DE102012221081A1

DE102012221081A1 - Niet- und Nietverfahren

Info

Publication number: DE102012221081A1
Application number: DE201210221081
Authority: DE
Inventors: Konrad Schimming; Robert Weinmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-05-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Niet mit einer hohlen, prismenförmigen Hülse, die an einem axialen Ende eine Setzfläche und an einem der Setzfläche gegenüberliegenden axialen Ende einen Schließkopf umfasst und einem Dorn, der einen Dornkopf aufweist und in der Hülse angeordnet ist. Der Dorn weist an einem dem Dornkopf gegenüberliegenden axialen Ende ein Gewinde auf und ist derart in der Hülse angeordnet, dass das Gewinde aus der Hülse an der Setzfläche herausragt, wenn der Dornkopf mit dem Schließkopf in berührendem Kontakt steht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mit einem Niet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Niet mit einer hohlen, prismenförmigen Hülse, die an einem axialen Ende eine Setzfläche und an einem der Setzfläche gegenüberliegenden axialen Ende einen Schließkopf umfasst und einem Dorn, der einen Dornkopf aufweist und in der Hülse angeordnet ist.
Im heutigen Fahrzeugbau wird zur Verbindung zweier Bauteile die Klebetechnik zunehmend in Betracht gezogen. Diese eignet sich besonders gut zur Verbindung von Faserverbundwerkstoffen. Um den Zusammenhalt der verbundenen Bauteile auch in speziellen Anwendungsfällen zu gewährleisten, müssen zusätzlich Verbindungselemente verwendet werden. Beispielsweise bei extremen Beanspruchungen, wie sie im Chrashfall auftreten, wird die Klebenaht mit einer Maximalbelastung beaufschlagt. Um ein Versagen der Klebenaht zu verhindern, wird die Verwendung von Blindnieten vorgeschlagen.
Derartige Blindniete sind beispielsweise aus der DE 101 11 404 B4 bekannt. Solche herkömmlichen Blindnietelemente sind in ihrem Klemmbereich stark eingeschränkt und nur bedingt für die Verwendung an Klebeverbindungen geeignet. Beim Verkleben von Bauteilen erfolgt der Ausgleich der Dickentoleranz des Verbunds über den Klebespalt selbst. Insbesondere bei der Verbindung von zwei Faserverbundwerkstoffen können deren stark schwankende Dickentoleranzen über die Klebenaht ausgeglichen werden.
Beim Setzprozess von herkömmlichen Blindnietelementen sind die Setzkräfte so hoch, dass der verwendete schubweiche Klebstoff verdrängt wird. Der über den Klebespalt realisierte Toleranzausgleich ist dann nicht mehr gewährleistet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, einen Niet anzugeben, mit dem eine einstellbare, vorbestimmte Spannkraft auf die zu verbindenden Bauteile aufbringbar ist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren anzugeben, mit dem eine vorbestimmte Vorspannkraft auf eine Klebeverbindungsstelle aufbringbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Niet bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Niet vor, mit einer hohlen, prismenförmigen Hülse, die an einem axialen Ende eine Setzfläche und an einem der Setzfläche gegenüberliegenden axialen Ende einen Schließkopf umfasst und mit einem Dorn, der einen Dornkopf aufweist und in der Hülse angeordnet ist. Weiterhin kann der Dorn an einem dem Dornkopf gegenüberliegenden axialen Ende ein Gewinde aufweisen und derart in der Hülse angeordnet sein, dass das Gewinde über die Setzfläche herausragt. Die Hülse weist folglich eine prismenförmige Form auf und ist innen hohl ausgestaltet, so dass der Dorn durch diese mittige Öffnung geführt werden kann.
Darüber hinaus kann an einer äußeren Umfangsfläche der Hülse eine Tannenbaum-Verrastung vorgesehen sein. Die Tannenbaum-Verrastung bietet den Vorteil, dass ein Durchrutschen des Niets bzw. der Hülse beim Verschrauben mit einer Schraubenmutter gegenüber den geklebten Bauteilen unterbunden wird. Die Tannenbaum-Verrastung ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet und direkt an eine Außenseite der Hülse angespritzt. Weiterhin bietet die Tannenbaum-Verrastung den Vorteil, dass der Klebespalt zwischen den geklebten Bauteilen abgedichtet wird, so dass ein Herausquellen des Klebstoffes beim Setzen des Nietes unterbunden wird.
Weiterhin können der Dorn und die Hülse formschlüssig miteinander verbindbar sein.
Ferner kann der Dorn einen runden, ovalen, vierkantigen oder sechskantigen Querschnitt aufweisen und die hohle Hülse eine hierzu korrespondierende Prismenform aufweisen. Die genannten Querschnittsformen des Dorns entsprechen somit der Querschnittsform der prismenförmigen Hülse und bieten den Vorteil, dass eine Drehmomentenabstützung zwischen dem Dorn und der Hülse realisierbar ist. Wenn eine Schraubenmutter auf das Gewinde aufgeschraubt wird, verhindern die Querschnittsformen ein Durchdrehen des Dorns relativ zur Hülse und die Tannenbaum-Verrastung verhindert ein Durchdrehen der Hülse gegenüber den verklebten Bauteilen.
Alternativ dazu kann der Dorn mit der Hülse verschweißt sein, wobei die Schweißverbindung einen Dornkopf mit dem Schließkopf der Hülse sich verbindet. Dies ist eine alternative Drehmomentabstützung, wodurch auch kreisrunde Querschnittsformen des Dorns bzw. hohlzylindrische Hülsen zum Einsatz kommen können.
Weiterhin kann die Setzfläche als eine Stirnfläche der Hülse ausgebildet sein, wobei die Stirnfläche senkrecht zur axialen Richtung der prismenförmigen Hülse verläuft.
Weiterhin kann ein Setzkopf des Niets als eine Schraubenmutter ausgebildet sein. Durch Aufschrauben der Schraubenmutter auf das Gewinde des Dorns lässt sich eine vorbestimmte Vorspannkraft auf die verklebten Bauteile aufbringen, die ein Verquetschen der Klebenaht und damit ein Zerstören des Toleranzausgleichs ausschließt.
In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mit den Schritten:

– Einbringen eines im Vorhergehenden beschriebenen Niets in eine Öffnung, die durch zwei zu fügenden Bauteile verläuft,
– Aufsetzen eines Setzwerkzeugs auf den Niet,
– Erzeugen einer Relativbewegung zwischen einem Dorn und einer Hülse des Niets unter Verwendung des Setzwerkzeugs, wobei an einem Schließkopf eine Schließwulst erzeugt wird,
– Entfernen des Setzwerkzeugs von dem Niet,
– Aufschrauben einer Schraubenmutter auf den Dorn, der ein Gewinde aufweist, wobei beim Erzeugen der Schließwulst das Werkzeug in berührendem Kontakt mit einer Setzfläche einer Niethülse steht.

Dies bietet den Vorteil, dass die Kräfte beim Setzprozess nur über das Setzwerkzeug und die Hülse und nicht über das Klemmmaterial abgestützt werden. Folglich werden bei der Erzeugung der Schließwulst keine Kräfte auf die Klebenaht ausgeübt.
Darüber hinaus kann das Festziehen der Mutter mit einer vorbestimmten Kraft erfolgen. Dadurch kann auf die zu fügenden Bauteile eine vorbestimmte Vorspannkraft eingestellt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Niets und des Verfahrens wird als Schraubenmutter eine selbstsichernde Mutter verwendet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind. Es zeigen in schematischer Darstellung
1 eine Nietverbindung und
2 einen Niet.
In 1 ist eine Nietverbindung dargestellt, bei der ein erstes Bauteil 16 mit einem zweiten Bauteil 17 über eine Klebenaht 18 verbunden ist. In jedem Bauteil 16, 17 ist ein Durchbruch vorgesehen, beispielsweise eine Bohrung, wobei die beiden Durchbrüche koaxial fluchtend ausgebildet sind. Durch diese Öffnungen dringt ein Niet 10, der eine Hülse 11 und einen Dorn 12 aufweist. Die Hülse 11 hat eine prismenförmige Gestalt und ist hohl ausgebildet. An einem ersten axialen Ende weist sie einen Schließkopf 11a auf und an einem zweiten axialen Ende eine Setzfläche 11b. Der Dorn 12 ist mittig in der Hülse 11 gelagert, wobei eine Mittenachse A des Dorns gleichzeitig auch eine Mittenachse der Hülse 11 ist. An dem in 1 unteren Ende des Dorns 12 weist dieser einen Dornkopf 12a auf und an dem in 1 oberen Ende des Dorns weist dieser ein Gewinde 12b auf. Der Dornkopf 12a berührt den Schließkopf 11a der Hülse 11. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist er über eine Schweißverbindung mit der Hülse 11 stoffschlüssig verbunden. Wenn der Dornkopf 12a mit dem Schließkopf 11a in berührendem Kontakt steht, dann ragt das Gewinde 12b des Dorns 12 über eine Setzfläche 11b hinaus. Die Setzfläche 11b befindet sich an einem axialen Ende der Hülse 11, das dem Schließkopf 11a gegenüberliegt. Die Setzfläche 11b ist als eine Stirnfläche ausgebildet, die im Wesentlichen senkrecht zur axialen Ausdehnungsrichtung der Hülse 11 ausgerichtet ist. Der Schließkopf 11a weist eine Schließwulst 20 auf, die als Gegenlager zur Schraubenmutter 13 ausgebildet ist. An einer äußeren Umfangsfläche 19 der Hülse 11 ist eine sogenannte Tannenbaum-Verrastung 15 vorgesehen. Diese ist im Allgemeinen aus Kunststoff ausgebildet ist und direkt auf die Hülse 11 aufgespritzt wird. In einem eingebauten Zustand der Hülse 11 stellt die Tannenbaum-Verrastung 15 eine Dichtung dar und verhindert ein Austreten des Klebstoffs 18 durch die Öffnungen in den zu fügenden Bauteilen 16, 17. Gleichzeitig bietet die Tannenbaum-Verrastung 15 auch eine Drehmomentabstützung, wenn die Schraubenmutter 13 auf das Gewinde 12b aufgeschraubt wird.
Auf einer der Schließwulst 20 gegenüberliegenden Seite der Nietverbindung ist eine Beilagscheibe 14 vorgesehen, auf der die Mutter 13 aufgeschraubt ist.
2 zeigt einen Niet 10 in nicht eingebautem Zustand, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen, wie auch für 1 verwendet, bezeichnen gleiche Elemente. Wie aus 2 ersichtlich ist, weist der Dorn 12 eine zylindrische Form mit einem kreisrunden Querschnitt auf. Der Dorn 12 ist in einer ebenfalls kreisrunden zylindrischen Bohrung der Hülse 11 geführt. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung, kann der Dorn 12 auch viereckige, sechseckige oder ovale Querschnittsformen aufweisen, wobei die innere Ausnehmung der Hülse 11 eine daran angepasste Querschnittsform aufweist. Dadurch kann der Dorn 12 in der Ausnehmung geführt werden und ist auch bezüglich seines Drehmoments abgestützt, d. h. bei einer Beaufschlagung des Dorns 12 mit einem Drehmoment, wie dies beispielsweise beim Aufschrauben der Schraubenmutter 13 auf das Gewinde 12 der Fall ist, erfährt der Dorn ein Drehmoment. Dieses Drehmoment überträgt sich durch den Formschluss zwischen Dorn 12 und Hülse 11 auf die Tannenbaum-Verrastung 15 und folglich im eingebauten Zustand auf die zu fügenden Bauteile 16 und 17. Die Querschnittsform des Dorns 12 kann im Bereich des Gewindes 12b kreisrund sein und im Bereich, in dem der Dorn 12 in der Hülse 11 geführt ist, oval, viereckig oder rechteckig sein.
Im Folgenden soll ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile 16, 17 anhand der Darstellung von 1 erläutert werden, wobei 1 jedoch den Endzustand des Fügeverfahrens darstellt.
Zu Beginn des Verfahrens werden die zwei Bauteile 16, 17 mit Hilfe einer Klebeverbindung 18 miteinander verklebt. Anschließend wird ein Durchbruch durch beide Bauteile 16, 17 erzeugt, durch den die spätere Hülse 11 eingebracht werden kann. Alternativ können die Verfahrensschritte auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen, wobei beim Verkleben der Bauteile darauf geachtet werden muss, dass die Durchbrüche in dem jeweiligen Bauteil 16, 17 koaxial fluchtend zueinander positioniert werden.
In einem Folgeschritt wird die Niethülse 11 mit daran angeordneter Tannenbaum-Verrastung 15 in die Durchbrüche eingeschoben. Dabei verrastet die Tannenbaum-Verrastung 15 mit den Bauteilen 16 und 17. In diesem Zustand weist die Hülse eine hohle prismatische Form auf mit einem viereckigen, sechseckigen, runden oder ovalen Querschnitt. Beim Einbringen der Hülse 11 in die Durchbrüche ist in einer mittigen Bohrung der Hülse 11 bereits ein Dorn 12 angeordnet. Danach wird ein Setzwerkzeug auf den Niet 10 aufgesetzt, wobei das Setzwerkzeug in berührendem Kontakt mit der Setzfläche 11b kommt. Das Setzwerkzeug kann eine Kraft einleiten derart, dass der Dorn 12 eine Relativbewegung zur Hülse 11 durchführt. Die Relativbewegung des Dorns 12 erzeugt eine Umformung in dem Schließkopf 11a der Hülse 11. Dieser wird dabei so umgeformt, dass er ein Gegenlager bildet und im Wesentlichen die Form der Wulst 20 einnimmt, wie in 1 dargestellt. Danach wird das Setzwerkzeug wieder entfernt, eine Scheibe 14 auf den Dorn aufgelegt und die Schraubenmutter 13 auf das Gewinde 12b aufgeschraubt. Beim Aufschrauben wird die Mutter 13 festgezogen mit einer vorbestimmten Kraft, so dass zwischen den Bauteilen 16 und 17 eine vorbestimmte Vorspannung eingestellt wird.
Das Verfahren bietet den Vorteil, dass der Niet 10 für den Setzprozess lediglich eine einseitige Zugänglichkeit erfordert und funktioniert analog zu Blindnietverfahren. Das Verfahren eignet sich dadurch besonders zum Fügen von zwei faserverstärkten Kunststoffen und/oder eines faserverstärkten Kunststoffs mit einem metallischen oder nichtmetallischen Bauteil. Das vorgesehene Gewinde 12b ermöglicht einen großen Klemmbereich für den Niet 10, wobei unterschiedlich auch dicke Bauteilverbindungen genietet werden können. Dabei bleibt auch der Toleranzausgleich über den Klebespalt möglich. Ein weiterer Vorteil des Niets 10 bzw. des Verfahrens liegt in der einfachen Nacharbeit, da kein Ausbohren des Niets notwendig ist. Nach dem Abschrauben der Mutter 13 kann der Dorn 12 ausgestoßen werden. Durch Überdrücken der Tannenbaum-Verrastung 15 wird die Hülse 11 aus dem Bauteilverbund herausgestoßen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10111404 B4 [0003]

Claims

Niet (10) mit – einer hohlen prismenförmigen Hülse (11), die an einem axialen Ende eine Setzfläche (11b) und an einem der Setzfläche (11b) gegenüberliegenden axialen Ende einen Schließkopf (11a) umfasst und – einem Dorn (12), der einen Dornkopf (12a) aufweist und in der Hülse (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Dorn (12) an einem dem Dornkopf (12a) gegenüberliegenden axialen Ende ein Gewinde (12b) aufweist und derart in der Hülse (11) angeordnet ist, dass das Gewinde (12b) aus der Hülse (11b) an der Setzfläche (11b) herausragt, wenn der Dornkopf (12a) mit dem Schließkopf (11a) in berührendem Kontakt steht.
Niet (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer äußeren Umfangsfläche (19) der Hülse (11) eine Tannenbaum-Verrastung (15) vorgesehen ist.
Niet (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) und die Hülse (11) formschlüssig verbindbar sind.
Niet (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) einen runden, ovalen, vierkantigen oder sechskantigen Querschnitt aufweist und die hohle Hülse (11) eine hierzu korrespondierende Prismenform aufweist.
Niet (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (12) mit der Hülse (11) verschweißt ist, wobei die Schweißverbindung einen Dornkopf (12a) mit dem Schließkopf (11a) stoffschlüssig verbindet.
Niet (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Setzfläche (11b) als eine Stirnfläche der Hülse (11) ausgebildet ist, wobei die Stirnfläche senkrecht zur axialen Richtung der prismenförmigen Hülse (11) verläuft.
Niet (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraubenmutter (13) einen Setzkopf des Niets (10) bildet.
Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (16, 17) mit den Schritten: – Einbringen eines Niets (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in eine Öffnung, die durch die zwei zu fügenden Bauteile (16, 17) verläuft, – Aufsetzen eines Setzwerkzeuges auf den Niet (10), – Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Dorn (12) und der Hülse (11), unter Verwendung des Setzwerkzeugs, wobei an einem Schließkopf (11a) eine Schließwulst erzeugt wird, – Entfernen des Setzwerkzeuges von dem Niet (10), – Aufschrauben einer Mutter (13) auf den Dorn (12), der ein Gewinde aufweist dadurch gekennzeichnet, dass beim Erzeugen der Schließwulst das Setzwerkzeug in berührendem Kontakt mit einer Setzfläche (11b) einer Niethülse (11) steht.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt: – Festziehen der Mutter (13) mit einer vorbestimmten Kraft.