Nietmuffe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nietmuffe, welche dazu ausgebildet ist, auf das Schaftende einer Niete aufgesetzt zu werden.
Die erfindungsgemässe Nietmuffe ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine sich zwischen einer ersten und einer zweiten Stirnfläche erstreckende Bohrung aufweist, wobei die erste Stirnfläche praktisch senkrecht zur Achse der Nietmuffe verläuft und mit einem ersten Ringwulst versehen ist, welcher in radialer Richtung im Abstand zur Bohrung angeordnet ist, einen durchwegs vollen Querschnitt aufweist und dazu ausgebildet ist, in einem Bauteil eingebettet zu werden und dabei eine gesteuerte kalte Fliessverformung des Materials des Bauteils in der Umgebung eines den Nietschaft aufnehmenden Loches zu bewirken und dadurch eine remanente Druckspannung im Bauteil um das Loch herum zu erzeugen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Nietmuffe und einer Niete, die miteinander zur Verbindung von Bauteilen verwendet werden können,
Fig. 2 einen Längsschnitt der Niete längs der Linie 22 in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt der Nietmuffe längs der Linie 3-3 in Fig. 1 und
Fig. 4a bis 4d ein Beispiel der Anwendung der Nietmuffe im Zusammenwirken mit der Niete zur Verbindung von zwei aufeinanderliegenden Bauteilen, wobei die Reihenfolge der Montage dargestellt ist.
Wie aus den Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich, weist die Niete 10 einen Kopf 12 und einen Nietschaft 14 auf. Auf der Unterseite des Nietkopfes 12 ist ein längs des Umfangs verlaufender Wulst oder Prägering 16 angeordnet. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, weist der Prägering 16 einen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Im Nietschaft 14 in der Nähe des Nietkopfes 12 ist eine ringförmige Nut 18 vorgesehen.
Die Nietmuffe 20 weist einen zylindrischen Durchgang 22 auf, welcher sich von deren einen Stirnfläche 24 bis zur gegenüberliegenden Stirnfläche 26 erstreckt. Jede der Stirnflächen 24 und 26 ist mit einem längs des Umfangs verlaufenden Wulst oder Prägering 28 bzw. 30 versehen. Der Durchmesser des Nietschaftes 14 und der Nietmuffenbohrung 22 sind derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen ihnen ein Schiebesitz gebildet wird, d.h. die Nietmuffe kann von Hand auf das Ende 19 der Niete geschoben werden.
Die Fig. 4a, 4b, 4c und 4d sind Vertikalschnitte zur Darstellung der Reihenfolge zur Verbindung von zwei Bauteilen 40 und 42 mittels der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Niete 10 und Nietmuffe 20. In Fig. 4a ist die Niete 10 oberhalb dem Teil 40 und die Nietmuffe 20 unterhalb dem Teil 42 dargestellt. Die Bauteile 40 und 42 sind zur Aufnahme des Nietschaftes 14 der Niete 10 mit je einer Bohrung 44 bzw. 46 versehen. Wenn die Teile 40 und 42 aneinander liegen und die Bohrungen 44 und 46 aufeinander ausgerichtet sind, wird eine einzige Durchgangsöffnung gebildet, die sich von der nach aussen gerichteten Oberfläche 48 des Teils 40 vollständig durch diese beiden Bauteile hindurch bis zur nach aussen gerichteten Oberfläche 50 des Teils 42 erstreckt.
Der Teil 40 kann z.B. eine Platte sein, die einen Teil der Aussenhaut eines Flugzeugs bildet, während der Teil 42 eine andere Platte oder einen Bestandteil des Flugzeuggerippes sein kann.
Zunächst wird der Nietschaft 14 der Niete 10 so weit in die Bohrungen 44 und 46 eingeführt, bis die Unterseite des Nietkopfes 12 an der nach aussen gerichteten Oberfläche 48 der Platte 40 anliegt und das Ende 19 der Niete aus der nach aussen gerichteten Oberfläche 50 der Platte 42 heraussteht. Dies ist in Fig. 4b dargestellt. Anschliessend wird der Nietkopf 12 in die nach aussen gerichtete Oberfläche 48 der Platte 40 hineingetrieben bis er in der letzteren eingebettet ist, wie dies aus Fig. 4b ersichtlich ist. Das Hineintreiben des Nietkopfes 12 kann mittels eines (gestrichelt eingezeichneten) Stempels 60 durchgeführt werden, welcher wenn er nach unten getrieben wird, den Nietkopf in die Platte 40 treibt.
Ein geeigneter Lochstempel 62, welcher ebenfalls gestrichelt eingezeichnet ist, wird unterhalb der Platte 42 angeordnet, um die beiden Platten abzustützen, während der Nietkopf in die obere Platte hineingetrieben wird.
Während der Nietkopf 12 in die Platte 40 hineingetrieben wird, wird das unter dem Nietkopf liegende Plattenmaterial durch kalte Fliessverformung verdrängt.
Ein Teil des von der Platte 40 verdrängten Materials fliesst in die ringförmige Nut 18 im Nietschaft 14, um die Niete in der Platte 40 festzuklemmen. Ein weiterer Teil dieses verdrängten Materials fliesst so, dass das Spiel zwischen der Oberfläche der Bohrung 44 in der Platte 40 und dem Nietschaft 14 aufgehoben wird. Das Volumen des in der Platte 40 eingebetteten Nietkopfes wird vorzugsweise derart gewählt, dass es grösser ist, als die Summe des Volumens der Nut 18 und des Volumens des Spielraums zwischen dem Schaft 14 und der Platte 40.
Als Ergebnis bewirkt das überschüssige Volumen des eingebetteten Nietkopfes, dass die Platte 40 in der Umgebung der Bohrung 44 verdichtet wird und dadurch dort eine remanente Druckspannung erzeugt wird. Der Prägering 16 auf der Unterseite des Nietkopfes 12 ist derart geformt und bemessen, dass er die kalte Fliessverformung des Plattenmaterials steuert, um die gewünschte remanente Druckspannung zu erzeugen; Zusätzlich wird, wenn der Prägering 16 in der Platte 40 eingebettet ist, die Bohrung 44 durch den Nietkopf 12 überbrückt, so dass axial gerichtete Belastungen in der Platte 40 durch den Nietkopf über die Bohrung 44 aufgenommen werden.
Nach dem Einbetten des Nietkopfes 12 in der Platte 40 wird die Nietmuffe 20 über das Ende 19 der Niete geschoben, bis die Stirnfläche 24 mit dem Prägering 28 an der nach aussen gerichteten Oberfläche 50 der Platte 42 anliegt, wie dies aus Fig. 4c ersichtlich ist.
Anschliessend wird die Nietmuffe 20 an der nach aussen gerichteten Oberfläche 50 in die Platte 42 getrieben, um den Prägering 28 in die letztere einzubetten. Das Eintreiben der Nietmuffe 20 kann mittels eines geeigneten Stempels 64, wie in Fig. 4c gestrichelt eingezeichnet, erfolgen, welcher bei einer Bewegung nach oben die Nietmuffe in die Platte 42 drückt. Der Stempel 60 wird oberhalb der Platte 40 und dem Nietkopf 12 gehalten, um die beiden Platten abzustützen, wenn die Nietmuffe in die untere Platte eingebettet wird.
Wenn der Prägering 28 der Nietmuffe 20 in die Platte 42 eingedrückt wird, wird das sich oberhalb dem Ring 8 befindende Plattenmaterial durch kalte Fliessverformung verdrängt. Ein Teil des derart verdrängten Materials nimmt das Spiel zwischen der Oberfläche der Bohrung 46 in der Platte 42 und dem Nietschaft 14 auf. Das Volumen des in die Platte 42 eingebetteten Rings 28 ist derart bemessen, dass die Platte 42 in der Umgebung der Bohrung 46 verdichtet wird, wodurch eine remanente Druckspannung im um die Bohrung sich befindenden Plattenmaterial erzeugt wird. Der Prägering 28 der Nietmuffe ist derart geformt und bemessen, dass er die kalte Fliessverformung des Plattenmaterials so steuert, dass die erwünschte remantente Druckspannung erzeugt wird.
Auf der Stirnfläche 26 der Nietmuffe ist ein Ring 30 derart angeordnet, dass die Nietmuffe symmetrisch ausgebildet ist und ihre Lage beim Aufschieben auf das Ende 19 der Niete durch den Monteur nicht überprüft werden muss.
Nach der Einbettung der Nietmuffe 20 in die Platte 42 wird das Ende 19 des Nietschaftes 14 wie aus Fig. 4d ersichtlich, gestaucht. Das Stauchen des Endes 19 des Schaftes 14 kann wie gestrichelt eingezeichnet, durch einen geeigneten Stempel 66 erfolgen, welcher bei einer Bewegung nach oben bewirkt, dass der Schaft in radialer Richtung gegen die Oberflächen der Bohrungen 44 und 46 expandiert und das Ende 19 breitgedrückt wird. Die in radialer Richtung gerichtete Expansion des Schaftes bewirkt einen Festsitz zwischen dem Nietschaft und den Platten 40 und 42 und drückt das Material der letzteren, das sich in der Nähe der Bohrungen befindet, nach aussen, und überlagert dadurch eine remanente Zugspannung der remanenten Druckspannung die vorher in den Platten 40 und 42 erzeugt wurde.
Das Ausmass der radialen Expansion des Schaftes 14 bestimmt, ob die Deformation der Platten 40 und 42 elastisch oder plastisch ist. Gewöhnlich ist die Art der gewählten Deformation abhängig von der Wahl des Plattenmaterials und dessen Widerstand gegen Spannungskorrosion.
Das Breitdrücken des Endes 19 der Niete drückt Schaftmaterial gegen die Stirnfläche 26 der Nietmuffe und klemmt dadurch die Platten 40 und 42 zusammen.
Die dargestellte Nietmuffe 20 kann auch mit einer anders ausgebildeten Niete oder im Zusammenwirken mit einem anderen Element verwendet werden.