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Blindniete
Um die Herstellung von Nietverbindungen bei schwer zugänglichen, zusammenzufügenden Teilen speziell nur von einer Bearbeitungsseite aus zu beherrschen und in der Absicht, den Nietvorgang ganz allgemein im Sinne einer rationellen Einmannhandhabung zu mechanisieren, wurden bereits verschiedene
Blindnieten entwickelt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Blindniete, bestehend aus einem Hohlnietkörper und einem abbrechbaren Durchzugdorn mit Kopf. Der Schliesskopf wird von der Setzkopfseite aus durch radiales Aufweiten des aus der Fügegutbohrung frei herausragenden Schliesskopfansatzes des Hohlnietkörpers mittels des Durchzugdornes gebildet, der einen zylindrischen Teil als Zugschaft und ein konisch verdicktes Ende als Stauchdorn aufweist und der mittels einer entsprechenden Nietvorrichtung in die Bohrung des Hohlnietkörpers hineingezogen wird, während der Setzkopf der Hohlniete an dem Mundstück der Nietvorrichtung in Anschlag liegt.
Der Stauchdornteil des Durchzugdomes wird schliesslich nach erfolgter Nietbildung gleich als Fülldom in der Bohrung der Hohlniete belassen. Der Durchmesser des Stauchdomes entspricht dabei etwa dem Durchmesser der Bohrung in den zusammenzufügenden Teilen (Fügeteilen), so dass sich nach erfolgter Schliesskopfbildung ein Widerstand ergibt, so dass der Zugschaft an einer Sollbruchstelle abreisst und damit seinen einmaligen Zweck als Kraftübertragungselement zwischen Nietvorrichtung und Stauchdorn erfüllt hat. Diese Sollbruchstelle des Zugschaftes entspricht dabei in ihrer äusseren Form ganz allgemein einer Nachbildung der natürlichen, kontinuierlich verlaufenden Querschnittseinengung eines auf Zug beanspruchten zylindrischen Stabes knapp vor seinem Zugbruch.
Der zur Bruchstelle hin verjüngte Dornrest kann jedoch auf Grund seines konischen Verlaufes nicht den Zweck eines versteifenden Fülldornes erfüllen. Der Ort der Sollbruchstelle längs der Zugschaftachse ist daher von vornherein entsprechend weit über den Bereich der Nietung hinaus verlegt. Der nach erfolgter Nietbildung an der Setzkopfseite herausragende Dornrest wird dann durch Abkneifen entfernt, wobei der in der Hohlnietbohrung verbleibende Dornteil einen die Scherfestigkeit der Nietverbindung erhöhenden Fülldorn bildet. Da jedoch auch nach diesem nachträglichen Abkneifen stets noch ein scharfkantiger kleiner Dornrest aus dem Setzkopf der Hohlniete herausragt, entspricht diese Blindniete nicht den Bedürfnissen einer glatten Oberflächengestaltung.
Bei einer weiteren bekannten Blindnietverbindung verzichtet man von vornherein auf eine die Scherfestigkeit erhöhende Versteifung mittels eines in der Hohlnietbohrung als Fülldorn verbleibenden Dornteiles. Hier beginnt die Sollbruchstelle als kontinuierlich verlaufende Querschnittseinengung des Zugschaftes bereits unmittelbar unterhalb des Stauchdornes. Der verbleibende Dornrest der Bruchstelle erfüllt dabei als statisch unwirksame Verjüngung keinen wie immer gearteten praktischen Zweck. Auf ein festigkeitserhöhendes Anpressen des Hohlnietschaftes an die Innenwandung der Fügegutbohrung im Bereich der Klemmlänge durch ein radiales Verdrängen seitens eines durchzuziehenden und aufweitenden konischen Dornabschnittes wird ebenfalls verzichtet.
Wenn die Scherfestigkeit der oben erwähnten Blindnietverbindungen durch Einpassen eines Fülldornes gegenüber derjenigen einer gewöhnlichen Hohlniete überschritten werden kann, so trifft dies für die Zugfestigkeit der Nietverbindung längs ihrer Klemmrichtung keinesfalls zu. Die im Vergleich zur Scherfestigkeit oft sehr mangelhafte Zugfestigkeit von Blindnietverbindungen in der Klemmrichtung des Füge-
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gutes zwingt daher bei den bisher bekannten Blindnietverbindungen oft zur Überdimensionierung. Dies trifft speziell bei Beanspruchung auf Vibration, insbesondere im Resonanzfall, zu. Zudem wird das bei einer solchen Vibrationsbeanspruchung gegebenenfalls auftretende Rasselgeräusch einzelner locker ge- wordener Dornteile meist störend empfunden.
Schliesslich sind auch die Anforderungen an einen wasserdichten und druckfesten Verschluss bei den bisher bekannten Blindnietverbindungen infolge ihrer unvoll- kommenen Schliesskopfbildung und einer fehlenden Verriegelung des Fülldornes - sei es mit dem Schliess- kopf oder sei es mit dem Setzkopf - für viele Zwecke unzureichend erfüllt.
Blindnietverbindungen nach den bisher bekannten Verfahren reichen demnach in ihrer Scher-und ins- besondere Zugfestigkeit noch in keiner Weise an die einer Vollniete heran. Sie sind ausserdem unpraktisch, da schon bei mässiger Beanspruchung statischer Zweckbestimmung eine zusätzliche Nachbearbeitung für die Versorgung des Fülldornes erforderlich wird. Ihre Anwendung blieb daher im wesentlichen auf jene
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des Flugzeug-und Karosseriebaues-beschränkt,Die Erfindung bezweckt die Ausnutzung der verformungstechnischen Möglichkeiten einer statisch i ausreichenden, in mehreren Stufen und mehrfach erfolgenden Schliesskopfbildung sowie die Verwirklichung einer unlösbaren, dreidimensionalen Verriegelung des als Füll-und Versteifungsdorn verbleibenden Dorn- teiles, sowohl mit dem Setzkopf als auch zugleich mit dem Schliesskopf der Hohlniete.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht nun darin, dass die Innenbohrung des Hohlnietkör- pers am Schliesskopfansatz durch eine Wandstärkenverdickung verengt ist und dass der Kopf des Domes zu seinem freien Ende hin konvex, vorzugsweise halbkugelförmig, ausgebildet ist.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der über die Oberfläche der Füge- teile herausragende Schaftabschnitt des Hohlnietkörpers eine sich zur zylindrischen Innenbohrung hin ver- engende konische Bohrung aufweist, deren an die zylindrische Innenbohrung angrenzende engste Stelle einen kleineren Durchmesser besitzt als die Innenbohrung.
Ferner ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der herausragende Schaftabschnitt des Hohlnietkörpers anschliessend an die Innenbohrung zunächst einen kurzen zylindrischen Abschnitt mit kleinerem Durch- messer als die Innenbohrung aufweist, an den sich bis zum freien Ende des herausragenden Schaftabschnit- tes ein konischer, nach aussen aufgeweiteter Bohrungsabschnitt anschliesst.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Dorn hinter seinem Kopf einen in seiner
Länge der Gesamtlänge der Bohrung in denFügeteilen bzw. der Gesamtlänge der Innenbohrung des Hohl- nietkörpers angepassten Schaftabschnitt (Füllabschnitt) aufweist, dessen Durchmesser grösser ist als der In- nendurchmesser des im Bereich der Fügegutbohrung befindlichen Abschnittes des Hohlnietkörpers.
Die erfindungsgemässe Blindniete ergibt als wesentlichste Vorteile gegenüber den bekannten Nieten ein starkes radikales Verdrängen des Hohlnietkörpermateriales durch die Wandstärkenverdickung, ein nahezu vollständiges klammerartiges Umschliessen des Dornkopfes durch das freie Schaftende des Hohl- nietkörpers und ein volles Ausfüllen des Hohlnietkörpers durch den Füllabschnitt des Domes, wobei kein zweiter Arbeitsgang notwendig ist, weil der Füllabschnitt aus dem Hohlnietkörper am Setzkopf nicht her- vorsteht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in welcher zwei beispielsweise Ausführungsformen einer Blindniete schematisch veranschaulicht sind. Es zeigen die Fig. 1-4 eine Verbindung von Fügeteilen mit je einem Durchgangsloch und die Fig. 5-7 eine Verbindung von Füge- gutteilen mit einem Durchgangsloch und einem Sackloch in verschiedenen Verfahrensstufen je teilweise im Schnitt.
Bei dem Anwendungsbeispiel einer Blindnietverbindung gemäss den Figez stellt die Fig. l den Aus- gangszustand und die Fig. 4 den Endzustand dar. Die Fig. 2 und 3 sind Zwischenstufen von wesentlichen
Phasen der Verformung und Versteifung der Blindnietbildung. Die Blindniete gemäss den Fig. 1-4 besteht aus dem Durchzugdom mit den Teilen 1-9 und der Hohlniete mit den Teilen 10-13, die in die entspre- chend bemessene Bohrung der Fügeteile 14 eingesetzt wird.
Die Nietvorrichtung, mittels welcher die
Blindniete während der Nietung gegen die Bearbeitungsseite der Fügeteile 14 gedrückt wird und in welche der Zugschaft 9 des Dornes während der Nietung eingespannt und in diese hineingezogen wird. ist wegen
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Hohlnieteverschiedenen Kraftbedarf bis zur Verformung des nächsten figurenmässig dargestellten Stadiums andeutet.
Der Durchzugdorn besteht bei dieser Ausführung grundsätzlich aus einem in der Hohlniete verbleibenden Dornabschnitt 1-6 und einem abzutrennenden Dornabschnitt 8 und 9, die beide über eine Soll-
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bruchstelle 7 fest miteinander verbunden sind. Die Sollbruchstelle 7 ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie unmittelbar nach erfolgtem Zugbruch gleich die endgültige Begrenzung des Stauchdornes sowie einen als Füll- und Versteifungsdorn verbleibenden Dornteil 1-6 gegenüber dem abzutrennenden Domteil
8 und 9 darstellt. Die Sollbruchstelle ist zu diesem Zweck als eine im Verhältnis zu ihrem Durchmesser äusserst schmale Querschnittseinengung ausgebildet.
Die Querschnittsverhältnisse zwischen Fülldorn 4-6 und dem engsten Querschnitt der Sollbruchstelle 7 sind so gewählt, dass bei einem maximalen Zugbruch- moment die Streckung der Fülldornteile 4-6 im Augenblick des Zugbruches noch nicht über die Elastizi- tätsgrenze hinausgeht. Der Ort der Sollbruchstelle 7 ist schliesslich so gewählt, dass die Bruchfläche nach erfolgter Nietbildung gemäss Fig. 4 knapp hinter der Frontalebene des nachgeformten fertigen Setzkopfes 13 zu liegen kommt. Statisch unwirksame Domreste der erfolgten Bruchstelle 7 gemäss Fig. 4 sind unbedeu- tend, so dass sich deren etwaige nachträgliche Entfernung von vornherein erübrigt.
Der abzutrennende Dornabschnitt 8, 9 besteht bei dieser Ausführung aus dem Zugschaft 9 und einem kegeligen Aufweitkonus 8.
Der in der Hohlniete als Bestandteil der fertigen Blindniete verbleibende Dornabschnitt 1-6 setzt sich aus dem Stauchdorn 1-3 und dem Fülldorn 4-6 zusammen. Der als Versteifung des fertigen Schliesskopfes dienende Stauchdorn 1-3 ist mit scharf abgesetzten Mitnehmerrillen 2 und einem stumpfwinkeligen Stauchkonus 3 ausgerüstet. Der Fülldorn 4-6 ist bei dieser Ausführung längs seines Umfanges mit je einer eingestochenen hinteren Rippe 4 und einer vorderen Rippe 6 versehen. Beide Rippen 4 und 6 sind nach erfolgter plastischer Verformung der Hohlniete 10-13 für eine Verriegelung des Fülldornes 4-6 längs seiner Achse sowohl mit dem fertigen Schliesskopf als zugleich auch mit dem fertig nachgeformten Setzkopf 13 gemäss Fig. 4 bestimmt. Der eigentliche Füllabschnitt 5 ist zur Sicherung gegen Verdrehung mit Längsrillen ausgestattet.
Der Kerndurchmesser dieses gerillten Füllabschnittes entspricht dem Durchmesser des Aufweitkonusses 8 auf dem der Sollbruchstelle zugekehrten Ende.
Der gesamte Dorn ist vorzugsweise aus einem Stahl besonders hoher Zugfestigkeit gefertigt und dar- über hinaus in Spezialausführung aus einer rostfreien Legierung.
Der Setzkopf 13 der Blindniete besitzt eine Frontalfläche, die in unverarbeitetem Zustand gemäss Fig. l leicht konkav verläuft, wobei sich sein Rand auf der Bearbeitungsseite des entsprechenden Fügeteiles leicht vorwölbt. Der Nietschaft besteht aus einem zylindrischen Teil 12, welcher über den Klemmbereich der noch unverarbeiteten Verbindung auf der Schliesskopfseile gemäss Fig. l hinausragt und von dort an in einen nach innen verdickten Hohlnietschaftteil 11 übergeht. Der in seinem Querschnitt nach innen zunächst verdickte Hohlnietschaftteil 11 ist in Richtung auf den Hohlnietschaftrand zu von einem kurzen zylindrischen Teil maximalster Wandstärke an in Form eines spitzwinkeligen Innenkonusses wieder verjüngt.
In diesem Innenkonus sitzt in unverarbeitetem Zustand der Niete gemäss Fig. l der Aufweitkonus 8 des nach erfolgter Nietbildung abzutrennenden Dornabschnittes 8-9.
Um während der Schliesskopfbildung ein nahezu vollständiges Herumlegen des Hohlnietschaftrandes 10 um den Stauchdornkopf 1 zu erreichen, ist der Hohlnietschaftrand 10 gezahnt. Diese Zahnung weist gemäss Fig. 4 gröbere, tiefere und feinere, weniger tiefe Abschnitte auf. Dadurch wird nebst der wesentlich vollkommeneren Einschliessung des Dornkopfes 1 durch den Hohlnietschaftrand 10 vor allem sein optimales Festhalten in der Klemmrichtung bewirkt. Ein überflüssiger Kräfteverschleiss für die Querstauchung des sich längs seines Umfanges nach seinem äusseren Ende hin immer mehr einschnürenden Hohlnietschaftrandes 10 wird dadurch im Bereich der Zahnung zugunsten der festhaltenden Kräfte längs der Klemmrichtung vermieden.
Ebenso ist durch diese Zahnung eine Faltenbildung während der Schliesskopfformung des gegenüber den bisherigen Blindnieten wesentlich weiter über den Stauchkopfrand hinausragenden Hohlnietschaftrandes 10 ausgeschlossen.
Wenn bei den bisher bekannten Blindnietverbindungen die Querschnittsverjüngung des aus den Fügeteilen herausragenden Hohlnietschaftteiles nach seinem Rand hin zwecks eines besseren Herumlegens desselben um den Stauchdorn bei zylindrischer Hohlnietschaftbohrung durch einen Aussenkonus durchgeführt wird, so ist bei der Erfindung für den gleichen Zweck ausser der Zahnung, grundsätzlich ein Innenkonus bei zylindrisch verlaufendem Hohlnietschaft vorgesehen. Der Durchmesser des Hohlnietschaftrandes 10 entspricht dadurch bereits in unverarbeitetem Zustand der Niete dem grössten Aussendurchmesser des Stauchdornes 1-3. Der Hohlnietschaftrand 10 hat dadurch von vornherein schon einen entsprechenden Abstand von dem Fülldorn 4-6 bzw. Zugschaft.
Er braucht sich daher zwecks Passage des Stauchdomkopfes 1-3 nicht erst von dem viel kleinerenFülldorn-bzw. Zugschaftdurchmesser auf den Stauchdornkopfdurchmesser aufzuweiten, um sich anschliessend wieder einzuschnüren.
Einem Innenkonus dieses Hohlnietschaftteiles 11, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, kommt ferner noch der Vorteil zu, dass er sich im. Hinblick auf einen möglichst grossen Schliesskopfdurchmesser schon in den Anfangsstadien der Schliesskopfbildung stärker ausbaucht.
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Querschnitt des aus den FügeteilenFügeteiles sowie seiner Versteifung in sich selbst, praktisch der einer Vollniete aus dem Werkstoff der Hohl- niete.
Eine Unterstützung der Schliesskopfbildung tritt ein, wenn der Aufweitabschnitt 8 und der Stauchko- nus 3 in ihrem Querschnitt leicht elliptisch ausgebildet sind und der gesamte unter Zugwirkung stehende Dorn - während der Verformung von Fig. - über seinen Zugschaft von der Nietvorrichtung aus durch gleichzeitige Drehung des Spannfutters, ähnlich einer Handbohrmaschine. zugleich in eine fortlaufende
Rotation versetzt wird.
Ein Drehantrieb des Domes von der Nietvorrichtung aus bietet darüber hinaus noch die Möglichkeit, einen solchen, vorzugsweise ohnehin aus Werkzeugstahl gefertigten Dorn an seiner Stirnseite bzw. seinem
Stauchdornkopf 1 mit an sich bekannten Bohrschneiden zu versehen, um gleich als Bohrer für das jeweili- ge Durchgangsloch des Fügeteiles verwendet zu werden. Einer solchen in einem durchgehenden Arbeits- gang verbohrten und vernieteten Verbindung kommt schliesslich als Sonderausführung für verschiedene
Zwecke der Vorteil zu, dass Spannungen innerhalb der Fügeteile längs der Nietnaht von vornherein ver- mieden werden.
Bei dem in den Fig. 5-7 dargestellten Ausführungsbeispiel zur Herstellung einer Verbindung von Füge- teilen 14 mit je einem Durchgangsloch und je einem Sackloch, ist der für das Sackloch bestimmte Hohl- nietschaftteil 11 entsprechend länger und stärker als radial aufweitbarer Dübel ausgebildet. Der Teil 11 dieser kombipierten Dübelhohlhiete ist ferner längs seines Umfanges mit Rippen 15 versehen, welche- zum Zwecke eines festen Halites in dem Sackloch - während des Nietvorganges in die Unebenheiten der jeweiligen Sacklochwandung hineingepresst werden. Ein zwecks gegenseitiger Distanzierung der Füge- teile 14 vorgesehener Distanzierungsflansch 16 ist bei dieser Ausführung in einem Stück mit der Dübelhohl- niete gefertigt.
Der auf der Bearbeitungsseite vorgesehene und somit der Nletvornchtung zugekehrte Setzkopf 13, der in unverarbeitetem Zustand der Dübelhohlniete, um sein vorheriges Durchstecken durch den Fügeteil mit dem Durchgangsloch zu ermöglichen, noch rohrförmig ist, wird erst während des Nietvorganges mit Hilfe des Setzwerkzeuges 17 geschlossen. Der gesamte Dübelkopfbzw. Hohlnietschaftteil 11 ist vorzugsweise, ausser mit der Zahnung 10, noch mit Längseinschnitten versehen, welche bis an den Distanzierungsflansch 16 reichen.
Dadurch wird während der radialen Aufweitung des Dübel- bzw. Hohlnietschaftteiles 11 eine Dehnung längs seines Umfanges vermieden, so dass praktisch die gesamte Querkomponente der Zugkraft für das Anpressen des Hohlnietschaftteiles 11 an die Innenwandung des Sackloches wirksam wird.
Der Dorn besteht hier analog der Blindnietausführung ebenfalls aus einem als Versteifungs-und Füll- dorn verbleibenden Dornabschnitt 1-6 und einem aus Aufweitkonus 8 und Zugschaft 9 bestehenden, über die Sollbruchstelle 7 abzutrennenden Dornabschnitt. Nur der stumpfwinklige Stauchdomkonus 3 gemäss Fig. 1-4 ist weggelassen, weil bei dieser Ausführung für das Einstülpen des gezahnten Hohlnietschaftrandes 10 die Wirkung der Mitnehmerrillen ausreicht. Dafür übernimmt der längsgerillte Füllabschnitt 5 als spitzwinklig ausgebildeter Aufweitkonus zugleich die Aufgabe des radialen Aufweitelementes für den Hohlnietschaftteil 11 und ist zu diesem Zweck dem Innenkonus desselben entsprechend eingepasst.
Die Wirkungsweise der mehrfach erfolgenden Verformung und Versteifung einer solchen Dübelkopfhohlniete in einem einzigen Arbeitsgang ist der Nietbildung der Blindniete gemäss Fig. 1-4 ähnlich.
Die beschriebenen Beispiele stellen eine optimale Anwendung von mindestens sechs verschiedenen und in einem Zug erfolgenden, festigkeitsbedingenden Verformungen oder Versteifungen des eigentlichen Verbindungsgliedes dar, deren Aufwand bei geringeren Anforderungen nicht unbedingt erforderlich ist.
So ist es z. B. bei Verbindungen, wo es nicht so sehr auf eine maximale Scher- und Zugfestigkeit ankommt, aus wirtschaftlichen Gründen zweckmässig, auf einen gedrehten Dorn zu verzichten und sich mit einer billigeren Drahtstauehausführung zu begnügen. Als Sollbruchstelle 7 genügen dann zwei schmale seitlich gegenüberliegende Kerben. Als einfachere Ausführung genügt es, den Fülldorn mit einem gegen- über dem Zugschaft grösseren Durchmesser und abgerundeter Kante auf der Zugschaftseite auszuführen, um dem Zweck eines radialen Aufweitelementes zu entsprechen.
Ferner ist es in der Spezialanwendung derDübelkopfhohlnietausführung für die Anbringung von Typen- schildern an Maschinen und Geräten zweckmässig, wegen des glatten Anliegens solcher Typenschilder, am Distanzierungsflansch 16 zu verzichten und den Nietkopf auf der Bearbeitungsseite als fertigen Setzkopf auszubilden.
Schliesslich ergibt sich noch als Anwendungsmöglichkeit z. B. die Montage von Fassonköpfen in der Lederbranche oder die Montage ganzer Buchstaben auf Reklameschildern. Der Vorteil dieser Verbindung mittels eines Fassonteiles liegt hier nebst einer ausreichenden Festigkeit, in der Herstellung der Verbindung von nur einer Bearbeitungsseite aus, wodurch gegenüber einer bisher üblichen Nietverbindung der
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anzubringende Fassonteil entsprechend geschont wird. Der mit Dorn und Schliesskopf versehene Fasson- teil wird zu diesem Zweck von der der Nietvorrichtung gegenüberliegenden Seite in das jeweilige Durchgangsloch eingeführt, wobei der Schliesskopf erst durch das Mundstück der Nietvorrichtung gebildet wird, ähnlich wie bei dem in den Fig. 5-7 dargestellten Beispiel.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Blindniete, bestehend aus einem Hohlnietkörper und einem abbrechbaren Durchzugdorn mit Kopf, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrung des Hohlnietkörpers am Schliesskopfansatz (10, 11) durch eine Wandstärkenverdickung verengt ist und dass der Kopf (1-3) des Dornes zu seinem freien Ende hin konvex, vorzugsweise halbkugelförmig ausgebildet ist.