DE10135230C1

DE10135230C1 - Rivet connection, used between upper component of brittle material, and lower metal component, has complementary spherical surfaces between contacting parts of rivet head and upper component of brittle material

Info

Publication number: DE10135230C1
Application number: DE2001135230
Authority: DE
Inventors: Wilhelm F Holler
Original assignee: Wilhelm F Holler
Current assignee: SMI PRODUCTS AND SERVICES GMBH, 92318 NEUMARKT, DE
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2021-07-25

Abstract

The rivet connection uses a counter-sunk rivet (10) with a rivet head (2) and a rivet shaft (3), the contacting parts of the rivet head and the upper component (4) provided with complementary hemispherical surfaces (15,16).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nietverbindung, bei der insbesondere ein oberes Bauteil aus sprödem Werkstoff mit einem unteren Bauteil aus Metall über mindestens einen Niet verbunden sind, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie allgemein zur Verbindung insbesondere plattenförmiger Teile durch Vernieten Verwendung finden.The invention relates to a riveted joint, in particular a upper component made of brittle material with a lower component made of metal above are connected at least one rivet, according to the preamble of claim 1, as they generally for connecting in particular plate-shaped parts by riveting Find use.

Üblicherweise werden Niete als starre, formschlüssige Verbindungselemente von zwei oder mehr meist plattenförmigen Bauelementen verwendet, wobei diese Niete stets mit geraden Flächen in der Kopfauflage ausgeführt sind. D. h. bei Nieten mit Setzkopf, z. B. Halbrund- oder Flachkopfform, ist die ebene Kopfaufla gefläche der Niete senkrecht zur Nietlängsachse und liegt in montiertem Zustand direkt auf der ebenen Fläche des oberen Bauelements auf. Im Falle von Nieten mit Senkköpfen weisen diese ebenen Kopfauflagen des Niets eine konische Form auf und liegen in einer konischen Einsenkung des oberen Bauteils ein. Bei dynamischen Belastungen dieser Nietverbindungen, bei denen die durch Ver nieten miteinander verbundenen Bauelemente sich relativ zueinander zumindest leicht verschieben, führen die Niete eine Art Taumelbewegung durch, wobei sie insbesondere mit dem äußeren Rand ihre Köpfe, ob das nun ein Setzkopf oder ein Senkkopf ist, einen verstärkten Druck auf das darunter befindliche Material ausüben. Dieser Druck führt aber gerade bei spröden oder porösen Werkstoffen dazu, dass an diesen Stellen der Kopfauflage Überlastungen des Grundmaterials auftreten, die mit zur Zerstörung der Nietverbindungen führen können.Rivets are usually used as rigid, form-fitting connecting elements two or more mostly plate-shaped components used, these Rivets are always made with straight surfaces in the headrest. I.e. at Rivets with setting head, e.g. B. semicircular or flat head shape, is the flat head support surface of the rivet perpendicular to the longitudinal axis of the rivet and lies in the assembled state directly on the flat surface of the upper component. In the case of rivets with countersunk heads, these flat head supports of the rivet have a conical shape Form on and lie in a conical depression of the upper component. at dynamic loads of these riveted joints, in which the by Ver riveted components at least relative to each other move slightly, the rivets perform a kind of wobbling movement, whereby they especially with the outer edge of their heads, whether that's a setting head or is a countersunk head, an increased pressure on the material underneath exercise. However, this pressure leads to brittle or porous materials cause the base material to be overloaded at these points on the headrest occur that can lead to the destruction of the rivet connections.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nietverbindung oben genannter Gattung an zugeben, die eine höhere dynamische Belastung, auch als Nietverbindung mit spröden oder porösen Werkstoffen, optimal aufnimmt. The object of the invention is to provide a riveted joint of the type mentioned above admit having a higher dynamic load, even as a riveted joint brittle or porous materials, optimally absorbs.

Diese Aufgabe wird durch eine Nietverbindung genannter Gattung mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.This task is achieved by a rivet connection of the type mentioned Drawing features of claim 1 solved. In the subclaims are characterized advantageous embodiments of the invention.

Zwar ist in der US 4,245,921 eine Nietverbindung beschrieben, bei der ebenfalls kalottenförmige Auflageflächen an einem Nietkopf und Nietloch vorgesehen sind. Diese Kalottenform ist jedoch nicht insbesondere am eigentlichen Nietkopf vor gesehen, sondern am während der Fertigstellung der Nietverbindung zu formen den Schließkopf. Zudem wird bei der bekannten Nietverbindung als ganz wichtig betrachtet, dass deren Niet unter Kraftaufwendung eingesetzt wird und insbeson dere der Schließkopf unter besonderer Druckeinwirkung in die entsprechende Einsenkung im Bauteil eingeformt wird, so dass ein gewisser Teil des Nietmateri als radial verdrängt wird und mit dem Material des Bohrloches interferiert. Da durch wird sowohl im Niet als auch im Bauteil unter der entsprechenden Druck einwirkung eine Materialveränderung im Sinne einer Härtung stattfinden. Durch diese bekannte Nietverbindung wird somit angestrebt, eine möglichst festsitzende Kalotten-Verbindung über den Schließkopf zu erreichen, während der Nietkopf in allen Ausführungsformen ein normaler Setzkopf mit ebener Auflagefläche ist. Somit wird gerade an dem Ende, an welchem die Kalottenform anmeldungsge mäß vorgesehen ist, überhaupt nichts gegen die Materialüberlastung durch den Druck des äußeren Randes des eben aufliegenden Nietkopfes unternommen, sondern im Gegenteil, es wird über den kalottenförmigen Schließkopf versucht, noch mehr Druck auf die Bauteilmaterialien auszuüben. Die Kalottenform der be kannten Nietverbindung ist somit nicht in erster Linie am als Setzkopf oder Senk kopf ausgebildeten eigentlichen Nietkopf vorgesehen und dient nicht in Art eines Kugelgelenks insbesondere zum Abbau des Druckes zwischen den Verbin dungsteilen.A riveted joint is described in US Pat. No. 4,245,921 spherical support surfaces are provided on a rivet head and rivet hole. However, this dome shape is not particularly present on the actual rivet head seen, but to form during the completion of the rivet connection the closing head. In addition, the known rivet connection is very important considered that their rivet is used with force and in particular the closing head under special pressure in the corresponding Countersink is formed in the component, so that a certain part of the rivet material is displaced radially and interferes with the material of the borehole. because through is in the rivet as well as in the component under the appropriate pressure a change in material takes place in the sense of hardening. By this known rivet connection is therefore aimed at being as tight as possible Dome connection via the closing head while the rivet head is in all embodiments is a normal setting head with a flat contact surface. Thus, at the very end at which the dome shape is registered According to the plan, nothing against the material overload by the Pressure is applied to the outer edge of the rivet head lying on top, on the contrary, an attempt is made via the dome-shaped closing head to put even more pressure on the component materials. The spherical shape of the be Known rivet connection is therefore not primarily as a setting head or countersink head trained actual rivet head is provided and does not serve in the manner of a Ball joint in particular to relieve the pressure between the connector dung share.

Demgemäß weist die Nietkopfauflage von Nietkopf und oberem Bauteil eine Ku gel- bzw. Kalottenform auf, d. h. die hintere Stirnfläche des Nietkopfes, mit der der Niet bzw. der Nietkopf auf dem oberen Bauteil aufliegt, ist kugelig/kugelförmig ausgebildet, während die Oberfläche des oberen Werkstücks auf dem der Nietkopf aufliegt, rund um das Nietloch eine kalottenförmige Vertiefung aufweist, die in Größe und Auslegung des Kalottenradius mit derjenigen der Auflagefläche des Nietkopfs übereinstimmt.Accordingly, the rivet head support of the rivet head and the upper component has a Ku gel or dome shape, d. H. the rear face of the rivet head with which the The rivet or the rivet head rests on the upper component is spherical / spherical formed while the surface of the upper workpiece on which the rivet head rests, has a dome-shaped depression around the rivet hole, which in size and design of the dome radius with that of the contact surface of the Rivet head matches.

Durch diese kugelige/bombierte Ausbildung der gegenseitigen Auflageflächen besitzt der Niet eine Art Kugelgelenklagerung, bei der beim Kippen der Nietver bindung unter dynamischer Belastung der Nietkopf eine Schwenkbewegung ausführt, mit im Wesentlichen gleichförmiger Belastung entlang der gesamten Kopfauflage. Eine einseitige Überlastung des Grundmaterials, die beim Kippen eines Niets in gerader Ausführungsform insbesondere in der äußeren Zone der Nietkopfauflage auftritt, kann bei der erfindungsgemäßen Kugelform nicht auftre ten, da der Nietkopf nunmehr die Möglichkeit hat, entsprechend dem Bela stungsmoment zu verschwenken, wodurch eine im wesentlichen gleichmäßige Oberflächenbelastung erhalten bleibt.This spherical / cambered design of the mutual contact surfaces the rivet has a kind of ball joint bearing, in which the rivet is tilted binding under dynamic load of the rivet head a swiveling movement executes, with substantially uniform loading along the entire Head rest. A one-sided overload of the base material that occurs when tipping of a rivet in a straight embodiment, in particular in the outer zone of the Rivet head support occurs, can not occur in the spherical shape according to the invention ten, since the rivet head now has the option to match the Bela pivotal moment, thereby creating a substantially uniform Surface stress is retained.

Das Schwenk-Kippen der Nietverbindung wird noch zusätzlich optimiert, wenn auch der am freien Schaftende des Niets angeformte Schließkopf sowie die dar unter befindliche Auflagefläche des unteren Bauteils eine kalottenförmige Aufla gefläche aufweisen, so daß beim Schließvorgang, wobei beim Schließvorgang der Schließkopf entsprechend in die kalottenförmige Ansenkung eingeformt wird. Durch die im wesentlichen identische Ausbildung der beiden Köpfe der Nietver bindung wird auch eine gleichmäßige Belastung an beiden Nietenden erreicht.The swivel-tilt of the rivet connection is further optimized, if also the closing head formed on the free shaft end of the rivet and the under the contact surface of the lower component is a dome-shaped support Have surface so that during the closing process, with the closing process the closing head is correspondingly molded into the dome-shaped countersink. Due to the essentially identical design of the two heads of the Nietver bond is achieved even load on both rivet ends.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen zum Stand der Technik und zur Erfindung, unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention is based on exemplary embodiments the technology and the invention, explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Nietverbindung nach dem Stand der Technik mit einem Senkkopf-Niete, eingeführt in die Bohrungen der zu verbindenden Bauteile, in unvernietetem Zustand, Fig. 1 is an axial section through a rivet connection according to the prior art having a countersunk head rivets, inserted in the bores of the, components to be connected, in state unvernietetem

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 1, aber durch eine erfindungsge mäße Nietverbindung mit einem Senkkopf-Niet, Fig. 2 is a section similar to FIG. 1, but by a erfindungsge Permitted rivet connection with a countersunk head rivet

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 1, jedoch durch eine Nietverbin dung gemäß Stand der Technik, mit einem Setzkopf-Niet, Fig. 3 is a section similar to FIG. 1, but by a Nietverbin stand-making according to the technique with a set-head rivet,

Fig. 4 einen Schnitt wie in Fig. 2, jedoch mit einem Setzkopf-Niet, und Fig. 4 shows a section as in Fig. 2, but with a rivet head, and

Fig. 5 eine Nietverbindung wie in Fig. 4, mit einem am Niet angeformten Schließkopf mit kalottenförmiger Auflage. Fig. 5 is a rivet connection as shown in Fig. 4, with an integrally formed on the rivet blind head with dome-shaped support.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besitzt ein herkömmlicher Senkkopf-Niet 1 einen Nietkopf 2, hier einen Senkkopf, und einen Nietschaft 3. Er ist durchgehend aus dem gleichem Material gefertigt und dient zur Verbindung, wie hier beispielhaft dargestellt, von mindestens zwei plattenförmigen Bauteilen 4 und 5, die mit einer koaxialen Bohrung 6 versehen sind, dem Nietloch, wobei der konische Nietkopf 2 in einer entsprechenden konischen Ansenkung 7 des Nietloches 6 des oberen Bauteils 4 einliegt. Durch dynamische Belastungen, während deren die durch die Nietverbindung zusammengehaltenen Bauteile 4 und 5 die beispielhaft durch die Pfeile 11 und 12 angedeuteten Verschiebebewegungen ausüben, wird der Niet 1 taumelnde Kippbewegungen ausführen, die durch die Schrägstellungen der Nietachse 13 dargestellt sind. Dabei wird der Niet 1 insbesondere mit dem äuße ren Rand der Auflagefläche 8 seines Kopfes 2 auf das darunter befindliche Mate rial des Bauteils 4 einen verstärkten Druck ausüben, was als Druckstellen 14 an gedeutet ist. Die dabei entstehende Überlastung insbesondere im Falle eines spröden, porösen Materials, kann zu dessen Zerstörung und als Folge davon zur Zerstörung der gesamten Nietverbindung führen.As can be seen from FIG. 1, a conventional countersunk head rivet 1 has a rivet head 2 , here a countersunk head, and a rivet shaft 3 . It is made of the same material throughout and serves to connect, as shown here by way of example, at least two plate-shaped components 4 and 5 , which are provided with a coaxial bore 6 , the rivet hole, the conical rivet head 2 being in a corresponding conical countersink 7 of the rivet hole 6 of the upper component 4 . Due to dynamic loads, during which the components 4 and 5 held together by the rivet connection exert the displacement movements indicated by the arrows 11 and 12 , the rivet 1 will perform wobbling tilting movements, which are represented by the inclined positions of the rivet axis 13 . The rivet 1 will exert an increased pressure, in particular with the outer edge of the support surface 8 of its head 2 on the underlying material of the component 4 , which is interpreted as pressure points 14 . The resulting overload, in particular in the case of a brittle, porous material, can lead to its destruction and, as a result, to the destruction of the entire riveted joint.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäße Nietverbindung mit einem Senkkopf-Niet 10 in ähnlicher Situation dargestellt, wie beim bekannten Niet 1 aus Fig. 1. Es ist zu erkennen, daß der Senkkopf 2 dieses Niets 10 eine kalottenförmige Auflageflä che 15 aufweist, die in einer kalottenförmigen Einsenkung 16 des Nietlochs 6 ein liegt. Der Nietkopf 2 ist somit im wesentlichen ein Halbkugelkopf, der in einer durch die Einsenkung 16 gebildeten Kugelpfanne einliegt und mit dieser eine Art Kugelgelenk bildet. Es ist zu erkennen, daß bei Taumel- bzw. Kippbewegungen des Niets 10 unter dynamischer Belastung, der Kugelkopf 2 des Niets 10 sich verschwenkt, so daß stets die gesamte Auflagefläche 15 auf die Einsenkungsflä che 16 einen relativ gleichmäßigen Druck ausübt.In Fig. 2, a rivet connection according to the invention with a countersunk head rivet 10 is shown in a similar situation as in the known rivet 1 from Fig. 1. It can be seen that the countersunk head 2 of this rivet 10 has a spherical bearing surface 15 , which in a dome-shaped depression 16 of the rivet hole 6 is a. The rivet head 2 is thus essentially a hemisphere head which lies in a ball socket formed by the depression 16 and forms a kind of ball joint with it. It can be seen that when the rivet 10 tumbles or tilts under dynamic load, the ball head 2 of the rivet 10 pivots, so that the entire bearing surface 15 always exerts a relatively uniform pressure on the surface 16 of the recess.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Setzkopf-Niet 17 gemäß Stand der Technik, ist der Nietkopf 2 als Flachkopf mit ebener Auflagefläche 18 ausgebildet, wobei die Auflagefläche 18 eben auf der Oberfläche 19 des Bauteils 4 aufliegt. Bei Taumel- /Kippbewegungen des Niets 17 wird über insbesondere die äußere Randzone der Kopf-Auflagefläche 18 ein verstärkter Druck ausgeübt, was durch die Druckstel len 14 zeichnerisch angedeutet ist. An diesen Druckstellen 14 findet ebenfalls eine Materialüberlastung und somit eine Materialzerstörung statt.In the prior art rivet head rivet 17 shown in FIG. 3, the rivet head 2 is designed as a flat head with a flat bearing surface 18 , the bearing surface 18 lying flat on the surface 19 of the component 4 . In the case of wobble / tilting movements of the rivet 17 , an increased pressure is exerted over, in particular, the outer edge zone of the head contact surface 18 , which is indicated by the drawing lines 14 in the drawing. At these pressure points 14 there is also material overload and thus material destruction.

Zudem ist in Fig. 4 eine erfindungsgemäße Nietverbindung mit einem Setzkopf- Niet 20 dargestellt, dessen Flachkopf 2 an seiner Kopfunterseite eine kalotten förmige Auflagefläche 21 besitzt, während im oberen Bauteil 4 eine entsprechen de kalottenförmige Ansenkung 22 am Nietloch 6 eingebracht ist. Der Nietkopf liegt somit nicht mehr eben auf der Oberfläche 19 des Bauteils 4 auf, sondern bildet mit der kalottenförmigen Ansenkung 22 ebenfalls eine Art Kugelgelenk, ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Wie in unterbrochener Linie zudem dargestellt, wird hier der Schließkopf 23 mit geraden Auflageflächen aus geformt, da das untere Bauteil ein Metallteil ist, und entsprechende Druckbela stungen relativ problemlos aushält.In addition, a rivet connection according to the invention with a setting head rivet 20 is shown in FIG. 4, the flat head 2 of which has a spherical support surface 21 on its underside of the head, while a corresponding spherical countersink 22 is introduced into the rivet hole 6 in the upper component 4 . The rivet head no longer lies flat on the surface 19 of the component 4 , but also forms a kind of ball joint with the spherical countersink 22 , similar to the embodiment according to FIG. 2. As also shown in broken lines, the closing head 23 becomes here with straight contact surfaces formed from, since the lower component is a metal part, and appropriate Druckbela stungen withstands relatively easily.

Schließlich zeigt Fig. 5 eine Ausführungsform wie in Fig. 4, bei der jedoch der Schließkopf 23 des Niets 20, ähnlich wie dessen Setzkopf 2 mit einer kalotten förmigen Auflagefläche 21 versehen ist, wobei gleichzeitig das untere Bauteil 5 eine entsprechende Ansenkung 22 besitzt. Es ist zu erkennen, daß beim Kippen der Nietverbindung an beiden Nietköpfen 2 und 23 eine im wesentlichen gleiche Schwenkbewegung der Köpfe in den kalottenförmigen Ansenkungen 22 ausge führt werden. Finally, FIG. 5 shows an embodiment as in FIG. 4, in which, however, the closing head 23 of the rivet 20 , similarly to its setting head 2, is provided with a spherical support surface 21 , the lower component 5 simultaneously having a corresponding countersink 22 . It can be seen that when tilting the rivet connection on both rivet heads 2 and 23, a substantially identical pivoting movement of the heads in the spherical countersinks 22 leads out.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Senkkopf-Niet (Stand der Technik)
Countersunk rivet (state of the art)

22

Nietkopf
rivet head

33

Nietschaft
rivet

44

Sprödes Bauteil
Brittle component

55

Metall-Bauteil
Metal component

66

Bohrung drilling

11

Nietloch
rivet hole

77

Einsenkung, konisch
Countersink, conical

88th

Kopf-Auflagefläche, konisch
Head contact surface, conical

1010

Senkkopf-Niet (Erfindung)
Countersunk rivet (invention)

1111

Pfeil
arrow

1212

Pfeil
arrow

1313

Niet-Achse
Rivet axis

1414

Druckstellen
pressure points

1515

Auflagefläche, kugelig
Support surface, spherical

1616

Ansenkung, kugelig
Countersink, spherical

1717

Setzkopf-Niet (Stand der Technik
Set head rivet (state of the art

1818

Auflagefläche, Nietkopf
Contact surface, rivet head

1919

Oberfläche, Bauteil
Surface, component

2020

Setzkopf-Niet (Erfindung)
Set head rivet (invention)

2121

Auflagefläche, Nietkopf
Contact surface, rivet head

2222

Ansenkung
countersink

2323

Schließkopf
closing head

Claims

1. rivet connection, in which in particular an upper component made of brittle material is connected to a lower component made of metal via at least one rivet, consisting of a rivet head and a rivet shaft, characterized in that the rivet head ( 2 ) and the upper component ( 4 ) made of brittle material on which the rivet head 2 rests have mutually corresponding dome-shaped rivet contact surfaces ( 15 and 16 or 21 and 22 ).

2. Rivet connection according to claim 1, characterized in that when the rivet is designed as a countersunk head rivet ( 10 ), the bearing surfaces ( 15 , 16 ) each form approximately a hemisphere, forming a support in the manner of a ball joint.

3. rivet connection according to claim 1, characterized in that in the embodiment as a set-head rivet ( 20 ) the bearing surfaces ( 21 , 22 ) has an at least flat spherical shape with a maximum radius equal to half the head diameter.

4. rivet connection according to claims 1 and / or 3, characterized in that the closing head ( 23 ) of the rivet ( 20 ) in the same manner as its setting head ( 20 ) has a spherical support surface ( 21 ), while in the lower component ( 5 ) a corresponding dome-shaped cut ( 22 ) is provided.