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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Ansetzen eines Drehmomentschlüssels an einer Nietverbindung. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der Festigkeit einer Nietverbindung mit einem solchen Werkzeug. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Bestimmung der Festigkeit einer Nietverbindung.
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Niete, die vorwiegend zum unlösbaren Fügen von Blechteilen eingesetzt werden, bieten gegenüber Schrauben den Vorteil, dass in keines der Bauteile ein Gewinde eingebracht werden muss. Im Gegensatz zu normalen Nietverbindungen ist bei Blindnietverbindungen für den Fügevorgang nur der Zugang zu einer Seite der zu verbindenden Bauteile erforderlich.
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Grundsätzlich ist eine formschlüssige Nietverbindung optisch am deformierten Schließkopf zu erkennen. Es sind derzeit aber keine Verfahren bekannt, mit denen auf schnelle und einfache Weise die Qualität, d. h. die Festigkeit einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindnietverbindung, geprüft werden kann.
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Aus der
FR 2 961 119 A1 sind ein Werkzeug zum Ansetzen eines Drehmomentschlüssels an einer Nietverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Festigkeit einer Nietverbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7 sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Festigkeit einer Nietverbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8 bekannt. Bei einer genieteten Baugruppe mit zwei gegenüberliegenden Seiten und mindestens einem durch die Baugruppe hindurchragenden Niet wird die Qualität der Nietverbindung bewertet. Hierfür wird mit einem manuellen Werkzeug das Antriebsdrehmoment des kreiszylindrischen Nietkopfes relativ zur Baugruppe gemessen, um daraus die axialen Spannungen in dem Niet zu bestimmen.
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Die
DE10 2009 050 200 B3 beschreibt eine Drehmomentprüfung an einem Fügeelement, z. B. einem Stanzniet, mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels zur zerstörungsfreien Qualifizierung einer Fügeverbindung. Die Drehmomentprüfung umfasst ein Drehen des gefügten Fügeelements mit einem definierten Drehmoment, so dass bei fehlendem Mitdrehen des Fügeelements die Verbindung als i. O. qualifiziert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine schnelle und einfache Prüfung einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindnietverbindung, mit bewährter Technik zu ermöglichen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug zum Ansetzen eines Drehmomentschlüssels an einer Nietverbindung, insbesondere an einer Blindnietverbindung, umfasst eine Klemmeinrichtung zum Einklemmen eines Schließkopfes eines deformierten Niets und eine drehfest mit der Klemmeinrichtung verbundene oder verbindbare Aufnahme für einen Drehmomentschlüssel.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass auf die Qualität einer Nietverbindung, genauer gesagt auf die Klemmkraft des Niets geschlossen werden kann, wenn dessen „Losbrechmoment“ bekannt ist. Unter dem Losbrechmoment soll hier dasjenige Drehmoment verstanden werden, ab dem der Niet eine Drehbewegung in den Bohrungen der Bauteile vollführt. Nach Ermittlung dieses Werts kann eine Aussage über die axiale Klemmkraft des Niets getroffen werden. Für eine einfache Prüfung, z. B. im Rahmen der Qualitätssicherung, kann es bereits ausreichend sein, wenn bestätigt werden kann, dass sich ein Niet bei Aufbringen eines vorbestimmten Drehmoments nicht dreht. Dies kann als ausreichend feste Nietverbindung gedeutet werden.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug bietet erstmals die Möglichkeit, solche Prüfungen unkompliziert durchzuführen. Mit der Klemmeinrichtung des Werkzeugs wird der Schließkopf des deformierten Niets gegriffen und fest eingeklemmt. Dank der drehfest mit der Klemmeinrichtung verbundenen Aufnahme des Werkzeugs kann ein Drehmomentschlüssel kraftschlüssig über die Klemmeinrichtung an den Schließkopf des Niets gekoppelt werden. Mit dem Drehmomentschlüssel ist es somit möglich, ein definiertes Drehmoment auf den Schließkopf auszuüben. Aus dem Verhalten des Niets (Drehen oder Nicht-Drehen) bei dem aktuell ausgeübten Drehmoment kann dann gemäß den obigen Erläuterungen auf die Qualität der Nietverbindung geschlossen werden.
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Die Klemmeinrichtung des erfindungsgemäßen Werkzeugs weist mehrere aufeinander zu bewegbare Klemmbacken auf. Der Schließkopf kann sicher zwischen den Klemmbacken aufgenommen und fest eingeklemmt werden.
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Gemäß der Erfindung ist die auf dem zuvor genannten Grundprinzip basierende Klemmeinrichtung einfach nach Art eines Bohrfutters einer Bohrmaschine ausgeführt. Bohrfutter dienen in der Regel zum Festklemmen eines Bohrers zwischen mehreren (oft drei) Klemmbacken, wobei der Bohrer gleichzeitig zentriert wird. Es hat sich gezeigt, dass diese bewährte Technik in vorteilhafter Weise auch zum sicheren Einklemmen des Schließkopfes eines deformierten Niets eingesetzt werden kann.
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Die drehfest mit der Klemmeinrichtung verbundene bzw. verbindbare Aufnahme des Werkzeugs ist vorzugsweise auf ein Kraftübertragungselement des Drehmomentschlüssels abgestimmt. Als Kraftübertragungselement dient bei vielen Drehmomentschlüsseln ein Antriebsvierkant. Eine gängige Größe ist ½ Zoll (0,127 cm). Die Aufnahme ist entsprechend der Gestaltung des Kraftübertragungselements geformt, sodass eine möglichst verlustfreie Kraftübertragung auf die Klemmeinrichtung stattfindet.
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Um das Einklemmen des Schließkopfes bei standardisierten Nietverbindungen zu erleichtern und um bei einer Vielzahl von Tests an gleichartigen Nietverbindungen miteinander vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, ist beim erfindungsgemäßen Werkzeug ein Distanzhalter vorgesehen. Der Distanzhalter dient zur Vorgabe eines definierten Abstands der Klemmvorrichtung von demjenigen Bauteil der Nietverbindung, das dem Werkzeug zugewandt ist. Somit werden die Schließköpfe der Nietverbindungen immer an der gleichen Stelle eingeklemmt. Der Distanzhalter ist vorzugsweise einstellbar, d. h. der Abstand kann an verschiedene Situationen angepasst werden.
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Gemäß einer ersten Alternative umfasst der Distanzhalter eine sich über die Klemmeinrichtung hinaus erstreckende Distanzhülse mit Aussparungen für den Zugang zur Klemmeinrichtung. Das überstehende Ende der Hülse wird über den Schließkopf gestülpt und mit dem zweiten Bauteil in Anlage gebracht. Die Hülse kann beispielsweise außen an dem Bereich des Werkzeugs angebracht werden, in dem die Aufnahme für den Drehmomentschlüssel gebildet ist. Die Aussparungen in der Distanzhülse ermöglichen es, die Klemmeinrichtung zu bedienen.
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Gemäß einer zweiten Alternative weist der Distanzhalter einzelne, sich über die Klemmeinrichtung hinaus erstreckende Zapfen auf. Vorteilhaft sind beispielsweise drei Zapfen, da in diesem Fall ein Kippen des Werkzeugs auf dem zweiten Bauteil ausgeschlossen ist.
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Der Distanzhalter kann lösbar am Werkzeug angebracht sein. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Distanzhalter vor dem Aufbringen des Drehmoments mittels des Drehmomentschlüssels vom Werkzeug entfernt werden kann, sodass eine Behinderung oder Störung der Prüfung durch den Distanzhalter ausgeschlossen ist.
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Die Erfindung schafft neben dem Werkzeug auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Festigkeit einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindnietverbindung, die ein Werkzeug der oben beschriebenen Art und einen in dessen Aufnahme eingesetzten Drehmomentschlüssel umfasst.
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Die Erfindung schafft darüber hinaus auch ein Verfahren zur Bestimmung der Festigkeit einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindnietverbindung, mit folgenden Schritten:
- - Einklemmen des Schließkopfes der Nietverbindung mit einer Klemmeinrichtung, wobei die Klemmeinrichtung nach Art eines Bohrfutters einer Bohrmaschine ausgeführt ist und mehrere aufeinander zu bewegbare Klemmbacken aufweist;
- - Aufbringen eines Drehmoments auf die Klemmeinrichtung; und
- - Bestimmen des Drehmoments, insbesondere des Losbrechmoments des Niets.
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Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die entsprechenden obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Werkzeug verwiesen.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren, das vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug durchgeführt wird, kann das Drehmoment, insbesondere das Losbrechmoment, wie bereits erläutert auf schnelle und einfache Weise mithilfe eines drehfest an die Klemmeinrichtung gekoppelten Drehmomentschlüssels bestimmt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der beigefügten Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schematisch eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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In der Figur ist ein Werkzeug 10 zum Ansetzen eines Drehmomentschlüssels an einer Nietverbindung dargestellt. Das Werkzeug 10 bildet zusammen mit einem Drehmomentschlüssel (in der Figur nicht gezeigt) eine Vorrichtung zur Bestimmung der Festigkeit einer Nietverbindung.
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Die in 1 beispielhaft gezeigte Nietverbindung ist eine Blindnietverbindung, durch die ein erstes Bauteil 12 und ein zweites Bauteil 14 aneinander gefügt sind. Die Nietverbindung wurde in bekannter Weise mit einem Niet, hier einem Blindniet 16, hergestellt: Der Blindniet 16 wird durch fluchtende Bohrungen in den beiden Bauteilen 12, 14 eingeführt, und durch Druck auf den Kopf 18 des Blindniets 16 werden die Bauteile 12, 14 aufeinander gedrückt. Anschließend wird der am Kopf 18 herausragende Dorn des Blindniets 16 mit einer Blindnietzange oder einem anderen geeigneten Werkzeug entgegen der Einführrichtung herausgezogen, was zu einer Deformation, genauer gesagt zu einer Stauchung und somit zu einer Aufweitung des Blindniets 16 hinter der Bohrung des zweiten Bauteils 14 führt. Der hinter der Bohrung des zweiten Bauteils 14 abstehende Teil des Blindniets 16 wird als Schließkopf 20 bezeichnet. Am Ende des Vorgangs reißt der Dorn an einer Sollbruchstelle innerhalb des Nietkörpers ab, sodass der verbleibende Teil des Dorns nicht aus dem Blindniet 16 hervorragt.
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Das Werkzeug 10 verfügt über eine Klemmeinrichtung 22, mit der der Schließkopf 20 des Blindniets 16 eingeklemmt werden kann. Die Klemmeinrichtung 22 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend einem Bohrfutter einer Bohrmaschine ausgeführt, wobei die Klemmbacken des Bohrfutters von Hand oder mithilfe eines Spannschlüssels festgespannt werden können. Wesentlich ist, dass die mit der Klemmeinrichtung 22 erzeugten Klemmkräfte so groß sind, dass es auch bei einem sehr großen auf die Klemmeinrichtung 22 einwirkenden Drehmoment zu keiner Relativdrehung zwischen der Klemmeinrichtung 22 und dem Schließkopf 20 kommt.
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Die Klemmeinrichtung 22 ist drehfest mit einer Aufnahme 24 für einen Drehmomentschlüssel verbunden. Die Aufnahme 24 ist auf das Kraftübertragungselement des Drehmomentschlüssels abgestimmt. Die Aufnahme 24 kann beispielsweise auf einen bei Drehmomentschlüsseln üblichen Antriebsvierkant der Größe ½ Zoll (0,127 cm) ausgelegt sein.
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Als optionales Element weist das Werkzeug 10 noch einen Distanzhalter 26 auf. Der Distanzhalter 26 sorgt dafür, dass im Falle eines grundsätzlich ebenen zweiten Bauteils 14, das dem Werkzeug 10 zugewandt ist, stets der gleiche Abstand von diesem eingehalten wird. Das bedeutet, dass das Werkzeug 10 bei jeder zu überprüfenden Nietverbindung immer an der gleichen Stelle am Schließkopf 20 angreift. Der Abstand des Werkzeugs 10, genauer gesagt dessen Klemmeinrichtung 22, vom zweiten Bauteil 14 kann durch Verstellen des Distanzhalters 26 angepasst werden.
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Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Distanzhalter 26 als Distanzhülse ausgebildet, deren Mantelabschnitt sich in Längsrichtung des Werkzeugs 10 um eine vorbestimmte Länge über die Klemmeinrichtung 22 hinaus erstreckt. Die Distanzhülse ist lösbar am hinteren Bereich des Werkzeugs 10 angebracht, in dem auch die Aufnahme 24 vorgesehen ist. In der Distanzhülse sind Aussparungen oder Öffnungen gebildet, die einen Zugang zur Klemmeinrichtung 22 gewähren, hier zum Spannen der Klemmbacken mithilfe der Zahnscheibe 28.
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Alternativ kann der Distanzhalter 26 auch (wenigstens) drei sich in Längsrichtung des Werkzeugs erstreckende Zapfen aufweisen. Auch bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die Zapfen des Distanzhalters 26 in Längsrichtung des Werkzeugs 10 betrachtet um eine vorbestimmte Länge über die Klemmeinrichtung 22 hinaus.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise des Werkzeugs 10 im Zusammenspiel mit einem passenden Drehmomentschlüssel beschrieben.
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Die Klemmeinrichtung 22 des Werkzeugs 10 wird so weit geöffnet, dass der Schließkopf 20 der zu prüfenden Blindnietverbindung darin aufgenommen werden kann. Das Werkzeug 10 wird dann mittig über dem Schließkopf 20 platziert, und der Distanzhalter 26 wird am zweiten Bauteil 14 zur Anlage gebracht. Der Distanzhalter 26 ist so eingestellt, dass die Klemmeinrichtung 22 den Schließkopf 20 sicher greifen kann.
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In dieser Stellung wird die Klemmeinrichtung 22 ausreichend fest gespannt, sodass der Schließkopf 20 drehfest in der Klemmeinrichtung 22 gehalten ist. Anschließend kann der Distanzhalter 26 vom Werkzeug 10 entfernt werden, um die weitere Prüfung nicht zu beeinflussen.
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In die Aufnahme 24 wird nun das Kraftübertragungselement eines Drehmomentschlüssels eingesetzt. Auf an sich bekannte Weise kann nun mit dem Drehmomentschlüssel die Kraft bzw. das Drehmoment ermittelt werden, bei der/dem die Blindnietverbindung eine Drehung des Blindniets erlaubt. Der Wert des Drehmoments, bei dem die statische Nietverbindung in eine „dynamische“ Lagerung übergeht (d. h. sobald sich der Niet drehen kann), wird hier als Losbrechmoment bezeichnet. Aus diesem Wert kann auf die Klemmkraft des Niets und damit auf die Qualität der Nietverbindung geschlossen werden.
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Alternativ kann es als Indiz für eine ausreichend sichere Nietverbindung gewertet werden, wenn bei der Ausübung eines vorbestimmten Drehmoments keine Drehung des Niets stattfindet.
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Die oben beschriebene Verwendung des Werkzeugs 10 und des Drehmomentschlüssels entspricht somit einem Verfahren zur Bestimmung der Festigkeit einer Blindnietverbindung.
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Die Erfindung wurde am Beispiel einer Blindnietverbindung erläutert, ist aber nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Grundsätzlich können das Werkzeug 10 bzw. das Verfahren auch bei anderen Nietverbindungen eingesetzt werden, bei denen ein Nietabschnitt vorsteht, der von der Klemmeinrichtung 22 des Werkzeugs 10 gegriffen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeug
- 12
- erstes Bauteil
- 14
- zweites Bauteil
- 16
- Blindniet
- 18
- Kopf
- 20
- Schließkopf
- 22
- Klemmeinrichtung
- 24
- Aufnahme
- 26
- Distanzhalter
- 28
- Zahnscheibe
