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Die Erfindung betrifft einen Blindniet zum Verbinden zweier Werkstücke gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Blindniet ist aus der
WO 2009/137868 A1 bekannt. Der Blindniet dient zum Verbinden wenigstens zweier Werkstücke und umfasst einen Nietdorn mit einem selbstlochenden Nietdornkopf. Wird der Nietdornkopf in Rotation relativ zu den in zumindest teilweiser gegenseitiger Überdeckung angeordneten Werkstücken versetzt und entlang einer Einbringrichtung, in welche der Nietdorn in die Werkstücke eingebracht wird, mit einer Druckkraft gegen die Werkstücke beaufschlagt, so werden die Werkstücke in einem jeweiligen Teilbereich plastifiziert. Dadurch kann in die Werkstücke ein Durchgangsloch für den Nietdorn und für eine den Nietdorn umgebende Hülse des Blindniets eingebracht werden.
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Der Nietdornkopf weist dabei einen Aufnahmehohlraum für infolge des Plastifizierens verdrängtes Material der Werkstücke auf. Dies bedeutet, dass Werkstückmaterial, das aufgrund der Rotation des Nietkopfes plastifiziert wurde, in den Aufnahmehohlraum hineinfließt und dort aufgenommen werden kann. Der Blindniet ist somit als selbstlochender Blindniet ausgebildet, welcher die Verbindung der Werkstücke miteinander durch Blindnieten ermöglicht, ohne die Werkstücke vorlochen zu müssen. Dies bedeutet, dass es nicht vonnöten ist, die Werkstücke mit Durchgangsöffnungen für den Blindniet zu versehen, da der Blindniet diese Durchgangsöffnungen selbst ausbildet.
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Der Blindniet weist zum einen jedoch den Nachteil auf, dass es beim Einbringen des Blindniets in die Werkstücke, was auch als Eintreiben bezeichnet wird, zu einer im Wesentlichen ringförmigen Anhäufung des plastifizierten Werkstückmaterials zwischen der Hülse und dem Nietdornkopf kommen kann. Diese Materialanhäufung kann zu einem späteren Zeitpunkt – insbesondere im Betrieb der verbundenen Werkstücke – vom Blindniet und/oder von den Werkstücken abfallen und kann dann beispielsweise in einen Hohlraum einer Kraftwagenkarosserie gelangen und dort im Fahrbetrieb zu unangenehmen Geräuschen führen. Außerdem kann eine aufwändige Entsorgung der abgefallenen Materialanhäufung erforderlich sein. Zum anderen weist der aus
WO 2009/137868 A1 bekannte Blindniet den Nachteil auf, dass es im Verlaufe des Verbindens der Werkstücke mittels des Blindniets zu einer unerwünschten Entstehung oder Vergrößerung eines Spalts zwischen den in gegenseitiger Überlappung angeordneten Werkstücken kommen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Blindniet der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Entstehung einer Materialanhäufung zwischen Nietdornkopf und Werkstücken sowie eines übermäßig großen Spalts zwischen den Werkstücken vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Blindniet mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Blindniet der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem beim Verbinden der Werkstücke miteinander die Entstehung einer vom Blindniet und den Werkstücken abfallenden Materialanhäufung sowie eines übermäßigen Spalts zwischen den Werkstücken vermieden werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Außendurchmesser der Hülse kleiner ist als der größte Außendurchmesser des Nietdornkopfs. Der Nietdornkopf erzeugt somit beim Eintreiben des Blindniets in die Werkstücke eine Öffnung, die breiter ist als der Außendurchmesser der Hülse, so dass die Hülse kraftarm in diese Öffnung eindringen kann. Wird anschließend eine Zugkraft auf den Nietdorn ausgeübt, so führt dies zu einer Aufweitung und plastischen Verformung der in die Werkstücköffnung eingeführten Hülse, die eine gute Verkeilung der Hülse in den Werkstücken bewirkt.
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Infolge dieser Ausgestaltung des Blindniets kann die Entstehung einer beispielsweise ringförmigen Anhäufung von plastifiziertem Werkstückmaterial zwischen dem Nietdornkopf und der Hülse vermieden werden, so dass auch kein zu entsorgender Abfall beim Verbinden der beiden Werkstücke entsteht.
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Der erfindungsgemäße Blindniet ermöglicht somit die Realisierung einer qualitativ hochwertigen, spanlosen Verbindung der beiden Werkstücke, da nicht nur beim Eintreiben des Blindniets in die Werkstücke, sondern beim gesamten Verbindungsvorgang vermieden wird, dass vom Blindniet und/oder von den verbundenen Werkstücken verdrängtes Werkstückmaterial abfallen kann. Im Unterschied zu einer Direktverschraubung der Werkstücke miteinander kann auch die übermäßige Entstehung eines Spalts zwischen den Werkstücken vermieden werden, so dass eine feste und bauraumgünstige Verbindung der Werkstücke realisierbar ist.
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Der Blindniet ermöglicht auch die zeit- und kostengünstige Verbindung der Werkstücke, da diese nicht vorgelocht werden müssen. Vielmehr werden jeweilige Durchgangsöffnungen, durch welche der Blindniet entlang einer Einbringrichtung in die Werkstücke eingebracht wird, durch den Blindniet selbst und insbesondere durch seinen Nietdornkopf in die Werkstücke eingebracht. Im Vergleich zu konventionellen Blindnieten können somit separate Vorlochoperationen eingespart werden. Schließlich lässt sich auch – im Unterscheid zum Bolzensetzen – eine übermäßige Verformung der Werkstücke im Bereich einer Fügestelle, an der die Werkstücke mittels des Blindniets miteinander verbunden werden, vermeiden.
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Der Blindniet eignet sich besonders gut zum Verbinden von Werkstücken, von denen wenigstens eines aus einem duktilen Material gebildet ist. Insbesondere eignet sich der Blindniet besonders gut zum Verbinden von Werkstücken aus Aluminium; weiterhin eignet sich der Blindniet zum Verbinden eines Werkstücks aus einem duktilen Werkstoff mit einem Werkstück aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei in diesem Fall der faserverstärkte Kunststoff in Fügerichtung vor dem duktilen Werkstoff angeordnet werden muss, so dass der Blindniet zuerst in den faserverstärkten Kunststoff und erst danach in den duktilen Werkstoff eindringt. Selbstverständlich sind jedoch aber auch andere Materialkombinationen ohne weiteres denkbar. Um eine feste Verbindung der Werkstücke zu erreichen, muss dasjenige Werkstück, in das der Blindniet beim Fügevorgang als letztes eindringt (das sich also in Fügerichtung an der letzten Stelle befindet) eine ausreichende Materialstärke haben.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht durch einen Blindniet gemäß einer ersten Ausführungsform, welche einen Nietdorn mit einem Nietdornkopf und eine den Nietdorn umgebende Hülse umfasst, wobei die Hülse einen Außendurchmesser aufweist, welcher kleiner als der größte Außendurchmesser des Nietdornkopfs ist;
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2 eine schematische Längsschnittansicht durch den Blindniet gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine schematische Schnittansicht einer Verbindungsanordnung zweier Werkstücke, welche mittels des Blindniets gemäß einer dritten Ausführungsform miteinander verbunden sind; und
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4 eine schematische Schnittansicht einer Verbindungsanordnung zweier Werkstücke, bei welcher die Werkstücke mittels des Blindniets gemäß einer vierten Ausführungsform miteinander verbunden sind.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Blindniet gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Blindniet 10 ist dabei als selbstlochender Hohl-Blindniet ausgebildet, welcher – wie in Zusammenschau mit 3 und 4 erkennbar ist – zum vorlochfreien und spanlosen Verbinden zweier Werkstücke 12, 14 verwendet wird.
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Der Blindniet 10 umfasst einen Nietdorn 16 mit einem Nietdornschaft 18 und mit einem einstückig mit dem Nietdornschaft 18 ausgebildeten Nietdornkopf 20. Wie aus 1 erkennbar ist, weist der Nietdornkopf 20 gegenüber dem Nietdornschaft 18 wenigstens einen größeren Außendurchmesser 21, 23 auf, so dass der Nietdorn 16 im Bereich des Nietdornkopfs 20 gegenüber dem Nietdornschaft 18 erweitert ist.
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Der Nietdornkopf 20 selbst weist einen ersten Längenbereich 22 sowie einen sich an den ersten Längenbereich 22 anschließenden, zweiten Längenbereich 24 auf, wobei der zweite Längenbereich 24 gegenüber dem ersten Längenbereich 22 erweitert ist. Somit weist der zweite Längenbereich 24 einen größeren Außendurchmesser 21 und somit einen größeren Außenumfang auf als der erste Längenbereich 22. Wie im Folgenden erläutert ist, schließt sich der Nietdornkopf 20 in einer Einbringrichtung 70 des Blindniets 10 an den Nietdornschaft 18 an, wobei sich der zweite Längenbereich 24 entlang der Einbringrichtung 70 an den ersten Längenbereich 22 anschließt.
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Der Blindniet 10 umfasst auch eine Hülse 26 mit einem Innenraum 28 für den Nietdorn 16, wobei der Innenraum 28 als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Der Nietdorn 16 ist dabei in einem Teilbereich seiner Längserstreckung in der Hülse 26 aufgenommen, so dass die Hülse 26 den Nietdorn 16 ringförmig umgibt. Die Hülse 26 weist auf einem dem Nietdornkopf 20 gegenüberliegenden Seite 30 einen Setzkopf 32 auf, welcher auf einer dem Nietdornkopf 20 zugewandten Seite 34 einen Aufnahmehohlraum in Form einer Ringnut aufweist, die als Unterkopfringnut 36 bezeichnet ist. Wie aus 1 ferner zu erkennen ist, weist der Nietdornkopf 20 einen endseitigen Aufnahmehohlraum 38 auf, der sich entlang der Einbringrichtung 70 verjüngt.
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Um die Werkstücke 12, 14 miteinander zu verbinden, werden diese derart relativ zueinander angeordnet, dass sie sich zumindest in einem in 3 mit 40 bezeichneten Überlappungsbereich gegenseitig überlappen. Dann wird der Blindniet 10 in den Überlappungsbereich 40 eingebracht. Dabei wird der Nietdorn 16 mit dem Nietdornkopf 20 um eine Drehachse relativ zu den Werkstücken 14, 16 in Rotation versetzt. Der Blindniet 10 wird mit einer hohen Drehzahl in Einbringrichtung 70 gegen die Werkstücke 12, 14 gedrückt. Bezogen auf die Einbringrichtung 70, in die der Blindniet 10 in die Werkstücke 12, 14 eingebracht/eingetrieben wird, wird das zuunterst liegende Werkstück 14 als Basiswerkstück oder auch als Basisblech bezeichnet, insbesondere wenn es aus einem metallischen Material gebildet ist.
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Durch die hohe Drehzahl des Nietdorns 16 wird zunächst das obere Werkstück 12, welches auch als oberes Fügeteil oder als Deckblech bezeichnet wird, in einem der Fügestelle 40 entsprechenden Teilbereich plastifiziert, wobei plastifizierter Werkstoff des Werkstücks 12 in den Aufnahmehohlraum 38 des Nietdornkopfs 20 hineinfließt. Durch Druckausübung auf den Nietdorn 16 wird in das lokal plastifizierte Werkstück 12 eine Durchgangsöffnung für den Nietdorn 16 und die Hülse 26 eingebracht. Ist das Durchgangsloch im Deckblech (Werkstück 12) eingeformt, so kommt der Nietdornkopf 20 in Anlage mit dem entlang der Einbringrichtung 70 benachbarten Werkstück, im Ausführungsbeispiel der 3 dem Basiswerkstück 14. Durch die nach wie vor hohe Drehzahl und Druck des Nietdorns 16 wird auch das Werkstück 14 in einem Teilbereich plastifiziert, so dass plastifizierter Werkstoff des Werkstücks 14 ebenfalls in den Aufnahmehohlraum 38 hineinfließt. Das Material des letzten der miteinander zu verbindenden Werkstücke (im vorliegenden Fall des Werkstücks 14), fließt dabei derart in den Aufnahmehohlraum 38 hinein, so dass im Zuge des Eintreibens des Blindniets 10 ein Hinterschnitt 42 zwischen der in den Aufnahmehohlraum 38 hineingeflossenen, im Ganzen mit 44 bezeichneten, Materialansammlung und dem Nietdornkopf 20 entsteht (siehe 3). Am Hinterschnitt 42 hintergreift die Verjüngung des Aufnahmehohlraums 38 die Materialansammlung 44, so dass das verdrängte Werkstückmaterial im Nietdornkopf 20 verbleibt und dort verankert wird. Für eine besonders vorteilhafte Bildung des Hinterschnitts 42 und eine daraus resultierende, sehr gute Verankerung des verdrängten Materials 44 aller Werkstücke 12, 14 ist eine sehr gute Plastifizierbarkeit des Materials des unteren Werkstücks 14 von Vorteil.
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Im Anschluss an das Eintreiben des Nietdorns 16 wird der Nietdorn 16 entgegen der Einbringrichtung 70 relativ zur Hülse 26 translatorisch bewegt, so dass sich der Nietdornkopf 20 auf die Hülse 26 zubewegt und in Stützanlage mit dieser kommt. Da der Außendurchmesser 23, 21 des Nietdornkopfs 20 größer ist als ein Innendurchmesser der Hülse 26, kommt es dabei zu einer Verformung der Hülse 26. Im Zuge dieser Verformung wird die Hülse 26 aufgeweitet. Vorteilhafterweise ist – wie in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 gezeigt – der Übergangsbereich zwischen Nietdornschaft 18 und Nietdornkopf 20 konisch ausgebildet, so dass der Außendurchmesser des Nietdorns zwischen Schaft 18 und Kopf 20 kontinuierlich ansteigt und die Verformung der Hülse 26 durch Rückzug des Nietdornkopfes stetig zunimmt. Zur Darstellung einer hochfesten Verbindung ist eine hinreichende Wanddicke des unteren Werkstücks 14 vorteilhaft, wobei der Bereich der durch den Nietdornrückzug verursachten Hülsenverformung im Bereich dieses Werkstücks 14 liegen sollte.
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Darüber hinaus kommt es bei der translatorischen Bewegung zu einem Versagen des Nietdorns 16 an einer in 1 und 2 angedeuteten Sollbruchstelle 46, so dass ein in 3 dargestellter, erster Teil 48 des Nietdorns 16 in der Hülse 26 verbleibt, während ein zweiter und aus 1 erkennbarer Teil 50 des Nietdorns 16, welcher an der Sollbruchstelle 46 vom ersten Teil 48 abreißt, entfernt wird. In der Folge entsteht eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung der miteinander gefügten Werkstücke 12, 14, wobei der Nietdorn 16 teilweise in der Verbindung verbleibt.
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Wie aus 3 erkennbar ist, wird beim Eintreiben des Blindniets 10 verdrängtes Werkstückmaterial nach oben, d. h. entgegengesetzt zur Einbringrichtung 70, in der Unterkopfringnut 36 am Setzkopf 32 der Hülse 26 aufgenommen, und der Setzkopf 32 liegt zumindest im Wesentlichen plan auf einer Oberfläche 52 des Werkstücks 12 auf.
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Zur Realisierung einer besonders hohen Kopfzugfestigkeit kann die Hülse 26 mit Riffelungen versehen werden. Diese Riffelungen sind vorzugsweise auf einer außenumfangsseitigen Mantelfläche 54 der Hülse 26 vorgesehen und können einen besonders guten Formschluss zwischen der Hülse 26 und den miteinander zu fügenden Werkstücken 12, 14 gewährleisten.
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Durch die beschriebene Ausgestaltung des Nietdornkopfs 20 mit den unterschiedliche Außenumfänge und demzufolge unterschiedliche Außendurchmesser 23, 21 aufweisenden Längenbereichen 22, 24 kann eine besonders vorteilhafte und weit unten – d. h. im Bereich des Basiswerkstücks 14 – angeordnete Aufweitung der Hülse 26 bewirkt werden. Dadurch kann ein etwaiger, beim Fließlochformen entstehender Spalt zwischen den Werkstücken 12, 14 minimal gehalten oder beim translatorischen Bewegen des Nietdorns 16 weiter verkleinert werden.
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Die Hülse 26 weist einen Außenumfang bzw. einen Außendurchmesser 27 auf, welcher kleiner als der größte Außenumfang bzw. Außendurchmesser 23, 21 des Nietdornkopfs 20 ist. Mit anderen Worten weist die Hülse 26 einen geringeren Außendurchmesser auf als der breiteste Teil des Nietdornkopfs 20. Hierdurch kann vermieden werden, dass Werkstoff der Werkstücke 12, 14 durch die Hülse 26 aus der Fügezone gedrückt wird. Ferner kann hierdurch die Entstehung einer im Wesentlichen ringförmigen Materialanhäufung zwischen der Hülse 26 und dem Nietdornkopf 20 verhindert werden, die andernfalls beim translatorischen Bewegen des Nietdorns 16 abfallen und somit ein Abfallprodukt darstellen kann. Demzufolge kann auch auf die Beseitigung eines solchen Abfallprodukts verzichtet werden und die Vorteile des spanlosen Eintreibens des Blindniets 10 in die Werkstücke 12, 14 können vollständig ausgeschöpft werden.
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2 zeigt den Blindniet 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass die Hülse 26 einen ersten Längenbereich 56 und einen sich daran anschließenden, zweiten Längenbereich 58 aufweist. Dabei schließt sich der zweite Längenbereich 58 entlang der Einbringrichtung an den ersten Längenbereich 56 an und weist einen größeren Außenumfang und somit einen größeren Außendurchmesser 27 als der erste Längenbereich 56 auf. Dadurch ist die Hülse 26 gemäß der zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform derart modifiziert, dass eine besonders starke Klemmung der Werkstücke 12, 14 zu realisierbar ist.
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Wie aus 2 darüber hinaus zu erkennen ist, weist der zweite Längenbereich 58 einen ersten Teil 60 und einen sich entlang der Einbringrichtung daran anschließenden, zweiten Teil 62 auf, wobei sich der zweite Teil 62 entlang der Einbringrichtung 70 außenumfangsseitig konisch verjüngt. Im Unterschied dazu ist der erste Teil 60 zumindest im Wesentlichen gerade und zumindest im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet. Hierdurch kann eine besonders starke Klemmung der Werkstücke 12, 14 realisiert werden.
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3 zeigt zwei Werkstücke 12, 14, die unter Verwendung des Blindniets der 1 gefügt wurden. Es ist erkennbar, dass durch die entsprechende Ausgestaltung der Hülse 26 mit den Längenbereichen 56, 58, welche unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, ein Hinterschnitt 64 zwischen dem unteren Werkstück 14 und der Hülse 26 realisiert werden kann. Am Hinterschnitt 64 hintergreift das Werkstück 14 die Hülse 26, wodurch eine besonders feste Verbindung realisiert ist.
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Gemäß 4 ist der Unterschied zwischen den Außendurchmessern der Längenbereiche 56, 58 gegenüber 3 noch größer, so dass ein besonders ausgeprägter Hinterschnitt 64 zwischen dem unteren Werkstück 14 und der Hülse 26 ausgebildet ist.
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Der Blindniet 10 stellt ein Fügeelement dar, welches sich vor allem zum Fügen von Aluminium-Karosseriebauteilen eignet. Ferner können auch aus Aluminium gebildete Aufbauteile für Nutzkraftwagen miteinander gefügt werden. Selbstverständlich ist jedoch auch das Fügen von Werkstücken aus anderweitigen duktilen Materialien ohne Weiteres denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/137868 A1 [0002, 0004]
