DE102011103689A1

DE102011103689A1 - Niet und Verfahren zum Vernieten von Bauteilen

Info

Publication number: DE102011103689A1
Application number: DE201110103689
Authority: DE
Inventors: Klaus Dussel; Dominique WAGNER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2011-12-29
Also published as: US8734076B2; US20110315504A1

Abstract

Ein Niet, insbesondere Vollniet, zum Vernieten von Bauteilen weist einen Setzkopf zum Anliegen an einem zu vernietenden Bauteil und einem mit dem Setzkopf einstückig verbundenen Nietschaft zum plastischen Verformen zu einem Schließkopf auf. Erfindungsgemäß weist der Setzkopf eine höhere Härte als der Nietschaft auf. Aufgrund der höheren Härte des Setzkopfs kann auch bei einem nur teilweise an den Setzkopf anliegenden Nietdöpper die Nietverbindung sicher und kostengünstig hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Niet sowie ein Verfahren zum Vernieten von Bauteilen, mit deren Hilfe Bauteile, insbesondere einer Kupplung für ein Kraftfahrzeug, über eine Nietverbindung miteinander verbunden werden können.
Es ist bekannt bei einer Kupplung eine auf eine Kupplungsscheibe zu bewegbare Anpressplatte mit einem Betätigungselement zum Bewegen der Anpressplatte mit Hilfe eines Niets über eine Nietverbindung zu verbinden. Hierdurch wird eine feste verliersichere und unlösbare Verbindung des Betätigungselements mit der Anpressplatte geschaffen, wobei die ausreichende Qualität der Verbindung bereits bei einer Montage optisch überprüft werden kann. Zur Herstellung der Nietverbindung wird der Niet in eine in den zu vernietenden Bauteilen ausgebildete Durchgangsöffnung eingesetzt. Ein Setzkopf des Niets wird mit Hilfe eines Nietdöppers gehalten, während an der gegenüberliegenden Seite des Niets ein einstückig mit dem Setzkopf verbundener Nietschaft mit Hilfe eines Nietwerkzeugs plastisch zu einem Schließkopf verformt wird, so dass die zu vernietenden Bauteile zwischen dem Setzkopf und dem Schließkopf im Wesentlichen in axialer Richtung entlang des Nietschafts unbeweglich miteinander verbunden sind.
Nachteilig bei einer derartigen Nietverbindung ist, dass bei besonders engen Bauräumen weitere Bauteile ein Hindernis ausbilden können, die beispielsweise ein Ansetzen des Nietdöppers an den Setzkopf erschweren. Dies kann dazu führen, dass der Nietdöpper bei der Herstellung der Nietverbindung nur teilweise an dem Setzkopf anliegt, wodurch zwischen dem Setzkopf und dem zu verbindenden Bauteilen ein Spalt entstehen kann, der die Nietverbindung schwächt. Um eine derartige Schwächung der Nietverbindung sicher zu vermeiden, wird es als zwingend erforderlich angesehen bei besonders engen Bauräumen eine Nietverbindung nur mit Hilfe eines Blindniets herzustellen, der Aufgrund einer zusätzlichen Hülse und der komplizierteren Geometrie des Niets deutlich teurer ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe bei engen Bauräumen Bauteile einer Kupplung für ein Kraftfahrzeug kostengünstig und sicher miteinander verbunden werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Niet mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Vernieten von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Niet, insbesondere Vollniet, zum Vernieten von Bauteilen vorgesehen, der einen Setzkopf zum Anliegen an einem zu vernietenden Bauteil und einen mit dem Setzkopf einstückig verbundenen Nietschaft zum plastischen Verformen zu einem Schließkopf aufweist. Erfindungsgemäß weist der Setzkopf eine höhere Härte als der Nietschaft auf.
Aufgrund der höheren Härte des Setzkopfs im Vergleich zum Nietschaft wird durch den Setzkopf im Vergleich zum Nietschaft ein höherer Widerstand gegen plastische Verformung bereitgestellt, so dass auch in dem Fall, dass ein Nietdöpper nur teilweise an dem Setzkopf anliegt, ein Wegbiegen des von dem Nietdöppers nicht überdeckten Teils des Setzkopfs vermieden wird. Dadurch ist es möglich auch bei besonders engen Bauräumen, die aufgrund von den Setzkopf teilweise überragende Hindernisbauteile ein vollständiges Ansetzen des Nietdöppers an dem Setzkopf verhindern, eine sichere Nietverbindung herzustellen. insbesondere ist es nicht erforderlich die Nietverbindung mit Hilfe eines Blindniets herzustellen, so dass durch den erfindungsgemäßen Niet im Vergleich zu einem Blindniet eine kostengünstigere Verbindung von zu vernietenden Bauteilen ermöglicht ist. Insbesondere im Automobilbau können dadurch mit Hilfe des erfindungsgemäßen Niets an einer Vielzahl von Verbindungsstellen in engen Bauräumen Schraubenverbindungen durch Nietverbindungen ersetzt werden. Besonders bevorzugt können bei Kupplungen, insbesondere Doppelkupplungen, für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs Bauteile mit Hilfe des erfindungsgemäßen Niets vernietet werden, so dass auch bei einer besonders kompakten Bauweise mit besonders engen Bauräumen eine sichere und kostengünstigere Verbindung der Bauteile der Kupplung möglich ist.
Der Setzkopf und der Nietschaft können einstückig aus einem zum plastischen Verformen geeigneten Material hergestellt sein, wobei der Setzkopf insbesondere nach Herstellung der grundsätzlichen Form des Niets durch ein geeignetes Verfahren nachträglich gehärtet werden kann. Beispielsweise kann der Niet einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden, wobei im aufgeheizten Zustand des Niets der Setzkopf plötzlich abgeschreckt wird, um durch die plötzliche Abkühlung Gefügeänderungen im Bereich des Setzkopfs herzustellen. Ferner kann der Setzkopf durch eine Oberflächenbehandlung, beispielsweise Nitrieren, nachträglich gehärtet werden.
Insbesondere beträgt eine Differenz ΔH zwischen der Härte H_K des Setzkopfs und der Härte H_S des Nietschafts 150 HV ≤ ΔH ≤ 400 HV, insbesondere 200 HV ≤ ΔH ≤ 350 HV und vorzugsweise 250 HV ≤ ΔH ≤ 300 HV. Die Härte des Setzkopfs und des Nietschafts werden durch eine Härteprüfung nach Vickers (HV) gemäß DIN EN ISO 6507 ermittelt. Eine derartige Härtedifferenz ist ausreichend, um auch bei einem nur teilweisen Kontakt des Nietdöppers mit dem Setzkopf einen signifikante Spalt zwischen dem Setzkopf und den zu vernietenden Bauteilen zu vermeiden. Insbesondere ist es ausreichend, wenn der Nietdöpper nur maximal 80%, vorzugsweise maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 50% und weiter bevorzugt maximal 40% der axialen nach außen weisenden Fläche des Setzkopfs abdeckt.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis V der Härte H_K des Setzkopfs bezogen auf die Härte H_S des Nietschafts 1,0 < V ≤ 5,0, insbesondere 1,5 ≤ V ≤ 4,0, vorzugsweise 2,0 ≤ V ≤ 3,5 und besonders bevorzugt 2,5 ≤ V ≤ 3,0. Bei einem derartigen Verhältnis der Härte des Setzkopfs zur Härte des Nietschafts kann auch bei einem nur teilweisen Ansetzen des Nietdöppers an den Setzkopf, insbesondere in dem vorstehend beschriebenen Ausmaß, eine sichere Nietverbindung gewährleistet werden. Ein Spalt zwischen einem von dem Nietdöpper nicht abgedeckten Bereich des Setzkopfs und dem zu vernietenden Bauteil kann dadurch vermieden werden.
Besonders bevorzugt beträgt die Härte H_S des Nietschafts 100 HV ≤ H_S ≤ 250 HV, insbesondere 150 HV ≤ H_S ≤ 200 HV und vorzugsweise 170 HV ≤ H_S ≤ 180 HV wobei die Härte des Setzkopfs 350 HV ≤ H_S ≤ 550 HV, insbesondere 400 HV ≤ H_S ≤ 500 HV und vorzugsweise H_S = 450 HV ± 30 HV beträgt. Bei derartigen Härten für den Setzkopf und den Nietschaft kann als Material für den Niet beispielsweise verzinkter Stahl verwendet werden. Bei derartigen Härten können insbesondere für den Automobilbau geeignete Nietverbindungen hergestellt werden, die insbesondere für Kupplungen eine ausreichende Haltekraft für die vernietenden Bauteile bereitstellen kann. Ein Spalt zwischen den Setzkopf und dem zu vernietenden Bauteil kann auch bei einem wie vorstehend beschriebenen nur teilweise anliegenden Nietdöppers an dem Setzkopf dadurch vermieden werden.
Insbesondere sind der Setzkopf und der Nietschaft aus einem eisenhaltigen Grundmaterial, insbesondere Stahl, hergestellt. Ein Eisen-Kohlenstoff-Stahl lässt sich beim Vernieten einfach plastisch verformen, wobei gleichzeitig ein Härten des Setzkopfs einfach möglich ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Kupplung, insbesondere Doppelkupplung, mit mindestens einer Anpressplatte zum Schließen der Kupplung durch eine Bewegung der Anpressplatte und einem Betätigungselement zum Bewegen der Anpressplatte, insbesondere Betätigungshebel oder Betätigungsfeder, wobei das Betätigungselement mit der Anpressplatte mit Hilfe eines Niets vernietet ist, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Dies ermöglicht eine kostengünstige und sichere Befestigung des Betätigungselements mit der Anpressplatte auch bei besonders engen Bauräumen.
Vorzugsweise ist ein die Anpressplatte zumindest teilweise abdeckender Kupplungsdeckel vorgesehen, wobei der Kupplungsdeckel den Setzkopf des Niets teilweise überdeckt. Der Kupplungsdeckel kann als Hindernisbauteil zumindest teilweise in der eigentlich für den Nietdöpper vorgesehenen axialen Flucht des Setzkopfs angeordnet sein ohne eine sichere Vernietung durch ein nur teilweises Anliegen des Nietdöppers an dem Setzkopf zu beeinträchtigen.
Vorzugsweise weist der Kupplungsdeckel eine zentrische oder exzentrische zum Setzkopf angeordnete Aussparung zum Hindurchführen eines Nietdöppers auf, wobei insbesondere der Nietdöpper nur zum teilweisen Überdecken des Setzkopfs ausgestaltet ist. Durch die Aussparung kann der maximale Querschnitt des Nietdöppers auf einen Querschnitt begrenzt werden, der geringer als der Querschnitt des Setzkopfes ist. Die im Kupplungsdeckel vorgesehene Aussparung kann dadurch so klein gehalten werden, dass die Festigkeit des Kupplungsdeckels nicht beeinträchtigt oder zumindest nicht reduziert ist. Bei einer ausreichenden oder sogar erhöhten Stabilität des Kupplungsdeckels kann eine sichere und kostengünstigere Vernietung von Bauteilen der Kupplung erreicht werden. Eine Schwächung der Festigkeit des Kupplungsdeckels kann dadurch vermieden oder zumindest reduziert werden ohne für die Nietverbindung die Verwendung eines Blindniets erforderlich zu machen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Setzkopf eine Positionierhilfe, insbesondere eine axiale Vertiefung oder einen axialen Vorsprung, auf, um den Nietdöpper an einer definierten Stelle zentrisch oder exzentrisch an den Setzkopf anzusetzen. Ein seitliches Verschieben des Setzkopfs relativ zum Nietschaft beim Vernieten ist dadurch trotz lediglich teilweisem Anliegen des Nietdöppers an dem Setzkopf vermieden. Die Positionierhilfe ist insbesondere koaxial zum Nietschaft angeordnet, so dass der Nietdöpper zentrisch an dem Setzkopf angesetzt werden kann. Dadurch ist es nicht erforderlich, dass der Nietdöpper den Setzkopf radial außen umgreift. Der Nietdöpper kann dadurch insbesondere in einem zum Niet weisenden Bereich besonders schmal mit einem vergleichsweise geringen Querschnitt ausgestaltet sein, so dass der Nietdöpper auch bei besonders engen Bauräumen an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Vernieten von Bauteilen, insbesondere zum Vernieten einer Anpressplatte einer Kupplung mit einem Betätigungselement, bei dem ein Bereitstellen der zu vernietenden Bauteile und ein Einsetzen eines Niets in eine in den Bauteilen ausgebildeten Durchgangsöffnung erfolgt, wobei der Niet wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Ferner erfolgt ein nur teilweises Ansetzten eines Nietdöppers an den Setzkopf des Niets und ein plastisches Verformen des Nietschafts zu einem Schließkopf. Aufgrund der höheren Härte des Setzkopfs im Vergleich zum Nietschaft kann auch bei einem nur teilweisen Anliegen des Nietdöppers an den Setzkopf eine kostengünstige und sichere Nietverbindung ohne signifikanten Spalt zwischen dem Setzkopf und den zu verbindenden Bauteilen hergestellt werden, wobei es nicht erforderlich ist einen Blindniet zu verwenden. Der Niet kann insbesondere als Vollniet ausgestaltet sein.
Insbesondere wird vor dem Ansetzen des Nietdöppers ein den Setzkopf des Niets teilweise überragendes Hindernisbauteil, insbesondere ein Kupplungsdeckel, vorgesehen. Dies ermöglicht es das Vernieten der Bauteile zu einem vergleichsweise späten Zeitpunkt vorzunehmen, wodurch die Montage mehrerer Bauteile aufgrund der geringeren Restriktionen in der Baureihenfolge vereinfacht werden kann. Dies ermöglicht eine vereinfachte und kostengünstigere Montage von zu vernietenden Bauteilen in einem größeren Gesamtsystem, beispielsweise einer Kupplung oder Doppelkupplung eines Kraftfahrzeugs.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische teilgeschnittene Seitenansicht einer Nietanordnung nach dem Stand der Technik,
2: eine schematische teilgeschnittene Seitenansicht einer Nietanordnung in einer ersten Ausführungsform mit einem erfindungsgemäßen Niet,
3: eine schematische teilgeschnittenen Seitenansicht einer Nietanordnung in einer zweiten Ausführungsform mit dem erfindungsgemäßen Niet,
4: eine schematische perspektivische Teilansicht einer Kupplung mit dem erfindungsgemäßen Niet und
5: eine schematische Schnittansicht der Kupplung aus 4.
Bei der in 1 dargestellten bekannten Nietanordnung 10 sind ein erstes Bauteil 12 und ein zweites Bauteil 14 übereinander angeordnet. Die Bauteile 12, 14 bilden eine Durchgangsöffnung 16 aus, in die ein Niet 18 eingesetzt ist. Der Niet 18 weist einen Setzkopf 20 und einen einstückig mit dem Setzkopf 20 verbundenen Nietschaft 22 auf. Der Nietschaft 22 kann mit eifern Nietwerkzeug 24 zu einem Schließkopf 48 plastisch verformt werden. Hierzu kann das Nietwerkzeug 24 mit Hilfe eines Niederhalters 26 die Bauteile 12, 14 gegen den Setzkopf 20 zusammendrücken. Über einen Nietdöpper 28, der den Setzkopf 20 vollständig abdeckt, kann für das Nietwerkzeug 28 eine ausreichende Gegenkraft bereitgestellt werden. Mit Hilfe eines relativ zum Niederhalter 26 bewegbaren Bolzens 30 kann der Nietschaft 22 plastisch zu einem Schließkopf 48 verformt werden, so dass der Setzkopf 20 und der Schließkopf des verformten Nietschafts 22 ohne signifikanten Spalt an dem jeweiligen Bauteil 12, 14 anliegen können.
Bei der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Nietanordnung 10 ist zusätzlich ein den Setzkopf 20 teilweise überragendes Hindernisbauteil 32 vorgesehen, so dass der Nietdöpper 28 nur teilweise an den Setzkopf 20 anliegen kann. Der Setzkopf 20 weist einen von dem Nietschaft 22 in axialer Richtung abstehenden Ansatz 34 auf, der als Positionierhilfe in eine korrespondierende Öffnung 36 des Nietdöppers 28 eingreifen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Nietdöpper 28 in axialer Richtung einen geringeren Querschnitt aufweisen und dadurch an dem Hindernisbauteil 32 vorbeigeführt werden. Aufgrund der höheren Härte des Setzkopf 20 wird sichergestellt, dass auch in dem von dem Hindernisbauteil 32 überdeckten Bereich des Setzkopfs 20, an dem der Nietdöpper 28 nicht anliegen kann, ein Spalt zwischen dem Setzkopf 20 und dem ersten Bauteil 12 nach dem plastischen Verformen des Nietschafts 22 vermieden ist.
Bei der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Nietanordnung 10 weist das Hindernisbauteil 32 eine koaxial zum Nietschaft 22 angeordnete Aussparung 38 auf, so dass der Nietdöpper 28 zentrisch aber nur teilweise an dem Setzkopf 20 anliegen kann. Durch die erhöhte Härte des Setzkopfs 20 relativ zum Nietschaft 22 wird an dem radial zum Nietdöpper 28 abstehenden Bereich des Setzkopfs 20 ein Spalt zwischen dem Setzkopf 20 und dem ersten Bauteil 12 vermieden.
Die in 4 und 5 teilweise dargestellte Kupplung 40 weist eine Anpressplatte 42 und ein Betätigungselement zum axialen Bewegen der Anpressplatte 42 in Form einer Blattfeder 44 auf. Die Anpressplatte 42 ist zumindest teilweise von einem Kupplungsdeckel 46 überdeckt. Die Anpressplatte 42 und die Blattfeder 44 sind über den erfindungsgemäßen Niet 18 miteinander verbunden. Der Nietschaft 22 ist durch das Nietwerkzeug 24 derart plastisch verformt, dass der Nietschaft 22 einen Schließkopf 48 ausbildet, der an der Anpressplatte 42 anliegt. Der Kupplungsdeckel 46 überdeckt teilweise den Setzkopf 20. Der Kupplungsdeckel 46 weist zusätzlich die Aussparung 38 auf, so dass der Nietdöpper 28 exzentrisch zum Niet 18 teilweise an dem Setzkopf 20 anliegen kann.
Bezugszeichenliste

10: Nietanordnung
12: erstes Bauteil
14: zweites Bauteil
16: Durchgangsöffnung
18: Niet
20: Setzkopf
22: Nietschaft
24: Nietwerkzeug
26: Niederhalter
28: Nietdöpper
30: Bolzen
32: Hindernisbauteil
34: Ansatz
36: Öffnung
38: Aussparung
40: Kupplung
42: Anpressplatte
44: Blattfeder
46: Kupplungsdeckel
48: Schließkopf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6507 [0009]

Claims

Niet, insbesondere Vollniet, zum Vernieten von Bauteilen (12, 14), mit einem Setzkopf (20) zum Anliegen an einem zu vernietenden Bauteil (12) und einem mit dem Setzkopf (20) einstückig verbundenen Nietschaft (22) zum plastischen Verformen zu einem Schließkopf (48) dadurch gekennzeichnet, dass der Setzkopf (20) eine höhere Härte als der Nietschaft (22) aufweist.
Niet nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz ΔH zwischen der Härte H_K des Setzkopfs (20) und der Härte H_S des Nietschafts (22) 150 HV ≤ ΔH ≤ 400 HV, insbesondere 200 HV ≤ ΔH ≤ 350 HV und vorzugsweise 250 HV ≤ ΔH ≤ 300 HV beträgt.
Niet nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis V der Härte H_K des Setzkopfs (20) bezogen auf die Härte H_S des Nietschafts (22) 1,0 < V ≤ 5,0, insbesondere 1,5 ≤ V ≤ 4,0, vorzugsweise 2,0 ≤ V ≤ 3,5 und besonders bevorzugt 2,5 ≤ V ≤ 3,0 beträgt.
Niet nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Härte H_S des Nietschafts (22) 100 HV ≤ H_S ≤ 250 HV, insbesondere 150 HV ≤ H_S ≤ 200 HV und vorzugsweise 170 HV ≤ H_S ≤ 180 HV beträgt und die Härte H_K des Setzkopfs (20) 350 HV H_S ≤ 550 HV, insbesondere 400 HV ≤ H_S ≤ 500 HV und vorzugsweise H_S = 450 HV ± 30 HV beträgt.
Niet nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Setzkopf (20) und der Nietschaft (22) aus einem eisenhaltigen Grundmaterial, insbesondere Stahl, hergestellt ist.
Kupplung, insbesondere Doppelkupplung, mit mindestens einer Anpressplatte (42) zum Schließen der Kupplung (40) durch eine Bewegung der Anpressplatte (42) und einem Betätigungselement zur Bewegung der Anpressplatte (42), insbesondere Betätigungshebel oder Betätigungsfeder (44), wobei das Betätigungselement mit der Anpressplatte (42) mit Hilfe eines Niets (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vernietet ist.
Kupplung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass ein die Anpressplatte (42) zumindest teilweise abdeckender Kupplungsdeckel (46) vorgesehen ist, wobei der Kupplungsdeckel (46) den Setzkopf (20) des Niets (18) teilweise überdeckt.
Kupplung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsdeckel (46) eine zentrische oder exzentrische zum Setzkopf (20) angeordnete Aussparung (38) zum Hindurchführen eines Nietdöppers (28) aufweist, wobei insbesondere der Nietdöpper (28) nur zum teilweisen Überdecken des Setzkopfs (20) ausgestaltet ist.
Verfahren zum Vernieten von Bauteilen (12, 14), insbesondere zum Vernieten einer Anpressplatte (42) einer Kupplung (40) mit einem Betätigungselement (44), mit den Schritten Bereitstellen der zu vernietenden Bauteile (12, 14; 42, 44), Einsetzen eines Niets (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in eine in den Bauteilen (12, 14; 42, 44) ausgebildeten Durchgangsöffnung (16), nur teilweises Ansetzen eines Nietdöppers (28) an den Setzkopf (20) des Niets (18) und plastisches Verformen des Nietschafts (22) zu einem Schließkopf (48).
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem vor dem Ansetzen des Nietdöppers (28) ein den Setzkopf (20) des Niets (18) teilweise überragendes Hindernisbauteil (32), insbesondere ein Kupplungsdeckel (46), vorgesehen wird.