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Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement umfassend einen Blindniet mit einer rohrförmigen Niethülse, die eine sie axial durchdringende Durchgangsbohrung und an einem Ende einen radial erweiterten Nietkopf aufweist, und mit einem in der Durchgangsbohrung angeordneten Dorn, der einen an einem dem Nietkopf entgegengesetzten Fußende der Niethülse angeordneten Dornkopf aufweist und dazu bestimmt ist, beim Setzen des Blindniets eine Kraft auf den Nietköper zu übertragen.
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Beim Fügen von Teilen mittels eines Blindniets wird die Niethülse des Blindniets durch Bohrungen in den Teilen hindurchgesteckt und dann mit Hilfe einer an dem Dorn ausgeübten axialen Kraft auf der dem Nietkopf entgegengesetzten Blindseite plastisch verformt und ein Schließkopf gebildet. Die Fügeteile werden hierzu zwischen dem Nietkopf und dem Schließkopf gespannt und mit einer mehr oder weniger großen axialen Klemmkraft gegeneinander gedrückt und dadurch fest miteinander verbunden. Nach dem Bruch des Dorns am Ende des Nietsetzvorgangs dehnen sich die Niethülse und die Fügeteile aufgrund ihrer Elastizität und infolge des Wegfalls der axialen Setzkraft wieder geringfügig. Dies kann zu einer Verringerung der Klemmkraft führen. Da der Nietdorn nach dem Setzen gebrochen ist, ist ein nochmaliges Nachziehen der Nietverbindung nicht mehr möglich.
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Wächst infolge von Wärmedehnung die zwischen dem Nietkopf und dem Schließkopf der fertigen Nietverbindung eingespannte Klemmlänge der Fügeteile, so kann dies durch eine Dehnung der Niethülse in begrenztem Maße ausgeglichen werden. Verringert sich hingegen die nach dem Nietsetzvorgang vorhandene Klemmlänge aufgrund von Schwindung der Fügeteile, so kann der Blindniet dies nicht ausgleichen. Die Nietverbindung kann dann ihre axiale Klemmwirkung verlieren und lose werden.
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Aus
US 4 973 102 ist eine Befestigungsanordnung mit einem Blindniet bekannt, bei der die Niethülse des Blindniets in eine von der Blindseite in die Bohrungen der Fügeteile eingesetzte rohrförmige Hülse eingeführt wird, die an ihrem blindseitigen Ende mit einer angeformten kegelstumpfförmigen Federscheibe versehen ist, die sich von der Hülse radial nach außen erstreckt und an der blindseitigen Fügeteiloberfläche anliegt. Beim Setzen des Blindniets bildet die Niethülse einen Schließkopf, der das blindseitige Ende der Hülse und den Innenrand der Federscheibe übergreift und die Federscheibe um ein bestimmtes Maß axial zusammendrückt, so dass die Fügeteile durch eine axiale Federkraft der Federscheibe gegeneinander und gegen den Nietkopf des Blindniets gespannt werden. Schwindet die Klemmlänge der Fügeteile, z.B. infolge einer anschließenden Wärmebehandlung der Nietverbindung, so kann die sich etwas entspannende Federscheibe die Schwindung ausgleichen und die Nietverbindung mit verminderter Klemmkraft gespannt halten. Die bekannte Befestigungsanordnung hat den Nachteil, dass die Fügeteile von beiden Seiten zugänglich sein müssen und dass separate Montagevorgänge für das Einführen der Hülse mit Federscheibe und für das Einführen des Blindniets benötigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement der eingangs genannte Art dergestalt zu verbessern und auszubilden, dass bei einer Verringerung der Klemmlänge der Fügeteile nach abgeschlossenem Setzen des Blindniets die mit dem Blindniet hergestellte Nietverbindung axial gespannt und damit uneingeschränkt funktionsfähig bleibt.
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Die Aufgabe wird durch ein Befestigungselement mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Befestigungselements sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei dem Befestigungselement nach der Erfindung ist an dem Blindniet wenigstens ein ringförmiges Federelement mit einer die Niethülse aufnehmenden Bohrung an dem Blindniet angeordnet und durch Haltemittel derart gehalten, dass das Federelement beim Setzen des Blindniets eine an dem Nietkopf anliegende Position einnehmen kann, in der der Nietkopf über das Federelement an einer Fügeteiloberfläche abstützbar ist. Vorzugsweise ist das Federelement eine ringförmige Federscheibe mit einer die Niethülse aufnehmenden Zentrierbohrung.
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Das Befestigungselement nach der Erfindung kann wie ein einzelner Blindniet gehandhabt und in einem einzigen Setzvorgang in Fügeteile gesetzt werden. Ein Zugang auf der Blindseite der Fügeteile ist nicht erforderlich. Durch das nach dem Nietsetzvorgang an dem Nietkopf anliegende Federelement wird die axiale Klemmkraft der Nietverbindung auch bei einer durch Schwindung verringerten Dicke der Fügeteile in den durch das Befestigungselement geklemmten Bereich aufrechterhalten. Das an dem Blindniet angebrachte Federelement kann eine solche Federkonstante haben, dass der Abfall der Klemmkraft infolge Schwindung der Klemmdicke der Fügeteile nur sehr gering und die verbleibende Klemmkraft dementsprechend ausreichend hoch ist, so dass die Funktion der Nietverbindung nur unwesentlich durch die Schwindung beeinträchtigt wird.
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Die Haltemittel zur Befestigung des Federelements können nach der Erfindung an der Niethülse oder an dem Dornkopf ausgebildet sein, wobei das Federelement zwischen den Haltemitteln und dem Nietkopf auf der Niethülse angeordnet ist. Die Haltemittel an der Niethülse können durch eine plastische Verformung der Wand der Niethülse gebildet sein, durch welche ein Abschnitt der Niethülse einen größeren Außendurchmesser erhält. Die Haltemittel an dem Dornkopf können durch einen Abschnitt des Dornkopfes gebildet sein, der einen größeren Außendurchmesser als die Niethülse hat.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Befestigungselements ist das Federelement eine tellerförmige Federscheibe mit einer die Niethülse aufnehmenden Zentrierbohrung.
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Zum Verbinden der Federscheibe mit dem Blindniet können vorteilhaft an der Federscheibe Haltemittel, beispielsweise angeformte Federlappen, ausgebildet sein, die den Nietkopf außen umgreifen.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung kann darin bestehen, dass die dem Fußende zugekehrte Unterseite des Nietkopfes eine sich axial erstreckende Ausnehmung aufweist, in die an der Federscheibe ausgebildete Haltemittel, beispielsweise ausgestanzte Federlappen, eingreifen.
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Vorzugsweise ist die Federscheibe eine kegelstumpfförmige Tellerfeder, deren konvexe Seite dem Fußende der Niethülse zugewandt ist. Zur Beeinflussung der Federkonstante können nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung zwei oder mehr tellerförmige Federscheiben zwischen den Haltemitteln und dem Nietkopf angeordnet sein. Die Federscheiben können kegelstumpfförmig sein und entweder zur Erhöhung der Federkraft gleichsinnig oder zur Erhöhung des Federwegs bei gleicher Federkraft gegensinnig zueinander angeordnet sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen
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1 eine erste Ausführungsform eines Befestigungselements nach der Erfindung,
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2 eine zweite Ausführungsform eines Befestigungselements nach der Erfindung,
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3 eine Federscheibe mit den Nietkopf umgreifenden Haltemitteln,
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4 eine Federscheibe mit in eine Ausnehmung in der Unterseite des Nietkopfs eingreifenden Haltemitteln,
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5 eine Fügeverbindung mit einem Befestigungselement nach der Erfindung.
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1 zeigt ein Befestigungselement 10, das aus einem Blindniet 11 und einer Federscheibe 12 gebildet ist. Der Blindniet 11 hat eine rohrförmige Niethülse 13 mit einer sie axial durchdringenden Durchgangsbohrung 14, in der ein Dorn 15 angeordnet ist. Die Niethülse 13 ist an einem Ende mit einem Nietkopf 16 versehen, der sich nach Art eines Flansches radial nach außen erstreckt. Der Nietkopf 16 weist auf einer dem ihm entgegengesetzten Fußende 17 der Niethülse 13 zugewandten Unterseite eine konkave Ringausnehmung 18 und eine ringförmige Anlagefläche 19 auf, die zur Anlage und Abstützung der Federscheibe 12 bestimmt ist. Der Dorn 15 erstreckt sich mit einem langgestreckten zylindrischen Schaft 20 durch die Durchgangsbohrung 14 und ragt mit einem durch ein Greifwerkzeug greifbaren Abschnitt aus dem Nietkopf 16 heraus. An dem entgegengesetzten Ende des Dorns 15 befindet sich ein Dornkopf 21, der einen größeren Außendurchmesser hat als der Schaft 20 und an der Stirnfläche des Fußendes 16 anliegt. Der Schaft 20 hat in der Nähe des Dornkopfes 21 eine ringförmige Einkerbung 22, durch die eine Sollbruchstelle gebildet ist, an der der Dorn beim Setzen des Blindniets 11 bricht, wenn der durch die Sollbruchstelle vorgegebene Maximalwert der auf den Dorn 15 einwirkenden Axialkraft erreicht ist.
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Die Federscheibe 12 ist eine kegelstumpfförmige Tellerfeder mit einer zentralen Bohrung 23, durch welche die Niethülse 13 hindurchgeführt ist und welche die Federscheibe 12 gegenüber der Niethülse 13 zentriert. Die Federscheibe 12 ist auf der Niethülse 13 so angeordnet, dass ihre konvexe Seite dem Fußende 17 zugekehrt ist und ihre konkave Seite dem Nietkopf 16 gegenüberliegt. Der Außendurchmesser der Federscheibe 12 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Nietkopfes 16, so dass der äußere Rand der konkaven Seite der Federscheibe 12 auf der Anlagefläche 19 aufliegen kann.
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Die Federscheibe 12 wird an dem Blindniet 11 durch Haltemittel 25 gehalten, die sich in der Nähe des Nietkopfes 16 auf der dem Fußende 17 zugewandten konvexen Seite der Federscheibe 12 befinden. Die Haltemittel 25 können aus mehreren radialen Vorsprüngen gebildet sein, die in einem Umfangsabstand voneinander und in gleichem Abstand von dem Nietkopf 16 an der Niethülse 13 ausgebildet sind. Die Haltemittel 25 werden nach dem Einführen der Niethülse 13 in die Bohrung 23 der Federscheibe 12 durch plastisches Verformen der Niethülse 13 gebildet und erreichen einen Außendurchmesser, der den Innendurchmesser der Bohrung 23 überschreitet. Auf diese Weise ist die Federscheibe 12 verliersicher zwischen dem Nietkopf 16 und den Haltemitteln 25 an dem Blindniet 11 gehalten. Auch der Dorn 15 ist in üblicher Weise in der Durchgangsbohrung 14 fixiert, beispielsweise durch radiales Eindrücken der Niethülse 13 in die Einkerbung 22. Das Befestigungselement 10 bildet auf diese Weise eine bauliche Einheit, die wie ein einziges Bauteil gehandhabt und von nur einer Zugangsseite mittels einer Nietsetzvorrichtung in Fügeteile gesetzt werden kann.
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2 zeigt ein weiteres, einen Blindniet 31 und eine Federscheibe 32 umfassendes Befestigungselement 30, das sich von dem Befestigungselement 10 durch eine andere Gestaltung der Haltemittel unterscheidet, durch die die Federscheibe 32 an dem Blindniet 31 gehalten ist. Der Blindniet 31 weist hierbei eine Niethülse 33 mit einem Nietkopf 34 und eine Durchgangsbohrung 35 auf, durch die ein Dorn 36 hindurchgeführt ist. Der Dorn 36 hat einen Dornkopf 38, der an einem Fußende 37 der Niethülse 33 anliegt. Die als kegelstumpfförmige Tellerfeder ausgebildete Federscheibe 32 hat eine zentrale Bohrung 39, durch die die Niethülse 33 hindurchgeführt ist. Der Innendurchmesser der Bohrung 39 ist so bemessen, dass die Federscheibe 32 im Wesentlichen eine zentrische Lage zur Niethülse 33 einnimmt.
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Um die Federscheibe 32 auf der Niethülse 33 zu halten, ist der Dornkopf 38 mit einem Außendurchmesser versehen, der größer ist als der Innendurchmesser der Bohrung 39. Die auf der Niethülse 33 angeordnete Federscheibe 32 wird daher durch den an dem Fußende 37 der Niethülse 33 anliegenden Dornkopf 38 am Herabgleiten von der Niethülse 33 gehindert.
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Das Aufstecken der Federscheibe 32 auf die Niethülse 33 ist hierbei nur vor dem Einsetzen des Dorns in die Durchgangsbohrung 35 möglich. Sind die Federscheibe 32 und der Dorn 36 an dem Blindniet 31 montiert, so kann der Dorn 36 zusätzlich gegen Lösen gesichert werden, indem die Niethülse 33, beispielsweise im Bereich des Fußendes 37 radial nach innen in eine in dem Dorn 36 ausgebildete Ringnut 40 eingedrückt wird.
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3 zeigt ein Befestigungselement 50 mit einem Blindniet 51, der mit einer Federscheibe 52 verbunden ist. Die kegelstumpfförmige Federscheibe 52 umgibt eine durch ihre zentrale Bohrung hindurchgeführte Niethülse 53 des Blindniets 51 und liegt mit ihrem äußeren Rand 54 an der Unterseite des Nietkopfes 56 an. Das Festhalten der Federscheibe 52 an dem Blindniet 51 erfolgt durch Haltemittel 57, die an der Federscheibe 52 angeordnet sind. Die Haltemittel 57 bestehen aus mehreren, federnden Fingern 58, die in gleichmäßigem Abstand voneinander am äußeren Rand 54 der Federscheibe 52 angeordnet sind und sich axial erstrecken. Bei dem Anbringen der Federscheibe 52 an dem Blindniet 51 schnappen die federnden Finger 58 über den sich zur Nietkopfoberseite konisch verjüngenden Außenrand des Nietkopfes 56 hinweg und gelangen dadurch in eine den Nietkopf 56 umgreifende Halteposition, in der die Federscheibe 52 an dem Nietkopf 56 festgehalten ist. Diese Ausbildung der Haltemittel 57 hat den Vorteil, dass die Federscheibe 52 ohne das Erfordernis nachfolgender Bearbeitung der Niethülse 53 an dem Blindniet 51 angebracht werden kann.
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4 zeigt eine Ausführungsvariante eines Befestigungselements 60, bei dem eine Federscheibe 62 an der Unterseite eines Nietkopfes 63 eines Blindniets 61 festgehalten ist. Der Nietkopf 63 ist hierzu auf der Unterseite mit einer axialen ringförmigen Ausnehmung 64 versehen, die sich radial innerhalb einer ringförmigen Anlagefläche 65 befindet. Die Federscheibe 62 weist auf ihrer konkaven Seite Haltemittel 67 in Form von mehreren, in regelmäßigem Abstand voneinander angeordneten, durch radiale Einschnitte und Biegung gebildeten federnden Fingern 66 auf, die sich axial erstrecken und in die Ausnehmung 64 derart eingreifen, dass sie mit radialer Vorspannung an einer axialen Innenfläche der Ausnehmung 64 anliegen. Durch die federnde Vorspannung der Finger 66 und eine gegebenenfalls hinterschnittene Form der Ausnehmung 64 kann die Federscheibe 62 an dem Nietkopf 63 sicher gehalten werden.
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Das Befestigungselement 60 hat gegenüber dem Befestigungselement 50 den Vorteil, dass die Haltemittel der Federscheibe 62 nicht über den Außenrand des Nietkopfes 63 hinausragen.
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5 zeigt eine mit Hilfe eines Befestigungselements 100 nach der Erfindung hergestellte Fügeverbindung zweier Fügeteile 70, 71. Das Befestigungselement 100 entspricht dem Befestigungselement 10. Übereinstimmende Teile des Befestigungselements 100 sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie das Befestigungselement 10 versehen. Abweichend vom Befestigungselement 10 weist das Befestigungselement 100 eine zweite Federscheibe 101 auf, die zwischen der Federscheibe 12 und dem Nietkopf 16 angeordnet ist. Die Federscheibe 101 ist ebenfalls eine kegelstumpfförmige Tellerfeder, die mit ihrer zentralen Bohrung 102 an der Niethülse 13 geführt und zentriert ist. Die Federscheibe 101 ist gegensinnig zur Federscheibe 12 angeordnet. Die konkaven Seiten beider Federscheiben 12, 101 sind somit einander zugekehrt und liegen mit ihren äußeren Rändern aneinander an. Die konvexe Seite der Federscheibe 101 liegt an dem Nietkopf 16 und die konvexe Seite der Federscheibe 12 liegt an dem Fügeteil 70 an.
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Der Blindniet 11 ist in der Zeichnung in einem durch die Öffnungen 72, 73 in den Fügeteilen 70, 71 hindurch gesteckten und durch Setzen verformten Zustand gezeigt. Dieser Zustand wird erreicht, indem der Blindniet 11 mit Hilfe eines Nietsetzwerkzeugs mit seinem Nietkopf 16 und den Federscheiben 12, 101 gegen das auf dem Fügeteil 71 aufliegende Fügeteil 70 gedrückt und gleichzeitig an dem aus dem Nietkopf 16 herausragenden Ende des Dorns 15 mit einer axialen Kraft gezogen wird. Hierbei wird die Niethülse 13 im Bereich ihres Fußendes 17 durch die axiale Kraft, die der Dornkopf 21 auf die Niethülse 13 überträgt, zu einem flanschartigen Schließkopf 103 geformt, der sich auf die dem Nietsetzwerkzeug abgewandte Blindseite des Fügeteils 71 auflegt. Der beschriebene Setzvorgang ist beendet, wenn der Dorn 15 an der Sollbruchstelle bricht. Die Bruchkraft ist das Maximum der den beschriebenen Setzvorgang bewirkenden Axialkraft. Sie kann durch Änderung von Form und Tiefe der die Sollbruchstelle bildenden Einkerbung 22 beeinflusst werden.
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Nach dem Setzen des Blindniets 11 sind, wie in der rechten Hälfte von 5 gezeigt, die Federscheiben 12, 101 weitgehend flach gedrückt und dementsprechend gespannt. Durch ihre an dem Nietkopf 16 abgestützte Federkraft werden die Fügeteile 70, 71 gegeneinander und das Fügeteil 71 gegen den Schließkopf 103 gedrückt. Die Höhe dieser axialen Federkraft ist hierbei abhängig von dem Grad der axialen Verformung der Federscheiben 12, 101 und damit von dem Abstand x, der zwischen der Oberfläche des Fügeteils 70 und der Anlagefläche 19 des Nietkopfes 16 nach Beendigung des Setzvorgangs vorhanden ist. Dieser Abstand ist abhängig von der sogenannten Klemmlänge, nämlich dem axialen Abstand zwischen der Anlagefläche 19 des Nietkopfes 16 und der Fläche, mit der der Schließkopf 75 an dem Fügeteil 71 anliegt, und der Gesamtdicke der Fügeteile 70, 71 im Bereich der Fügeverbindung. Verringert sich nun die Dicke eines oder beider Fügeteile 70, 71, beispielsweise durch Schwindung, während die Klemmlänge des Blindniets 11 unverändert bleibt, so vergrößert sich die Einspannlänge der Federscheiben 12, 101 (Abstand x) entsprechend, wie in der linken Hälfte von 5 gezeigt. Dies hat zur Folge, dass die axiale Kraft der Federscheiben 12, 101 entsprechend ihrer Federkennlinie etwas abnimmt, bei passender Auslegung aber in ausreichender Höhe bestehen bleibt. Die Federscheiben 12, 101 halten dadurch die Fügeverbindung weiterhin, wenn auch mit etwas verringerter Federkraft, gespannt und verhindern, dass die Fügeverbindung lose werden kann.
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Die Anordnung von zwei Federscheiben ist in 5 nur beispielhaft gezeigt. In der Mehrzahl der Anwendungsfälle wird eine einzige Federscheibe ausreichen, um eine auftretende Fügeteilschwindung auszugleichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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