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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Setzen eines Niets an einem Werkstück. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technik zum Setzen eines Blindniets.
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Ein Niet ist ein plastisch verformbares, zylindrisches Verbindungselement, insbesondere zum Fügen von flachen Teilen wie Blechen, Kunststoffelementen und Faserverbundelementen. Ein Niet ist zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zweier Bauteile eingerichtet.
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Eine spezielle Bauform des Niets ist der Blindniet, der auch Zugdornniet genannt wird. Der Blindniet umfasst ein Hohlelement mit einem Setzkopf und einem koaxial in das Hohlelement eingesteckten Zugdorn mit einem Dornkopf. Setzkopf und Dornkopf liegen an entgegengesetzten axialen Enden des Hohlelements. Der Blindniet wird üblicherweise mit der Seite des Dornkopfes in eine Aussparung eines Werkstücks eingesetzt. Anschließend wird der Zugdorn mittels eines Setzwerkzeugs teilweise in oder durch das Hohlelement gezogen, so dass der Dornkopf das Hohlelement verformt und sich ein Schließkopf bildet, der den Niet am Werkstück hält. Der Zugdorn umfasst eine Sollbruchstelle, so dass nach Erreichen einer vorbestimmten Zugkraft der Zugdorn abreißt, wodurch der Setzvorgang des Niets beendet ist. Die Sollbruchstelle wird üblicherweise durch eine gezielte Schwächung des Zugdorns erreicht. Beispielsweise kann eine Kerbe oder eine Quetschung an einer Stelle entlang des Zugdorns angebracht sein.
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Durch die Sollbruchstelle ist die Abreißkraft des Zugdorns fest vorgegeben. Dabei kann die Wirkung der Zugkraft auf den Zugdorn bis zur Abreißkraft während des Setzens an unterschiedlichen Werkstücken unterschiedliche Verformungen des Hohlelements bewirken, die möglicherweise unerwünscht sind. Beispielsweise kann der Zugdorn an einem relativ weichen Werkstück weit in das Hohlelement gezogen werden, bevor die Abreißkraft erreicht ist. Dadurch wird am Hohlelement nicht nur ein Schließkopf auf einer Seite des Werkstücks ausgebildet, sondern auch im Bereich des Werkstücks wird ein Abschnitt des Hohlelements radial aufgeweitet. So können Spannungen oder unerwünschte Belastungen auf das Werkstück entstehen. Umfasst das Werkstück eines oder mehrere weiche oder dünne Elemente, kann eine Klemmkraft des Blindniets in axialer Richtung einen anderen Wert annehmen als nach dem Setzen an einem dickeren oder härteren Element. Die Verwendung von Blindnieten mit unterschiedlichen Zugdornen, die unterschiedliche Abreißkräfte unterstützen, ist allgemein unwirtschaftlich. Die verwendeten Blindnieten stellen daher einen Kompromiss dar, der nicht für jeden Anwendungsfall eine optimale Verbindung gewährleistet.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technik für das Blindnieten bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Blindniets, eines Setzwerkzeugs zum Setzen eines Blindniets und eines Verfahrens zum Setzen eines Blindniets, mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wider.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Blindniet ein Hohlelement, das sich entlang einer Längsachse erstreckt, mit einem Nietschaft und einem Setzkopf an einem ersten axialen Ende, und ein zum Hohlelement koaxialen Zugdorn mit einem Dornschaft und einem Dornkopf, zum Aufweiten des zweiten axialen Endes des Nietschafts zu einem Schließkopf. Dabei ist der Dornschaft entlang der Längsachse gleichmäßig geformt, um eine Zugfestigkeit des Zugdorns entlang des Dornschafts konstant zu halten. Unter der Aufweitung des zweiten axialen Endes des Nietschafts zum Schließkopf kann jegliche plastische Verformung dieses Endes verstanden werden, beispielsweis eine Spreizung oder eine Faltung, solange diese plastische Verformung geeignet ist, eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Schließkopf und einem der zu verbindenden Bauteils herzustellen.
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Durch das Verzichten auf eine Sollbruchstelle am Dornschaft kann beim Setzen des Blindniets ein Vorgang des Ziehens des Zugdorns in das Hohlelement von einem Vorgang des Abtrennens des Dornschafts getrennt ausgeführt werden. Dadurch kann die verwendete maximale Zugkraft verbessert kontrolliert werden. Insbesondere kann verhindert werden, dass die Zugkraft für einen vorgegebenen Anwendungsfall zu groß wird, wodurch eine unerwünschte Verformung oder Belastung des Hohlelements bzw. eines Werkstücks, in das das Hohlelement eingeführt ist, vermieden werden kann. Der Blindniet kann flexibler an unterschiedlichen Werkstücken mit unterschiedlichen Festigkeiten und Dicken eingesetzt werden.
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Bevorzugterweise weist der Dornschaft die Form eines geraden Kreiszylinders auf. So kann die Zugfestigkeit des Dornschafts verbessert konstant gehalten sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Dornschaft eine Zugfestigkeit auf, die größer als eine durch das Hohlelement aufbringbare Klemmkraft entlang der Längsachse ist. Die Klemmkraft des Hohlelements kann durch ein Werkstück oder eine Vorgabe beschränkt sein. Durch das Ausbilden des Dornschafts derart, dass seine Zugfestigkeit die vorbestimmte Klemmkraft übersteigt, kann sichergestellt werden, dass der Dornschaft unter der Zugkraft nicht abreißt und ein kontrolliertes Setzen des Blindniets stets durchführbar ist.
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Bevorzugterweise ist der Zugdorn dazu eingerichtet, im Bereich seines Dornschafts mittels eines Schneidwerkzeugs zertrennt zu werden, nachdem der Blindniet an einem Werkstück angebracht wurde. Insbesondere nachdem die vorbestimmte Zugkraft am Zugdorn aufgebracht wurde, kann das Schneidwerkzeug zum Abtrennen eines Abschnitts des Dornschafts angewendet werden. Bevorzugterweise wird ein über das Hohlelement überstehender Abschnitt des Dornschafts abgetrennt. Beispielsweise können eine Zange oder ein Bolzenschneider als Schneidwerkzeug verwendet werden. Durch das in radialer Richtung erfolgende Schneiden ist ein kontrollierteres Abtrennen des Dornschafts als durch in axialer Richtung wirkendem Reißen möglich.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Setzwerkzeug zum Setzen eines Blindniets, insbesondere des oben beschriebenen Blindniets, dazu eingerichtet, auf einen Dornschaft eines Blindniets eine Zugkraft auszuüben, die unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt bzw. den Schwellenwert nicht übersteigt. Dabei ist der Schwellenwert bevorzugterweise durch das Setzwerkzeug vorgegeben.
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Das Setzwerkzeug kann eine Einrichtung zur variablen Einstellung des Schwellenwerts umfassen. Dadurch kann das Setzwerkzeug universell zum Setzen von Nieten an unterschiedlichen Werkstücken eingesetzt werden.
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Das Setzwerkzeug kann ferner eine Kraftbegrenzungseinrichtung zur Begrenzung der Zugkraft auf den vorbestimmten Schwellenwert umfassen. Durch die Kraftbegrenzungseinrichtung kann verhindert werden, dass eine Zugkraft auf den Dornschaft ausgeübt wird, die den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Montagefehler beim Setzen eines Blindniets können so vermieden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform, die mit der letztgenannten Ausführungsform kombinierbar ist, umfasst das Setzwerkzeug ferner eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer ausgeübten Zugkraft. Die ausgeübte Zugkraft kann beispielsweise einem Anwender des Setzwerkzeugs signalisiert werden, beispielsweise mittels einer optischen Anzeigeeinrichtung. In diesem Fall kann der Schwellenwert gebildet sein, indem der Benutzer mittels des Setzwerkzeugs keine größere Zugkraft ausübt, als vorbestimmt ist. In einer Variante kann der Schwellenwert zur Begrenzung der Zugkraft mittels einer zweiten Anzeigeeinrichtung eingestellt werden. Entsprechen sich die Anzeigen beider Einrichtungen, so ist die vorbestimmte Zugkraft erreicht und der Benutzer kann den Setzvorgang beenden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Setzwerkzeug ferner eine Schneideinrichtung zum Abtrennen eines Abschnitts des Dornschafts, wenn bzw. unmittelbar bevor die Zugkraft den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat. Das Betätigen der Schneideinrichtung kann ein Umsetzen des Setzwerkzeugs erfordern. In einer anderen Ausführungsform können das Ausüben der Zugkraft auf den Zugdorn und das Abschneiden in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden. Dabei kann die Zugkraft vor dem Abtrennen reduziert oder während des Abtrennens aufrechterhalten werden.
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Nach einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Setzen eines Blindniets, insbesondere des oben beschriebenen Blindniets, mit einem Hohlelement, das sich entlang einer Längsachse erstreckt, und einem dazu koaxialen Zugdorn Schritte des Einsetzens des Hohlelements in eine Aussparung eines Werkstücks, des Ziehens des Zugdorns durch das Hohlelement, bis eine vorbestimmte Zugkraft erreicht ist, um einen Schließkopf am Hohlelement auszubilden, und des Abtrennens eines Abschnitts des Dornschafts mittels eines Schneidwerkzeugs.
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Durch das Trennen des Ziehens vom Abtrennen kann der Nietvorgang verbessert überwacht oder gesteuert werden. Ein automatisches Durchführen des Verfahrens, beispielsweise mittels einer automatischen Nietanlage, oder eine Überwachung des Nietprozesses können verbessert durchgeführt werden. Insbesondere kann während des Ziehens die Zugkraft überwacht werden, die als wichtiger Parameter des Setzverfahrens im Rahmen einer Dokumentation oder Qualitätskontrolle weiter ausgewertet werden kann. Eine Fehlnietung kann so unmittelbar identifiziert werden.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Blindniet während eines Setzvorgangs;
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2 den Blindniet aus 1 während eines Abtrennvorgangs;
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3 den Blindniet auf 1 und 2 nach dem Setzen und dem Abtrennen, und
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4 ein Setzwerkzeug zum Setzen eines Blindniets.
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1 zeigt einen Blindniet 100 während eines Setzvorgangs. Der Blindniet 100 umfasst ein Hohlelement 105 und einen Zugdorn 110. Das Hohlelement 105 ist üblicherweise aus einem relativ leicht verformbaren Material gefertigt, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder einem weichen Stahl. Das Hohlelement 105 erstreckt sich entlang einer Längsachse 115 und weist an einem ersten axialen Ende einen Setzkopf 120 auf, der sich in radialer Richtung von der Längsachse 115 erstreckt. Während des Setzvorgangs des Blindniets 100 an einem Werkstück 125, das hier exemplarisch in Form zweier übereinanderliegender Bleche dargestellt ist, wird an einem dem Setzkopf 120 gegenüber liegenden, zweiten axialen Ende des Hohlelements 105 ein Schließkopf 130 ausgebildet. Zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende des Hohlelements 105 erstreckt sich ein Nietschaft 135 mit einer koaxialen Aussparung zur Aufnahme des Zugdorns 110.
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Der Zugdorn 110 umfasst einen Dornschaft 140 und einen Dornkopf 145 an einem axialen Ende des Dornschafts 140. Der Zugdorn 110 ist derart in die zentrale Aussparung des Hohlelements 105 eingeführt, dass der Dornkopf 145 axial dem Setzkopf 120 gegenüberliegt. Ein Außendurchmesser des Dornkopfs 145 ist bevorzugterweise maximal so groß wie ein Außendurchmesser des Nietschafts 135. Dadurch kann der Blindniet 100 in der Darstellung von 1 von oben mit der axialen Seite des Dornkopfs 145 in eine Aussparung des Werkstücks 125 eingesetzt werden.
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Wird der Dornschaft 140 entlang der Längsachse 115 in der Darstellung von 1 nach oben gezogen, verformt der Dornkopf 145 das axiale Ende des Nietschafts 135 und am Hohlelement 105 wird der Schließkopf 130 ausbildet. Die auf den Zugdorn 110 wirkende Zugkraft wird üblicherweise zwischen dem Setzkopf 120 des Hohlelements 105 und dem Dornschaft 140 ausgeübt. Für diesen Vorgang wird ein Setzwerkzeug benötigt, von dem eine Ausführungsform unten mit Bezug auf 4 genauer beschrieben wird. Eine Kraftübertragung zwischen dem Setzwerkzeug und dem Dornschaft 140 erfolgt üblicherweise mittels Klemmbacken 150 des Setzwerkzeugs, die einen Reibschluss zum Dornschaft 140 herstellen und optional eine Verzahnung zur Herstellung eines Formschlusses tragen können. Die Verzahnung kann beim Eingreifen in den Dornschaft 140 eine leichte Verformung bewirken, die bezüglich einer Festigkeit des Dornschafts 140 vernachlässigbar klein sein kann.
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Es wird vorgeschlagen, den Dornschaft 140 des Blindniets 100 gleichmäßig auszuformen, um eine Zugfestigkeit des Zugdorns 110 entlang des Dornschafts 140 konstant zu halten. Insbesondere ist bevorzugt, dass der Dornschaft 140 die Form eines geraden Kreiszylinders aufweist. Eine Sollbruchstelle, beispielsweise in Form einer Quetschung oder Einkerbung, ist am Dornschaft 140 nicht vorgesehen. Bevorzugterweise weist der Dornschaft 140 eine Zugfestigkeit auf, die größer ist als eine Klemmkraft, die zwischen dem Setzkopf 120 und dem Schließkopf 130 des Hohlelements 105 auf das Werkstück 125 ausgeübt werden soll. Diese vorbestimmte Klemmkraft kann beispielsweise auf der Basis von Materialeigenschaften oder einem Verwendungszweck des Werkstücks 125 vorgegeben sein.
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Der Vorgang des Ausübens einer Zugkraft auf den Zugdorn 110 bezüglich des Hohlelements 105 ist beendet, sobald bzw. unmittelbar bevor die Zugkraft einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat.
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2 zeigt den Blindniet 100 aus 1 während eines Abtrennvorgangs. Wenn bzw. unmittelbar bevor die Zugkraft auf den Zugdorn 110 den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, kann die Zugkraft ganz oder teilweise aufrechterhalten oder vollständig abgebaut werden. Dann wird ein Abschnitt des Dornschafts 140 abgetrennt. Bevorzugterweise erfolgt das Abtrennen des Abschnitts des Dornschafts 140 möglichst nahe am Setzkopf 120 des Hohlelements 105. Ein in 2 unterer Abschnitt des Zugdorns 110 kann im Hohlelement 105 verbleiben oder nachträglich entfernt werden, beispielsweise durch Herausschlagen oder Herausdrücken in Richtung des Schließkopfs 130. Das Abtrennen erfolgt mittels eines Schneidwerkzeugs 205, wobei der Dornschaft 140 nicht axial abgerissen, sondern radial abgeschnitten wird. Das Schneidwerkzeug 205 kann beispielsweise eine Zange oder einen Bolzenschneider umfassen.
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3 zeigt den Blindniet 100 aus 1 und 2 nach dem Setzen und dem Abtrennen. In dem Bereich, in dem zuvor der Dornschaft 140 abgetrennt wurde, kann ein Abschnitt des Dornschafts 140 über den Setzkopf 120 des Hohlelements 105 hinausragen. Wird der verbleibende Abschnitt des Zugdorns 110 nicht aus dem Hohlelement 105 entfernt, so kann der Dornschaft 140 in diesem Bereich nachbearbeitet werden, beispielsweise mittels Schleifen oder Fräsen, um beispielsweise eine Verletzungsgefahr an einer Schneidkante am Dornschaft 140 zu verringern oder einen Überstand des Dornschafts 140 über den Setzkopf 120 zu verringern.
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4 zeigt ein Setzwerkzeug 400 zum Setzen eines Blindniets, insbesondere des Blindniets 100 der 1 bis 3. Das Setzwerkzeug 400 ist dazu eingerichtet, eine Zugkraft auf den Zugdorn 110 auszuüben, die einen vorbestimmten Schwellenwert nicht übersteigt. Das Setzwerkzeug 400 wird bevorzugterweise auf den Dornschaft 140 des Zugdorns 110 aufgesetzt, nachdem der Blindniet 100 in eine Aussparung am Werkstück 125 eingeführt worden ist. Insbesondere ist bevorzugt, dass das Setzwerkzeug 400 am Setzkopf 120 anliegt, um die Zugkraft zwischen dem Setzkopf 120 des Hohlelements 105 und dem Dornschaft 140 des Zugdorns 110 auszuüben. Das Setzwerkzeug 400 kann, wie in 4 angedeutet ist, manuell oder alternativ auch motorisch, beispielsweise elektrisch oder hydraulisch, betätigt werden. In einer Ausführungsform ist das Setzwerkzeug 400 Teil einer automatischen Blindnietanlage.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Einrichtung 405 zum Verstellen des Schwellenwerts, den die Zugkraft nicht erreichen bzw. übersteigen soll, am Setzwerkzeug 400 vorgesehen. In einer Ausführungsform ist diese Einrichtung 405 mechanisch ausgeführt, beispielsweise mittels der dargestellten Schraube.
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Bevorzugterweise ist eine Kraftbegrenzungseinrichtung 410 vorgesehen, die den Zugvorgang mittels des Setzwerkzeugs 400 unterbricht bzw. beendet, wenn oder unmittelbar bevor die Zugkraft den Schwellenwert erreicht hat. Bei einer motorischen Betätigung des Setzwerkzeugs 400 kann die Betätigung abgestellt werden. Bei einer manuellen Betätigung kann ein optisches, akustisches oder haptisches Signal an einen Benutzer ausgegeben werden. Alternativ kann eine Kraftübertragung zwischen dem Benutzer und dem Zugdorn 110 durch das Setzwerkzeug 400 unterbrochen oder begrenzt werden.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist eine Bestimmungseinrichtung 415 zur Bestimmung der auf den Zugdorn 110 wirkenden Zugkraft am Setzwerkzeug 400 vorgesehen. In einer Ausführungsform kann dazu eine Betätigungskraft des Benutzers oder eines motorischen Antriebs bestimmt werden, wobei die Zugkraft auf der Basis der Betätigungskraft bestimmt wird. Die mittels der Bestimmungseinrichtung 415 bestimmte Zugkraft kann mittels einer Anzeigeeinrichtung 420 angezeigt werden, beispielsweise mittels des in 4 angedeuteten Zeigers auf einer Skala.
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In einer Ausführungsform erfolgt die Begrenzung der Zugkraft im Setzwerkzeug 400 dadurch, dass eine Markierung 425 an der Anzeigeeinrichtung 420 im Sinne der Einrichtung 405 zum Verstellen des Schwellenwerts verschiebbar angeordnet ist. Die Markierung 425 kann auf den vorbestimmten Schwellenwert gesetzt werden und ein Benutzer beendet den Setzvorgang, wenn die Anzeigeeinrichtung 420 eine Zugkraft anzeigt, die der Position der Markierung 425 entspricht. In einer anderen Ausführungsform kann die Markierung 425 auch weggelassen werden und der Benutzer beendet den Setzvorgang, wenn bzw. unmittelbar bevor die angezeigte Zugkraft den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat.
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Das Setzwerkzeug 400 kann kombiniert oder integriert mit dem Schneidwerkzeug 205 aus 2 ausgeführt sein. In einer Ausführungsform ist das Schneidwerkzeug 205 so am Setzwerkzeug 400 angebracht, dass das Setzwerkzeug 400 nach dem Setzvorgang vom Zugdorn 110 entfernt werden muss, um das Schneidwerkzeug 205 zu benutzen. In einer anderen Ausführungsform ist das Schneidwerkzeug 205 derart integriert mit dem Setzwerkzeug 400 ausgeführt, dass ein Absetzen nicht erforderlich ist. Insbesondere kann das Abschneiden eines Abschnitts des Dornschafts 140 des Zugdorns 110 in einer Ausführungsform des Setzwerkzeugs 400 erfolgen, während die Zugkraft nicht oder nicht vollständig abgebaut ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Blindniet
- 105
- Hohlelement
- 110
- Zugdorn
- 115
- Längsachse
- 120
- Setzkopf
- 125
- Werkstück
- 130
- Schließkopf
- 135
- Nietschaft
- 140
- Dornschaft
- 145
- Dornkopf
- 150
- Klemmbacken
- 205
- Schneidwerkzeug
- 400
- Setzwerkzeug
- 405
- Einrichtung zum Verstellen des Schwellenwerts
- 410
- Kraftbegrenzungseinrichtung
- 415
- Bestimmungseinrichtung für Zugkraft
- 420
- Anzeigeeinrichtung
- 425
- Markierung
