolzen einerseits sicher gehalten werden kann und andererseits die notwendige Kontaktgabe zum Schweißenbolzen gewährleistet ist.A welding stud equipped in this way can then be welded to any component, using a known welding gun for stud welding, which uses gripping jaws to grasp the welding stud in this area between the shoulder and the face to be welded, whereby the welding stud equipped with the cap nut can be held securely on the one hand and the necessary contact with the welding stud is ensured on the other.

Um die Backen der Schweißpistole bei ihrem Greifvorgang nicht zu behindern, besitzt der Bereich des Schweißbolzens vor der Schulter den gleichen Außendurchmesser wie die Hutmutter.In order not to hinder the jaws of the welding gun during their gripping process, the area of the welding stud in front of the shoulder has the same outer diameter as the cap nut.

Derart ausgestattete Schweißbolzen sind im Handel erhältlich, sie werden in dieser Form auch angeschweißt, um zu gewährleisten, daß beispielsweise bei einem üblichen Lackiervorgang zum Überziehen des betreffenden Bauteils mit einer Farbschicht, z. B. der Karosserie eines Kraftfahrzeuges, die Farbe den Gewindebereich des Schweißbolzens nicht erreichen kann, so daß, wenn im Laufe der Montagearbeiten auf den Schweißbolzen ein Bauteil aufzuschrauben ist, die Hutmutter abgeschraubt wird, woraufhin in dem Bauteil ein sauberes, farbfreies Gewinde zur Verfugung gestellt wird.Welding studs equipped in this way are commercially available; they are also welded on in this form to ensure that, for example, during a normal painting process to cover the relevant component with a layer of paint, e.g. the body of a motor vehicle, the paint cannot reach the threaded area of the welding stud, so that when a component has to be screwed onto the welding stud during assembly work, the cap nut is unscrewed, whereupon a clean, paint-free thread is provided in the component.

Es hat sich hierbei jedoch ergeben, daß aufgrund der Abmessungen des Schweißbolzens derselbige nicht immer sicher und zuverlässig gegriffen wird, so daß der Schweißbolzen nicht zwingend in seiner vorgegebenen Ausrichtung aufgeschweißt wurde. Dies kann dazu führen, daß dieHowever, it has been found that due to the dimensions of the welding stud, it is not always gripped safely and reliably, so that the welding stud is not necessarily welded in its specified orientation. This can lead to the

Schweißverbindung &zgr;. B. wegen der notwendigen guten elektrischen Masseverbindung nachgearbeitet werden muß.Welded connection &zgr;. B. has to be reworked because of the necessary good electrical ground connection.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Schweißbolzen mit Hutmutter so weiterzubilden, daß der Schweißbolzen mit Hutmutter durch eine Bolzenschweißpistole zuverlässig gegriffen werden kann und präzise an einer Struktur angeschweißt werden kann. Dabei soll insbesondere eine haltbare und elektrisch gut leitende Verbindung zu der Struktur entstehen. Bei Kraftfahrzeugen sind solche &iacgr;&ogr; Verbindungen oft sicherheitsrelevante Verbindungen einer Batterie mit der Karosserie, so daß besondere Qualitätsanforderungen zu berücksichtigen sind.Based on this, the invention is based on the task of developing the welding stud with cap nut in such a way that the welding stud with cap nut can be reliably gripped by a stud welding gun and can be precisely welded to a structure. In particular, a durable and electrically conductive connection to the structure should be created. In motor vehicles, such &iacgr;&ogr; connections are often safety-relevant connections between a battery and the body, so special quality requirements must be taken into account.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch die Kombination der is Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Daß die Hutmutter an ihrer der der Gewindeöffnung abgewandten Stirnseite mit einem koaxialen, im wesentlichen konisch verlaufenden Fortsatz ausgebildet ist, ermöglicht eine bessere Zentrierung vor dem Anschweißvorgang. Ein Kragen am der anderen Seite erlaubt die konzentrische Einleitung eines Schweißstromes durch die Hutmutter zum Schweißbolzen. Der Schweißbolzen selbst kann dadurch flacher und mit geringerem Durchmesser gestaltet sein.This object is achieved according to the invention by combining the features of claim 1. The fact that the cap nut is designed with a coaxial, essentially conical extension on its end face facing away from the threaded opening enables better centering before the welding process. A collar on the other side allows the concentric introduction of a welding current through the cap nut to the welding stud. The welding stud itself can therefore be designed flatter and with a smaller diameter.

Durch den konisch verlaufenden Fortsatz ermöglicht die auf dem Schweißbolzen sitzende Hutmutter, der in eine Bolzenschweißpistole eingeführten Baueinheit, bestehend aus Schweißbolzen und Hutmutter, eine sichere Führung. Die Führung wird dadurch erreicht, daß der konische Fortsatz in eine entsprechende Aufnahme in der Bolzenschweißpistole automatisch koaxial ausgerichtet ist. Der Schweißbolzen kann folglich nicht mehr durch eine Fehlstellung in der Schweißpistole falsch positioniert angeschweißt werden. Die Ausbildung des Fortsatzes in FormThe conical extension allows the cap nut sitting on the welding stud to securely guide the assembly, consisting of the welding stud and cap nut, that is inserted into a stud welding gun. The guidance is achieved by the conical extension being automatically aligned coaxially in a corresponding receptacle in the stud welding gun. The welding stud can therefore no longer be welded on incorrectly due to a misalignment in the welding gun. The design of the extension in the form of

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eines Konuses hat auch den Vorteil, daß der Reibungswiderstand zwischen Konus und Sitz innerhalb der Bolzenschweißpistole sehr gering gehalten wird.A cone also has the advantage that the frictional resistance between the cone and the seat within the stud welding gun is kept very low.

Von Vorteil ist es, wenn der Fortsatz rotationssymmetrisch ausgebildet ist, da dies den Herstellungsgang vereinfacht und erleichtert.It is advantageous if the extension is rotationally symmetrical, as this simplifies and facilitates the manufacturing process.

Gemäß einem weiteren Gedanken wird vorgeschlagen, den Fortsatz mit Vertiefungen, insbesondere Einkerbungen auszubilden. Die VertieferungenAccording to a further idea, it is proposed to form the extension with depressions, especially notches. The depressions

&iacgr;&ogr; bzw. Einkerbungen stellen optische bzw. mechanische Markierungen dar. Anhand dieser Vertiefungen bzw. Einkerbungen unseresgleichen kann die Größe bzw. Beschaffenheit der Baueinheit schnell und einfach ermittelt werden. Durch entsprechende Anpassung der Schweißpistole kann sichergestellt werden, daß ein Schweißvorgang nur dann ausgelöst wird, wenn anhand eines Abgleiches zwischen dem Muster der Vertiefungen und einem vorgegebenen Muster die richtige Baueinheit festgestellt wird.γ or notches represent optical or mechanical markings. The size or nature of the assembly can be determined quickly and easily using these indentations or notches. By adjusting the welding gun accordingly, it can be ensured that a welding process is only initiated when the correct assembly is determined by comparing the pattern of the indentations with a given pattern.

Wichtig für die Baueinheit ist es, daß diese beim späteren Verbindungsvorgang und nachfolgenden Schritten bestimmte Anforderungen erfüllt. So darf siech die Verbindung zwischen Schweißbolzen und Hutmutter nicht unbeabsichtigt lösen, und zwar auch dann nicht, wenn Schweißbolzen und Hutmutter aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, z.B. Stahl und rostfreier Stahl, bestehen. Beim Lackieren können dabei Temperaturen von bis zu etwa 2000C auftreten, bei denen die Verbindung immer noch dicht und fest sein muß. Andererseits darf beim späteren Lösen der Hutmutter zur Befestigung eines Kabels keine unzulässig hohe Belastung von Schweißstelle und Umgebung auftreten, so daß sich Abdrehmomente von 2 bis 5 Nm, vorzugsweise etwa 3 bis 4 Nm, als geeignet erwiesen haben, die mitIt is important for the assembly that it meets certain requirements during the subsequent connection process and subsequent steps. The connection between the welding stud and the cap nut must not come loose accidentally, even if the welding stud and cap nut are made of different materials with different thermal expansion coefficients, e.g. steel and stainless steel. During painting, temperatures of up to about 200 0 C can occur, at which the connection must still be tight and firm. On the other hand, when the cap nut is later loosened to attach a cable, the weld point and the surrounding area must not be subjected to an unacceptably high load, so that torques of 2 to 5 Nm, preferably about 3 to 4 Nm, have proven to be suitable.

etwas niedrigeren Andrehmomenten bei dem Zusammenbau der Baueinheit erreichbar sind.slightly lower tightening torques can be achieved when assembling the unit.

Weitere Vorteile und Merkmale werden anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Hierbei zeigen:Further advantages and features are explained using two preferred embodiments, to which the invention is not, however, limited. Here:

Figur 1 eine Baueinheit mit geschnittener Hutmutter, Figur 2 eine Baueinheit nach Fig. 1 in der Draufsicht und &iacgr;&ogr; Figur 3 vergrößert eine Hutmutter mit Fortsatz und VertiefungenFigure 1 shows a construction unit with a cut cap nut, Figure 2 shows a construction unit according to Figure 1 in plan view and &iacgr;&ogr; Figure 3 shows an enlarged cap nut with extension and recesses

Die dargestellte Anordnung umfaßt eine Baueinheit, die aus einem Schweißbolzen 1 und einer Hutmutter 2 besteht. Der Schweißbolzen 1 weist einen Werkzeugeingriffsbereich 3 auf, an den sich ein kurzer Dorn 4 anschließt, der mit seinem konischen Vorsprung 5 eine nach einem an sich bekannten Verfahren sich ergebende Schweißstelle bildet.The arrangement shown comprises a structural unit consisting of a welding stud 1 and a cap nut 2. The welding stud 1 has a tool engagement area 3, to which a short mandrel 4 is connected, which with its conical projection 5 forms a weld point resulting from a method known per se.

An den Werkzeugeingriffsbereich 3 schließt sich ein Auflagering 13 an, dem ein Gewindeschaft 6 folgt. Auf dem Gewindeschaft 6 ist die Hutmutter 2 aufgeschraubt. Die Huttmutter 2 ist mit dem Schweißbolzen 1 so verschraubt, daß die Stirnseite der Hutmutter 2 zur Anlage auf den Auflagering 13 kommt. Die Hutmutter wird hierzu mit einem definierten Anzugsdrehmoment mit dem Schweißbolzen verschraubt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Verbindung zwischen Hutmutter und Schweißbolzen farbdicht ist. Ferner kann über die Hutmutter der Schweißstrom zum Schweißbolzen hin eingeleitet werden. Zum Greifen der Baueinheit und zum Einleiten eines Schweißstromes hat die Hutmutter 2 an ihrem unteren Bereich einen umlaufenden, koaxialen Kragen 12.The tool engagement area 3 is followed by a support ring 13, which is followed by a threaded shaft 6. The cap nut 2 is screwed onto the threaded shaft 6. The cap nut 2 is screwed to the welding stud 1 so that the front side of the cap nut 2 comes to rest on the support ring 13. The cap nut is screwed to the welding stud with a defined tightening torque. This procedure has the advantage that the connection between the cap nut and the welding stud is paint-tight. Furthermore, the welding current can be introduced to the welding stud via the cap nut. To grip the assembly and to introduce a welding current, the cap nut 2 has a circumferential, coaxial collar 12 on its lower area.

Die Hutmutter 2 weist auf der der Gewindeöffnung 8 abgewandten Stirnseite einen Fortsatz 9 auf. Der Fortsatz ist konisch ausgebildet und koaxial zur Mutter. Beim Einsetzen in eine Bolzenschweißpistole greift der Fortsatz 9 in eine Aufnahme in der Schweißpistole, so daß die aus dem Schweißbolzen 1 und der Hutmutter 2 bestehende Baueinheit automatisch koaxial zur Bolzenschweißpistole ausgerichtet wird. Der Fortsatz 9 ist ein integraler Bestandteil der Hutmutter 2 und wird mit dieser einstückig ausgebildet.The cap nut 2 has an extension 9 on the face facing away from the threaded opening 8. The extension is conical and coaxial to the nut. When inserted into a stud welding gun, the extension 9 engages in a receptacle in the welding gun so that the assembly consisting of the welding stud 1 and the cap nut 2 is automatically aligned coaxially to the stud welding gun. The extension 9 is an integral part of the cap nut 2 and is formed in one piece with it.

&iacgr;&ogr; In der Figur 3 ist eine Hutmutter dargestellt, bei der der Fortsatz mit zwei Vertiefungen 7 A, 7 B ausgebildet ist. Die Vertiefungen 7 A, 7 B bilden umlaufende Nuten am Fortsatz 9. Die Vertiefungen dienen der Spezifikation der Baueinheit. Sie können auch als Ansteuerungsmittel für die Schweißpistole verwendet werden.&iacgr;&ogr; Figure 3 shows a cap nut in which the extension is designed with two recesses 7 A, 7 B. The recesses 7 A, 7 B form circumferential grooves on the extension 9. The recesses serve to specify the assembly. They can also be used as a control device for the welding gun.

Claims (11)

Emhart Inc. E15844 Ka/JN/cz 18. August 1994 SchutzanspruchEmhart Inc. E15844 Ka/JN/cz August 18, 1994 Claim 1. Baueinheit umfassend einen metallischen Schweißbolzen mit einem Werkzeugeingriffsbereich (3) an den sich ein Gewindeschaft (6) kleineren Durchmessers unter Bildung einer Schulter (10) anschließt1. Assembly comprising a metal welding stud with a tool engagement area (3) to which a threaded shaft (6) of smaller diameter is connected to form a shoulder (10) &ohgr; und mit einer auf dem Gewindeschaft (6) bis zur Anlage an der&ohgr; and with a threaded shaft (6) until it rests on the Schulter (10) befestigten metallischen Hutmutter (2) mit einem Werkzeugeingriffsbereich (11), wobei die Hutmutter (2) auf der der Gewindeöffnung (8) abgewandten Stirnseite mit einem koaxial, im wesentlichen konisch verlaufenden Fortsatz (9) ausgebildet ist und an dem dem Fortsatz (9) gegenüberliegenden Endbereich einen koaxialen, umlaufenden Kragen (12) zur Schweißstromeinleitung aufweist.Shoulder (10) attached metallic cap nut (2) with a tool engagement area (11), wherein the cap nut (2) is formed on the end face facing away from the threaded opening (8) with a coaxial, substantially conical extension (9) and on the end region opposite the extension (9) has a coaxial, circumferential collar (12) for introducing welding current. 2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Fortsatzes (9) deckungsgleich mit der Stirnseite der Hutmutter2. Assembly according to claim 1, characterized in that the base of the extension (9) is congruent with the front side of the cap nut (2) ist.(2) is. 3. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Fortsatzes (9) kleiner ist als die Stirnseite der Hutmutter (2).3. Assembly according to claim 1, characterized in that the base of the extension (9) is smaller than the front side of the cap nut (2). 4. Baueinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Fortsatzes (9) gegenüber der Längsachse um ca. 45° geneigt ist.4. Construction unit according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the outer surface of the extension (9) is inclined by approximately 45° relative to the longitudinal axis. 5. Baueinheit nach einem oder mehreren vorstehenden Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (9) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.5. Construction unit according to one or more of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the extension (9) is rotationally symmetrical. 6. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (9) mit Vertiefungen (7A, 7B), insbesondere Einkerbungen, ausgebildet ist.6. Assembly according to one of claims 1 to 5, characterized in that the extension (9) is formed with depressions (7A, 7B), in particular notches. 7. Baueinheit nach einem der vorsthenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen von Hutmutter (2) und/oder Schweißbolzen zumindest in Teilbereichen mit einem metallischen Überzug versehen sind, vorzugsweise aus Zink.7. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the surfaces of the cap nut (2) and/or welding bolt are provided with a metallic coating, preferably made of zinc, at least in partial areas. &iacgr;&ogr; 8. Baueinheit nach einem der vorsthenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbolzen aus Stahl und die Hutmutter (2) aus rostfreiem Stahl bestehen.&iacgr;&ogr; 8. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the welding bolt is made of steel and the cap nut (2) is made of stainless steel. 9. Baueinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hutmutter (2) mit einem solchen Drehmoment auf dem Gewindeschaft (6) angedreht ist, daß eine gut leitende elektrische Verbindung zwischen Hutmutter und Schweißbolden besteht, die eine sichere Einleitung von Schweißstrom über den Kragen (12) zum Schweißbolzen ermöglicht.9. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the cap nut (2) is screwed onto the threaded shaft (6) with such a torque that a good electrical connection exists between the cap nut and the welding bolt, which enables a safe introduction of welding current via the collar (12) to the welding bolt. 10. Baueinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hutmutter (2) so fest auf dem Gewindeschaft angedreht ist, daß ein selbständiges Lösen beim Befestigungsvorgang und beim anschließenden Lackiervorgang, insbesondere auch bei erhöhter Temperatur bis zu etwa 2000C, ausgeschlossen ist, jedoch beim späteren absichtlichen Lösen keine unzulässigen Kräfte in die Schweißverbindung oder deren Umgebung eingeleitet werden.10. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the cap nut (2) is screwed so tightly onto the threaded shaft that spontaneous loosening during the fastening process and the subsequent painting process, in particular at elevated temperatures of up to about 200 ° C, is excluded, but no impermissible forces are introduced into the welded joint or its surroundings during subsequent deliberate loosening. 11. Baueinheit nach einem der vorsthenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hutmutter so fest auf dem Gewindeschaft ange-11. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the cap nut is so firmly attached to the threaded shaft dreht ist, daß das Abdrehmoment zwischen 2 und 5 Nm beträgt, vorzugsweise 3 bis 4 Nm.turns is that the turning torque is between 2 and 5 Nm, preferably 3 to 4 Nm.
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