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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Niet, eine Nietvorrichtung sowie ein Nietverfahren zum Vernieten zweier Elemente in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs.
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Im Automobilbau werden Elemente des Antriebstrangs, insbesondere die Kupplungselemente miteinander vernietet. Dazu werden beispielsweise bei der Herstellung einer Kupplungsscheibe Mitnehmerscheibe und Belagfeder auf einer Nietvorrichtung derart angeordnet, dass ihre Öffnungen übereinander zu liegen kommen. Durch diese übereinander angeordneten Öffnungen wird ein Niet gesteckt, der dann über Druck derart verformt wird, dass sein Nietschaft die Öffnung ausfüllt, wodurch die beiden Elemente formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Da meist nicht nur ein Niet, sondern eine Reihe von Nieten nötig sind, um beispielsweise die Kupplungsscheibe herzustellen, werden Nietvorrichtungen, so genannte Montagetische, eingesetzt, bei denen automatisiert Nietaufnahmen mit im wesentlichen lotrecht ausgerichteten Nieten versehen werden, auf denen dann die zu vernietenden Elemente angeordnet werden, und in einem einzigen Nietschritt alle Nieten gemeinsam verpresst werden.
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Problematisch an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass aufgrund von Unebenheiten an einem der zu vernietenden Elemente nicht alle Setzköpfe der Nieten plan an dem zu vernietende Element anliegen, so dass im nachfolgenden Nietschritt das Lochfüllverhalten und der damit entstehende Lochleibungsdruck nicht ausreicht, um einen ausreichenden Formschluss der zu vernietenden Elemente bereitzustellen.
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Aufgrund der auf die vernietenden Elemente wirkenden Kräfte können sich dann die Nietverbindungen lösen, so dass zum einen Ausschuss produziert wird, oder aber sich im Laufe des Betriebs die Bestandteile der Kupplungsscheiben lösen.
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Es ist deshalb in dem Stand der Technik vorgeschlagen worden, nach dem Nietschritt das bereits vernietete Element einem zusätzlichen Prägeschritt zu unterziehen, bei dem in der Stirnseite des Setzkopfs eine zusätzliche kugelförmig ausgebildete Einprägung ausgebildet wird, die das Lochfüllverhalten insbesondere im Bereich des Setzkopfes verbessern soll.
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Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass der zusätzliche Prägeschritt sowohl zeitintensiv ist, als auch durch die nötige zusätzliche Maschine kostenintensiv ist. Zudem hat sich gezeigt, dass die kugelförmigen Einprägungen den Lochleibungsdruck nicht wesentlich verbessern, sondern ganz im Gegenteil, aufgrund der Einprägung sich der äußere Randbereich des Setzkopfes leicht heben kann, so dass der Setzkopf nicht mehr an dem zu vernietenden Element anliegt.
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Liegt der Setzkopf jedoch nicht an dem zu vernietenden Element an, besteht kein Kontakt mehr zwischen Setzkopf und den zu vernietenden Elementen, was wiederum den Formschluss der Nietverbindung beeinträchtigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Niet, ein Nietverfahren und eine Nietvorrichtung bereitzustellen, so dass neben einem schnellen Nietverfahren auch ein verbesserter Formschluss der Niet in den zu vernietenden Elementen bereitgestellt wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Niet gemäß Patentanspruch 1, eine Nietvorrichtung gemäß Patentanspruch 5 sowie ein Nietverfahren gemäß Patentanspruch 11.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, das Nietverfahren dadurch zu beschleunigen, dass der Niet- und Prägeschritt zu einem Schritt zusammengefasst werden. Dazu wird vorteilhafterweise eine Nietvorrichtung verwendet, die eine Aufnahme zum Aufnehmen eines Niets aufweist, wobei die Aufnahme zudem einen Prägestempel aufweist. Dadurch kann bereits während des Verpressens, also während des eigentlichen Nietschritts, bereits eine Einprägung an einem Setzkopf des Niets ausgebildet werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Aufnahme integral mit dem Prägestempel ausgebildet ist. Zudem hat das gleichzeitige Verpressen mit Einprägen den Vorteil, dass ein Aufschirmen, also das Abheben des Rands des Setzkopfs, beim Einprägen verringert werden kann.
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Um das Aufschirmen noch weiter zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Niet zu verwenden, der an seinem Setzkopf eine Schirmung und/oder einen Freistich aufweist. Durch die Schirmung in Richtung Nietschaft kann dem Aufschirmen beim Prägen entgegen gewirkt werden. Ein alternativ oder zusätzlich ausgestalteter Freistich zwischen Setzkopf und Nietschaft kann Unebenheiten in dem zu vernietenden Element ausgleichen, wodurch eine verbesserte Auflage des Setzkopfs an dem zu vernietenden Element ermöglicht wird.
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Wie ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, hat sich eine Schirmung von ca. 0,05 bis 0,1 mm oder anders ausgedrückt eine Schirmung unter einem Winkel von weniger als 10° als vorteilhaft erwiesen. Ebenfalls vorteilhaft ist ein Freistich, der in einem Winkel von mehr als 60° bezüglich des Nietschafts ausgeführt ist.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Einprägung bzw. der Prägestempel nicht rund, wie aus dem Stand der Technik bekannt, sondern weist mindestens eine Einbuchtung oder eine mäanderförmige, dreieckige, viereckige, mehreckige, sternförmige oder blütenförmige Umlaufkontur auf. Aufgrund dieser nicht runden Einprägung kann der Lochleibungsdruck, insbesondere in den Außenbereichen der Einprägung derart verändert werden, dass der Formschluss zwischen Niet und den zu vernietenden Elementen verbessert wird.
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Ebenfalls vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Einprägung einen schräg verlaufenden Randbereich aufweist, so dass der Innenkonturverlauf der Einprägung in einer Schräge in die Ebene des Setzkopfs übergeht.
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Vorteilhafterweise sind die Außenmaße der Einprägung kleiner als die Innenmaße der Öffnung in den zu vernietenden Elementen. Dies hat den Vorteil, dass die Einprägung direkt das Lochleibungsverhalten des Niets in der Öffnung verbessert.
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Insbesondere beim Herstellen von vernieteten Kupplungsscheiben mit Mitnehmerscheibe und Belagfeder hat sich das erfindungsgemäße Verfahren als vorteilhaft erwiesen.
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Bei der Verwendung eines Montagetisches, bei dem die Nieten in Aufnahmen gesteckt werden, ist es vorteilhaft, wenn der Prägestempel eine möglichst große Auflagefläche aufweist. Durch die möglichst groß ausgestaltete Auflagefläche kann ein Kippen des Niets aus der Lotrechten während des Setzschritts verhindert werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen definiert.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind dabei exemplarischer Natur und sollen nicht dazu dienen, den Schutzbereich der Erfindung festzulegen. Dieser wird ausschließlich durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Niets;
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2: eine schematische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Niets;
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3: eine schematische Darstellung eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Niets;
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4: eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels;
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5: eine schematische Aufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiels des erfindungemäßen Niets mit erfindungsgemäßer Einprägung;
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6: eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen verpressten Niet;
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7: eine schematische Darstellung einer Nietvorrichtung in verschiedenen Stadien des erfindungsgemäßen Nietverfahrens;
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8: eine vergrößerte Darstellung der Nietvorrichtung aus 7; und
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9: eine Ausschnittsdarstellung eines fertig vernieteten Elements mit Niet und Einprägung.
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Im den folgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente mit gleichlautenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Niets 1 mit einem Setzkopf 2 und einem Nietschaft 4. Der Nietschaft 4 kann zudem einen konusförmigen Endbereich 6 aufweisen, um ein einfaches Einführen des Niets 1 in eine Öffnung bzw. Öffnungen von zu vernietenden Elementen (nicht dargestellt) zu ermöglichen.
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Der erfindungsgemäße Niet 1 wird vorteilhafterweise in dem weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Nietverfahren eingesetzt. Es ist jedoch für einen Fachmann klar, und auch von Schutzbereich der Erfindung umfasst, dass der erfindungsgemäße Niet in jedem anderen Verfahren verwendet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist der Setzkopf 2 gegen den Nietschaft 4 vorgeschirmt. Das bedeutet, dass die Innenkante 8 des Setzkopfs 2 keinen im Wesentlichen rechtwinkligen Winkel zu der Außenfläche 10 des Nietschafts 4 aufweist, sondern, dass sie um einen Winkel α gegenüber einer im Wesentlichen senkrechten Ausrichtung der Innenfläche 8 des Setzkopfs 2 ausgelenkt ist.
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Der Winkel α ist vorzugsweise geringer als ca. 10°, so dass beispielsweise bei einem Flachkopfniet der Abmaße 5.0 × 11.3 eine Vorschirmung von etwa 0,05 bis 0,1 mm entsteht.
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Neben bzw. statt der Schirmung kann der Niet 1 auch mit einem Freisitz 12 ausgebildet sein. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in 2 gezeigt, bei dem der Setzkopf 2 des Niets 1 an seiner zum Nietschaft 4 zeigenden Innenfläche 8 im Bereich des Nietschafts 4 einen Freisitz 12 aufweist. Dabei ist der Freisitz 12 vorzugsweise derart ausgebildet, dass er einen Winkel β mit der Außenfläche 10 des Nietschafts 4 ausbildet. Dieser Winkel β ist vorzugsweise größer als 60°. Der Freisitz 12 kann dabei beispielsweise mittels Fräsens oder Drehens geschaffen werden.
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Besonders bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl Freisitz 12, als auch eine Schirmung vorhanden sind. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in den 3 und 4 dargestellt, wobei 4 eine vergrößerte Ansicht des Setzkopfs in dem durch A gekennzeichneten Bereich darstellt.
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3 zeigt wiederum einen Niet 1 mit einem Nietschaft 4 und einem Setzkopf 2, wobei die Innenseite 8 des Setzkopfs 2 sowohl gegen den Nietschaft 4 vorgeschirmt ist, als auch einen Freisitz 12 aufweist. Diese Ausbildung ist deutlich in 4 dargestellt, bei dem die Innenkante 8 wiederum einen Winkel α gegenüber einer im Wesentlichen senkrechten Ausrichtung der Innenkante geneigt ist. Die im Wesentlichen senkrechte Ausrichtung der Innenkante ist in 4 und damit der Verlauf der Schirmung ist schematisch als gestrichelte Linie mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet.
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Ebenfalls deutlich in 4 zu sehen ist die zusätzliche Ausbildung eines Freisitzes 12 im Bereich zwischen Setzkopf 2 und Nietschaft 4.
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Die Schirmung 14 bzw. der Freisitz 12 dienen dazu, dass unter anderem Unebenheiten in dem zu vernietenden Element ausgeglichen werden können. Diese Unebenheiten können bei einer im Wesentlichen senkrechten Ausführung der Innenkante 8 des Setzkopfs 2 dazu führen, dass der Setzkopf 2 nicht plan an dem zu vernietenden Element anliegt. Gegebenfalls kann dies sogar dazu führen, dass der Nietschaft vor dem eigentlichen Nietvorgang nicht im Wesentlichen parallel zu der Öffnung in dem zu vernietenden Element ausgerichtet, sondern gekippt ist, so dass das Lochfüllverhalten verschlechtert ist. Freisitz 12 und Schirmung 14 ermöglichen dagegen ein planes Anliegen der Innenfläche 8 des Setzkopfs 2 an dem zu vernietende Element, so dass sowohl das Lochfüllverhalten verbessert wird, als auch eine besonders gute Kontaktierung zwischen Setzkopf 2 und zu vernietendem Element erreicht wird.
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Des Weiteren haben der Freisitz 12 und die Schirmung 14 den Vorteil, dass ein Aufschirmen, d. h. ein Aufbiegen eines Randbereichs 16 des Setzkopfs 2 beim Ausbilden der Einprägung bzw. bei einem darauf folgenden Prägeschritt verhindert wird.
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Das Aufschirmen entsteht dadurch, dass sich das Material des Setzkopfs 2 durch den Druck des Prägestempels verformt und eine Ausbeulung im Bereich zwischen Setzkopf 2 und Nietschaft 4 ausbildet, die den Randbereich 16 von dem zu vernietenden Material abhebt. Eine derartige Materialanhäufung oder Materialverformung entsteht zwar immer beim Prägen also auch beim erfindungsgemäßen Verfahren, dadurch jedoch dass der Niet 1 einen Freisitz 12 oder eine Schirmung 14 aufweist, kann diese/r mit dem durch das Prägen anfallende Material aufgefüllt werden, so dass eine verbesserte Kontaktierung zwischen Setzkopf 2 und zu vernietendem Element erreicht wird.
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5 zeigt eine Aufsicht auf einen Setzkopf 2 eines Niets 1 mit einer Einprägung 20, wobei die Einprägung 20 eine sternförmige Außenkontur 22 aufweist, die in die Fläche 24 des Setzkopfs 2 übergeht, und eine eingeprägte Vertiefungsfläche 26 aufweist, die von einer Innenkontur 28 begrenzt wird.
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Die Einprägung 20 selbst kann eine beliebige Form aufweisen. Sie sollte jedoch eine möglichst große und flache Vertiefungsfläche 26 zeigen. Die Umlaufkontur 22, 28 der Einprägung 20 kann dreieckig, viereckig, sternförmig, blütenförmig oder mäanderförmig ausgebildet sein. Als besonders vorteilhaft hat sich die sternförmige Mäanderform erwiesen, die schematisch in 5 gezeigt ist.
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Der Randbereich 30 zwischen Innenkontur 28 und Außenkontur 22 ist vorzugsweise abgeschrägt, so dass die Fläche 24 des Setzkopfs 2 über den abgeschrägten Randbereich 30 in die Vertiefungsfläche 26 der Einprägung 20 übergeht.
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Vorzugsweise ist der maximale Durchmesser D der Einprägung 20 kleiner als der Innendurchmesser der Öffnungen in den zu vernietenden Elementen. Die Abmaße sind schematisch in 6 noch mal dargestellt.
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6 zeigt einen Querschnitt durch einen Niet 1, der durch Öffnungen 32, 24, in zwei Elementen 36, 38 geführt und darin verpresst ist, so dass die zwei Elemente 36, 38 miteinander vernietet sind. Dies bedeutet auch, dass der Nietschaft 4 derart verformt ist, dass die Öffnungen 32, 34 in den Elementen 36 bzw. 38 mit Material des Nietschafts 4 aufgefüllt sind, und der Nietschaft 4 zudem auch an seinem Endbereich einen verformten Bereich 40 aufweist, der die beiden vernieteten Elemente 36 und 38 an der „Unterseite” 42 kontaktiert. Die „Oberseite” 44 der vernieteten Elemente kontaktiert die Innenseite 8 des Setzkopfs 2.
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Zudem zeigt 6 schematisch die Einprägung 20 mit der eingeprägten Vertiefungsfläche 26 und dem abgeschrägten Randbereich 30. Zudem zeigt 6, dass der maximale Durchmesser D d. h. die maximalen Ausmaße der Einprägung 20 kleiner sind als der Innendurchmesser d der Öffnungen 32, 34. Dies hat den Vorteil, dass die Einprägung 20 und damit die Erhöhung des Lochleibungsdrucks im Bereich der Einprägung zu einem besserten Lochfüllverhalten des Niets 1 innerhalb der Öffnung 32, 34, und nicht zu einer lediglichen Verformung des Setzkopfs 2 führt.
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In den 7 bis 9 wird schematisch das erfindungsgemäße Nietverfahren sowie die erfindungsgemäße Nietvorrichtung beschrieben.
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Zwar ist es vorteilhaft dafür auch die in den 1 bis 6 beschriebenen Nieten zu verwenden, es ist jedoch auch möglich und vom Rahmen der Erfindung umfasst, dass herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Nieten verwendet werden.
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7 zeigt in Aufsicht eine Nietvorrichtung zum Vernieten von Mitnehmerscheibe und Belagfedern zum Herstellen einer Kupplungsscheibe. Dabei zeigt 7 die Nietvorrichtung 46 in unterschiedlichen Stadien während des Nietverfahrens.
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Auch wenn im Folgenden das Verfahren anhand des Beispiels einer zu vernietenden Kupplungsscheibe mit Mitnehmerscheibe und Belagfedern erläutert wird, ist es für einen Fachmann selbstverständlich klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch zum Vernieten von anderen Elementen eingesetzt werden kann.
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In 7 entspricht der mit I gekennzeichnete Bereich dem Zustand der Nietvorrichtung 46 vor dem Nietverfahren bzw. nach Entfernen der fertigen Kupplungsscheibe. Wie gezeigt, weist die Nietvorrichtung 46 Aufnahmen 48 auf, die zudem mit einem Prägestempel 50 ausgerüstet sind. Der Prägestempel 50 ist, wie hier dargestellt, vorzugsweise sternförmig bzw. mit einer mäanderförmigen Umlaufkontur ausgebildet und weist eine flache Auflagefläche 52 auf. Dies ist insbesondere in der vergrößerten Darstellung aus 8 zu sehen. Die Auflagefläche 52 ist dabei möglichst großflächig ausgebildet, so dass ein Niet 1 auf ihr, im Wesentlichen lotrecht, angeordnet werden kann.
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Die lotrechte Anordnung eines Niets 1 ist ebenfalls in dem vergrößerten Ausschnitt von 8 gut zu sehen. Insgesamt erfolgt die Anordnung der Nieten 1 in einem ersten Verfahrensschritt, bei dem die Aufnahmen 48 mit Nieten 1 bestückt werden. Dieses Verfahrensstadium ist in 7 in dem Bildausschnittsbereich II gezeigt. In Bildausschnitt III ist gezeigt, dass auf die gesetzten Nieten das erste zu vernietende Element 36, hier eine Belagfeder, derart gesetzt wird, dass die Nieten 1 durch Öffnungen 32 in der Belagfeder 36 ragen. In einem weiteren Schritt (siehe Bildausschnitt IV) wird das zweite zu vernietende Element 38, das in dem in 7 dargestellten Fall eine Mitnehmerscheibe ist, über den Belagfedern 36 angeordnet, wobei wiederum die Nieten 1 durch in der Mitnehmerscheibe vorgesehene Öffnungen 34 ragen. Das Setzen der Nieten und das darauffolgende Anordnen der zu vernietenden Elemente über den Nieten wird auch Setzschritt genannt.
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Sind die zu vernietenden Elemente 36, 38 fertig angeordnet, werden alle Nieten gleichzeitig verpresst. Während dieses Verpressens, dem eigentlichen Nietschritt, wird gleichzeitig über den Prägestempel 50 in der Stirnfläche des Setzkopfs 2 die Einprägung 20 ausgebildet, so dass das Lochleibungsverhalten des Niets besonders gut ist. Ist die Kupplungsscheibe fertig verpresst, wird sie aus der Nietvorrichtung 46 entnommen, so dass die Nietvorrichtung 46 für ein erneutes Vernieten von zwei Elementen bereitsteht.
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9 zeigt einen Aufsichtsausschnitt einer fertig vernieteten Kupplungsscheibe bestehend aus Belagfeder 36 und Mitnehmerscheibe 38, die mit einem Niet 1 vernietet ist. Vom Niet 1 ist jedoch nur der Setzkopf 2 mit Einprägung 20 zu sehen.
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Wie der 9 deutlich zu entnehmen ist, geht die Vertiefungsfläche 26 über einen abgeschrägten Randbereich 30 in die Setzkopffläche 24 über. Wie im Vorhergehenden beschrieben ermöglicht die mäander- bzw. sternförmige Umlaufkontur der Einprägung 20, dass der Lochleibungsdruck insbesondere im Bereich des Setzkopfes verbessert wird. Dadurch kann der Formschluss der beiden vernieteten Elemente verbessert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Niet
- 2
- Setzkopf
- 4
- Nietschaft
- 6
- konischer Endbereich des Nietschafts
- 8
- Innenfläche des Setzkopfs
- 10
- Außenfläche des Nietschafts
- 12
- Freisitz
- 14
- Schirmung
- 16
- Randbereich des Setzkopfs
- 20
- Einprägung
- 22
- Außenkontur
- 24
- Setzkopffläche
- 26
- Vertiefungsfläche
- 28
- Innenkontur
- 30
- Randbereich
- 32
- Öffnung in erstem zu vernietenden Element, inbes. Belagfeder
- 34
- Öffnung in zweitem zu vernietenden Element, inbes. Mitnahmescheibe
- 36
- erstes zu vernietendes Element, inbes. Belagfeder
- 38
- zweites zu vernietendes Element, inbes. Mitnahmescheibe
- 40
- verformter Endbereich des Niets
- 42
- Nietkontaktbereich an zweitem zu vernietenden Element
- 44
- Nietkontaktbereich an erstem zu vernietenden Element
- 46
- Nietvorrichtung
- 48
- Aufnahme
- 50
- Prägestempel
- 52
- Auflagefläche des Prägestempels
- D
- Außenmaß der Einprägung
- d
- Innenmaß der Öffnung
