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Die Erfindung betrifft eine Bohr- und Nietvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Nietverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
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Im Bereich des Flugzeugbaus und insbesondere in der Strukturmontage ist es häufig erforderlich, zwei oder mehr Bauteile miteinander zu verbinden, um die Steifigkeiten eines Strukturbauteils, beispielsweise eines Flugzeugrumpfes oder einer Tragfläche zu erhöhen und Strukturbauteile miteinander zu verbinden. Die Bauteile werden hierbei unter Verwendung von Nieten, wie beispielsweise Lock-Bolts oder Hi-Loks, d. h. Nietbolzen mit einem Abrissschaft oder Schraubkollar als Schließelement zusammengefügt.
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Die zur Aufnahme der Niete erforderlichen Bohrungen werden hierbei manuell oder mittels einer Klemm-Bohr-Vorschub-Einheit (BVE) in die Bauteile eingebracht. Derartige, beispielsweise aus der
DE 196 39 122 A1 bekannten Vorrichtungen weisen eine Klemmeinrichtung zum Beklemmen des zu bohrenden Bauteils und eine Spindel zur Aufnahme eines Bohrwerkzeuges auf. Die Niete werden anschließend manuell gesteckt und mit einem Nietabziehgerät abgezogen bzw. der Schraubkollar mit einer Schraubvorrichtung aufgeschraubt. Die Abfolge dieser Arbeitsschritte erfordert, dass jede Nietbohrung mehrmals manuell oder mit unterschiedlichen Vorrichtungen aufgesucht werden muss, so dass diese Lösung aufgrund der unterschiedlichen Vorrichtungen und Arbeitsschritte fertigungs- und montagetechnisch aufwendig und zeitintensiv ist.
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Weiterer Stand der Technik ist aus der
US 4 720 897 A und der
DE 37 15 927 A1 bekannt. Die
US 4 720 897 A zeigt eine kombinierte Bohr- und Nietsetzvorrichtung. Sie hat ein Bohrwerkzeug zum Bohren eines Nietloches und eine Nieteinrichtung zum Setzen eines Nietes. Die
DE 37 15 927 A1 zeigt eine kombinierte Bohr- und Nietsetzvorrichtung, insbesondere zur Verwendung im Flugzeugbau. Die Vorrichtung hat eine Bohrsenkmaschine und zwei gegenüberliegende Halteeinrichtungen zum Setzen eines Niets.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bohr- und Nietvorrichtung und ein Nietverfahren zu schaffen, bei denen ein Fügen von Bauteilen mit minimalem fertigungs- und montagetechnischem Aufwand ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bohr- und Nietvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Nietverfahren gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Bohr- und Nietvorrichtung weist eine Klemmeinrichtung zum Beklemmen eines zu bohrenden Bauteils und eine Spindel zur Aufnahme eines Bohrwerkzeuges zum Bohren einer Nietbohrung auf. Erfindungsgemäß ist ferner eine Nieteinrichtung zum Stecken und Setzen eines Niets ohne Vorrichtungswechsel vorgesehen, wobei der Niet mittels einer Vorschubbewegung der Spindel in die Nietbohrung einführbar ist. Nach der Erstellung der Bohrung bleiben die Bauteile geklemmt und es wird ein vorzugsweise zweiteiliges Verbindungselement gesetzt. Aufgrund der integrierten Nieteinrichtung sind keine unterschiedlichen Vorrichtungen und Arbeitsschritte erforderlich, um Bauteile, insbesondere im Flugzeugbau, bohren und verbinden zu können. Alle zum Bohren und Fügen erforderlichen Bearbeitungsschritte können mit der erfindungsgemäßen Bohr- und Nietvorrichtung ausgeführt werden. Dadurch ist das Nietverfahren fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig durchführbar. Aufgrund der Verwendung der Bohrspindel zum Einsetzen der Niete sind hierbei keine zusätzlichen Setzeinrichtungen erforderlich. Das Bohrwerkzeug kann zur Freigabe des Arbeitsbereiches für den Nietvorgang zurückziehbar und/oder verschenkbar sein.
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Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Niete jeweils derart positionierbar, dass sich die Nietlängsachse entlang der Spindellängsachse erstreckt. Die Niete sind dadurch vorteilhaft und ohne eine Lageänderung der Bohr- und Nietvorrichtung in die Nietbohrung einführbar und setzbar.
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Die Bohr- und Nietvorrichtung verwendet vorzugsweise einen der Spindel gegenüberliegend angeordneten Gegenhalter, wobei ein Schließelement, beispielsweise ein Schließring bzw. Kollar des Niets mittels des Gegenhalters aufschraubbar oder ein Abrissschaft des Niets mittels des Gegenhalters abziehbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft für die Verwendung von zweiteiligen Nieten, wie beispielsweise Lock-Bolts oder Hi-Loks, d. h. Nietbolzen mit einem Abrissschaft oder Schraubkollar als Schließelement, geeignet. Alternativ können Vollniete oder Zugniete verwendet werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Bohr- und Nietvorrichtung zumindest ein externes oder maschineninternes Magazin zur Zuführung der Niete und/oder Schließelemente zugeordnet. Aufgrund der automatisierten Zuführung der Niete und vorzugsweise auch der Schließelemente kann der Montageaufwand weiter verringert werden.
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Die Klemmeinrichtung hat vorzugsweise einen das Bauteil abschnittsweise umgreifenden Klemmbügel, der mit zumindest einem Magazin versehen ist. Der Klemmbügel kann neben den Klemm- und Bohrkräften zum Fixieren und Bohren der Bauteile auch die Nietkräfte aufnehmen, so dass insgesamt eine kompakte, steife Bohr- und Nietvorrichtung erreicht wird.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Klemmbügel im Wesentlichen C-förmig ausgebildet und weist zwei einander gegenüberliegend angeordnete und über einen Querschenkel verbundene Längsschenkel auf. Den Längsschenkeln ist vorzugsweise jeweils ein Magazin zugeordnet, wobei der geräteseitige Längsschenkel ein Magazin zur Bevorratung der Niete und der gegenüberliegende Längsschenkel ein Magazin zur Bevorratung der Schließelemente aufweist. Die Magazine sind vorzugsweise zumindest abschnittsweise in die Längsschenkel integriert, d. h. innerhalb der Längsschenkel aufgenommen. Dadurch wird ein äußerst kompakter Aufbau der Bohr- und Nietvorrichtung erreicht.
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Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung jeweils einen Zuführschlauch zur. Bereitstellung der Niete und/oder Schließelemente aufweisen. Die Niete und/oder Schließelemente sind der Bohr- und Nietvorrichtung bei dieser Variante von externen Magazinen zuführbar, die ein großes Speichervolumen aufweisen können. Die Prozesszeiten sind aufgrund der verringerten Nachfüllzeiten weiter minimierbar. Ferner können der Bohr- und Nietvorrichtung unterschiedliche Nietarten, Nietlängen und/oder Niettypen zugeführt werden, so dass der Fügeprozess auch bei variierenden Nieten ohne Unterbrechung durchführbar ist.
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Ein erfindungsgemäßes Nietverfahren zur Herstellung einer Nietverbindung mittels einer Bohr- und Nietvorrichtung weist die folgenden Schritte auf:
- a) Beklemmen eines zu bohrenden Bauteils mittels einer Klemmeinrichtung der Bohr- und Nietvorrichtung;
- b) Bohren einer Nietbohrung;
- c) Stecken eines Niets mittels einer Nieteinrichtung der Bohr- und Nietvorrichtung und
- d) Setzen des Niets mittels der Nieteinrichtung, wobei der Niet mittels der Vorschubbewegung einer zur Aufnahme eines Bohrwerkzeuges vorgesehenen Spindel in die Nietbohrung eingeführt wird.
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Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Bohr- und Nietvorrichtung und des Nietverfahrens sind insbesondere alle nichtlösbaren Verbindungen von Primär- und Sekundär-Bauteilen im Flugzeugbau, wie beispielsweise Stringer-Hautverbindungen, Doppler-Hautverbindungen, Spant-Hautverbindungen, Spant-Clipverbindungen, Cleat-Spantverbindungen, Schmetterlingsbeschläge, Halter-Primärstrukturverbindungen, Halter-Halterverbindungen, Schalenmontagen über Längsnähte, Spantkupplungsmontagen, Sektionsmontagen über Quernähte und Stringerkupplungen, Rippen-Hautverbindungen, Fensterrahmen-Hautverbindungen, Fachwerkverbindungen in sich und zu den Anschluss-Bauteilen und grundsätzlich alle Primärstrukturen des Rumpfes inkl. Fußboden, Flügel mit Flügelkasten und Leitwerke. Die erfindungsgemäße Lösung ist vorteilhaft bei Nietautomaten und Nietrobotern einsetzbar.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Bestandteil der weiteren Unteransprüche.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Die Figur zeigt eine Bohr- und Nietvorrichtung 1 im Bereich der Bohr- und Nieteinrichtung zum Bohren und Fügen von Flugzeug-Bauteilen. Die Bohr- und Nietvorrichtung weist eine Klemmeinrichtung 2 zum Beklemmen eines schematisch dargestellten, zu bohrenden mehrteiligen Bauteils 4 und eine Spindel 6 zur Aufnahme eines Stufenbohrers 8 als Bohrwerkzeug zum Herstellen einer Nietbohrung 10 auf.
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Der Bohr- und Nietvorrichtung 1 ist ferner eine Nieteinrichtung 12 zum Stecken und Setzen eines Niets 14 ohne Vorrichtungswechsel zugeordnet, so dass die zum Bohren und Fügen erforderlichen Bearbeitungsschritte mit der erfindungsgemäßen Bohr- und Nietvorrichtung 1 ausgeführt werden können, wobei das Nietverfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Beklemmen des zu bohrenden Bauteils 4 mittels der Klemmeinrichtung 2;
- b) Bohren der Nietbohrung 10;
- c) Stecken eines Niets 14 mittels der Nieteinrichtung 12 und
- d) Setzen des Niets 14 mittels der Nieteinrichtung 12.
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Ein Mehrfaches aufsuchen der Bohrung ist nicht notwendig, da die Arbeitsschritte bohren, Niet stecken und Niet setzen in einem Arbeitsgang abgewickelt werden. Dadurch ist das Bohren und Nieten fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig durchführbar.
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Die Niete 14 werden mittels der Nieteinrichtung 12 zum Setzen jeweils derart positioniert, dass sich die Nietlängsachse entlang der Spindellängsachse erstreckt. Die Niete 14 sind dadurch vorteilhaft und ohne eine Lageänderung der Bohr- und Nietvorrichtung 1 in die Nietbohrung 10 einführbar und setzbar.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Niet 14 mittels einer Vorschubbewegung der Spindel 6 in Pfeilrichtung in die Nietbohrung 10 eingeführt. Aufgrund der Verwendung der Bohrspindel 6 zum Einsetzen der Niete 14 sind hierbei keine zusätzlichen Setz-Einrichtungen erforderlich. Die Klemmeinrichtung hat einen das Bauteil 4 abschnittsweise umgreifenden Klemmbügel 16, der im Wesentlichen C-förmig ausgebildet ist und zwei einander gegenüberliegend angeordnete und über einen Querschenkel 18 verbundene Längsschenkel 20, 22 aufweist. Der Klemmbügel 16 überträgt neben den Klemmkräften zum Fixieren der Bauteile 4 auch die Nietkräfte, so dass insgesamt eine kompakte, steife Bohr- und Nietvorrichtung erreicht wird. Ein der Spindel 6 gegenüberliegend angeordneter Längsschenkel 22 der Klemmeinrichtung 16 ist als Gegenhalter ausgebildet, wobei ein Schließelement 28, beispielsweise ein Schließring bzw. Collar des Niets, mittels des Gegenhalters aufschraubbar oder alternativ ein Abrissschaft des Niets 14 mittels des Gegenhalters abziehbar ist. Beispielsweise können Lock-Bolts oder Hi-Loks, d. h. Nietbolzen mit einem Abrissschaft oder Schraubkollar als Schließelement gesetzt werden. Der Gegenhalter kann hierzu eine axial verfahrbare oder drehbare Einrichtung aufweisen.
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Den Längsschenkeln 20, 22 ist jeweils ein Magazin 24, 26 zugeordnet, wobei der geräteseitige Längsschenkel 20 ein Magazin 24 zur Bevorratung der Niete 14 und der gegenüberliegende Längsschenkel 22 ein Magazin 26 zur Bevorratung der Schließelemente 28 aufweist. Die Magazine 24, 26 weisen eine Reihe von Nieten bzw. Schließelementen 28 auf und sind in die Längsschenkel 20, 22 integriert, d. h. innerhalb der Längsschenkel aufgenommen. Dadurch wird ein äußerst kompakter Aufbau der Bohr- und Nietvorrichtung erreicht.
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Offenbart ist eine Bohr- und Nietvorrichtung 1 mit einer Klemmeinrichtung 2 zum Beklemmen eines zu bohrenden Bauteils 4 und mit einer Spindel 6 zur Aufnahme eines Bohrwerkzeuges 8 zum Bohren einer Nietbohrung 10, wobei eine Nieteinrichtung 12 zum Stecken und Setzen eines Niets 14 ohne Vorrichtungswechsel vorgesehen ist. Weiterhin offenbart ist ein Nietverfahren zur Herstellung einer Nietverbindung mittels einer derartigen Bohr- und Nietvorrichtung 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bohr- und Nietvorrichtung
- 2
- Klemmeinrichtung
- 4
- Bauteil
- 6
- Spindel
- 8
- Stufenbohrer
- 10
- Nietbohrung
- 12
- Nieteinrichtung
- 14
- Niet
- 16
- Klemmbügel
- 18
- Querschenkel
- 20
- Längsschenkel
- 22
- Längsschenkel
- 24
- Magazin
- 26
- Magazin
- 28
- Schließelement
