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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U. S.-Patentanmeldung mit der Anmeldungsnummer 62/102 883, eingereicht am 13. Januar 2015.
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TECHNISCHES GEBIET
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Das Gebiet, auf das sich die Offenbarung allgemein bezieht, umfasst das Befestigen und umfasst insbesondere das Befestigen, bei dem der Zugang zu dem Werkstück auf eine Seite beschränkt ist.
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HINTERGRUND
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Gefertigte Produkte werden in der Regel aus einer Anzahl von Komponenten zusammengebaut, die zu einem Produkt integriert werden. Die einzelnen Elemente können auf mehrere Arten miteinander in Eingriff gebracht werden, wobei eine davon mit sich bringt, dass sie aneinander befestigt werden. Es gibt reichlich Optionen, Elemente aneinander zu befestigen. Allerdings sind die Herausforderungen beim Fügen von Teilen einer Baugruppe endlos, und es besteht Bedarf an neuen und effektiven Befestigungsvorrichtungen und -verfahren.
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ZUSAMMENFASSUNG ILLUSTRATIVER VARIANTEN
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Eine Anzahl illustrativer Varianten kann ein Produkt zum Befestigen von Elementen beinhalten und kann einen Nietkörper umfassen, der einen hohlen Schaft mit einer Öffnung mit einem ersten Durchmesser aufweist. Einen Dorn kann sich durch den Schaft hindurch erstrecken. Der Dorn kann ein sich aus dem Schaft heraus streckendes Segment aufweisen, das einen zweiten Durchmesser aufweist, der größer ist als der erste Durchmesser. Das Segment kann in einer Schneidkante enden.
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Gemäß anderen illustrativen Varianten kann ein Verfahren zum einseitigen Fügen mehrerer Werkstücke beteiligt sein. Es kann ein erstes Werkstückelement vorgesehen werden, und es kann zumindest ein zweites Werkstückelement benachbart zu dem ersten Werkstückelement an einer Stelle zum Befestigen der Werkstücke aneinander positioniert werden. Eine Nietanordnung kann in einer Maschine positioniert werden. Die Nietanordnung kann einen Nietkörper umfassen, der einen Schaft und einen Kopf aufweist. Ein Dorn kann sich durch den Nietkörper hindurch erstrecken und kann eine Kante aufweisen, die zum Schneiden ausgestaltet ist. Die Maschine kann betrieben werden, um die Nietanordnung zu drehen und um die Nietanordnung in Richtung der Werkstückelemente zu verschieben. Es kann durch die Kante eine Öffnung durch die Werkstückelemente hindurch geschnitten werden und gleichzeitig können der Schaft und der Dorn durch die Öffnung hindurch positioniert werden. Der Dorn kann aus der Öffnung herausgezogen werden, wobei der Schaft erweitert wird, um die mehreren Werkstückelemente aneinander zu befestigen.
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Andere illustrative Varianten innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung werden aus der hierin bereitgestellten detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sollte verständlich sein, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während sie optionale Varianten innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung offenbaren, lediglich zur Illustration dienen sollen und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausgewählte Beispiele von Varianten innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:
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1 eine partielle Querschnittsansichts-Illustration eines Niets mit einer Schneiddornspitze gemäß einer Anzahl von Varianten ist.
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2 ein Graph der Kraft in Kilonewton gegen die Nietverdrängung in Millimetern zum Eindringen und Befestigen gemäß einem Beispiel nach dem Stand der Technik und einer Anzahl von Varianten ist.
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3a eine schematische Illustration eines Schrittes in einem einseitigen Fügeverfahren gemäß einer Anzahl von Varianten ist.
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3b eine schematische Illustration eines Schrittes in einem einseitigen Fügeverfahren gemäß einer Anzahl von Varianten ist.
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3c eine schematische Illustration eines Schrittes in einem einseitigen Fügeverfahren gemäß einer Anzahl von Varianten ist.
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3d eine schematische Illustration eines Schrittes in einem einseitigen Fügeverfahren gemäß einer Anzahl von Varianten ist.
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4a eine schematische Illustration eines Schrittes in einem einseitigen Fügeverfahren gemäß einer Anzahl von Varianten ist.
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4b eine schematische Illustration eines Schrittes in einem einseitigen Fügeverfahren gemäß einer Anzahl von Varianten ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ILLUSTRATIVER VARIANTEN
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Die nachfolgende Beschreibung der Varianten ist rein illustrativer Art und soll den Schutzumfang der Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken.
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Beim Zusammenbau beinhaltet eine der Herausforderungen beim effizienten Befestigen von Komponenten einen beschränkten Zugang zu den einzelnen Elementen, die aneinander festgemacht werden sollen. Wenn die Elemente zusammen positioniert werden, sodass der Zugang nur auf einer Seite der gestapelten Elemente erlangt werden kann, sind die effektiven Optionen verfügbarer Befestigungsverfahren stark reduziert sind. Eine solche Anwendung kann große Bahnkomponenten beinhalten, die zusammen positioniert werden können, wobei mehrere überlappende Kanten notwendigerweise festzumachen sind. Um solche Elemente erfolgreich zu verbinden, kann eine Nietanordnung 10 mit einer Schneiddornspitze wie in 1 illustriert, gemäß einer Anzahl von Varianten vorgesehen werden.
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Die Nietanordnung 10 kann einen Nietkörper 12 umfassen, der einen Schaft 14 und einen Kopf 16 umfassen kann. Der Schaft 14 kann in einer hohlen, zylindrischen Form mit einer gewählten Länge gebildet sein, um sich durch die Dicke der aneinander festzumachenden Elemente hindurch zu erstrecken, sodass sich das vordere Ende 18 aus den Elementen heraus erstrecken wird, wenn der Schaft 14 in einer Öffnung durch die Elemente hindurch positioniert ist. Der Kopf 16 kann sich radial auswärts um das Ende 20 des Schafts 14 herum erstrecken. Der Kopf 16 kann eine im Wesentlichen flache oder konkave kreisringförmige Oberfläche 22 umfassen, die in die Richtung des Schafts 14 weist, und kann eine gekrümmte oder konvexe Oberfläche 24 der Oberfläche 22 entgegengesetzt umfassen. Die Formen der Oberflächen 22 und 24 können variiert werden, um dem für die Anwendung erwünschten Werkstück und Profil oder Aussehen zu entsprechen.
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Die Nietanordnung 10 kann einen Dorn 26 umfassen, der sich durch den Nietschaft 14 hindurch erstrecken kann und der eine allgemeine Form eines zylindrischen Stabes mit einem Spitzen-Abschnitt 27 aufweisen kann. Der Dorn 26 kann ein Segment 28 umfassen, das sich aus dem Schaft 14 heraus und von der Oberfläche 24 über eine Distanz weg erstreckt, die hinreichend ist, um eine Verbindung mit einer Maschine zum Übertragen einer Drehwirkung und -kraft herzustellen. Das Segment 28 kann kreisringförmige Nuten um seine äußere Oberfläche herum oder andere Merkmale zum Eingreifen mit der Spannvorrichtung der gewählten Maschine umfassen. Ein Abschnitt 32 mit einem reduzierten Durchmesser kann in dem Dorn 26 an einer Stelle vorgesehen sein, wo ein Abbrechen von dem Spitzen-Abschnitt 27 bevorzugt ist. Außerdem kann ein Abschnitt 34 mit einem vergrößerten Durchmesser in dem Dorn 26 nahe dem Spitzen-Abschnitt 27 vorgesehen sein, der in eine Nut 36 im Inneren des Nietschafts 14 nahe dem Ende 18 schnappen kann. Der Abschnitt 34 kann einen Mechanismus zum Festmachen des Dorns 26 in dem Nietkörper 12 vor der Verwendung in einer Weise vorsehen, die das Zuführen in die Maschine erleichtern kann, welche die Nietanordnung 10 auf ein Werkstück anwendet.
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Der Spitzen-Abschnitt 27 kann sich aus dem Nietkörper 12 heraus und von dem Ende 18 des Nietschafts 14 weg erstreckend präsentiert werden und kann einen Durchmesser 42 aufweisen, der größer ist als der Durchmesser 44 des Segments 28 und größer ist als der offene Innendurchmesser des Schafts 14. Der Spitzen-Abschnitt 27 kann einen Hohlraum 38 umfassen, der sich durch das Ende 40 hindurch erstreckt, sodass eine kreisringförmige Wand 46 um den Hohlraum 38 herum gebildet ist. Der Hohlraum kann bevorzugt eine Tiefe aufweisen, die größer ist als der Durchmesser 42, um das Schneiden zu erleichtern. Eine Schneidkante kann an dem Ende 40 mit einem abgewinkelten Abschnitt 41 versehen sein, der sich in Richtung des Endes 40 verjüngt, oder kann andersartig geschärft sein. Der Abschnitt 41 kann unter einem Winkel 43 verjüngt sein, um das Schneiden und die Spanbildung zu erleichtern, der dreißig Grad betragen kann.
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Eine Anzahl von Schlitzen 48 kann um den Durchmesser der kreisringförmigen Wand 46 herum gebildet sein, die sich durch das Ende 40 hindurch erstrecken. Die Anzahl von Schlitzen 48 kann zwei oder mehr und kann stärker bevorzugt zwischen drei und sechs betragen. Die Schlitze können die Schneidwirkung erleichtern und können einen Zwischenraum für das Entweichen des verdrängten Werkstückmaterials wie z. B. von Spänen durch die Wand 46 hindurch vorzusehen. Außerdem kann die Vorderkante 50 in dem Schlitz 48 geschärft sein, um das Schneiden zu erleichtern. Der Schlitz 48 kann eine Tiefe von dem Ende 40 in Richtung des Nietkörpers 12 aufweisen, die größer ist, als die gestapelte Dicke der Werkstückkomponenten, die der Dorn 26 durchdringen soll. Dies stellt sicher, dass der Schlitz während des gesamten Schneidevorganges offen bleibt. Die Breite des Schlitzes 48 kann über das Ende 40 hinaus auf der Grundlage des zu schneidenden Materials gewählt werden.
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Die Nietanordnung 10 kann verwendet werden, um durch die zu befestigenden Werkstücke hindurch zu schneiden, um sich selbst eine Öffnung bereitzustellen, innerhalb welcher der Nietkörper 12 dann als ein Befestigungselement wirken kann. 2 illustriert graphisch einen Vergleich der Durchdringungskräfte zwischen einem bekannten Reibrühr-Blindnietvorgang unter Verwendung eines Standard-Niets bei der Kurve 52 und einem Niet mit einer Schneiddornspitze 54 bei der Kurve 54 gemäß einer Anzahl von Varianten, die hierin als Nietanordnung 10 bezeichnet werden. Der Graph zeichnet die Kräfte in Kilonewton entlang der vertikalen Achse, wie in Richtung des zu durchdringenden Werkstückes angewendet, und die Durchdringungsdistanz in Millimetern des Werkstückes entlang der horizontalen Achse auf. Das zur Entwicklung des Graphen verwendete Werkstück besteht aus zwei gestapelten Blechen aus einer Aluminiumlegierung, wobei das obere Blech ein AA6111 mit einer Dicke von 1,0 Millimetern ist und das untere Blech ein AA6022 mit einer Dicke von 2,0 Millimetern ist. Die deutliche Reduktion der erforderlichen Kraft, welche durch die Nietanordnung 10 bereitgestellt wird, bedeutet, dass ein einseitiges Fügen von dünneren Blechmaterialien ohne die Notwendigkeit eines/r Gegenhalte-Werkzeugs oder -abstützung bewerkstelligt werden kann, was mit konkurrierenden Loch- und -Fügeverfahren nicht machbar ist. Die geringeren erforderlichen Kräfte können weniger Verformung der Werkstücke zur Folge haben.
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Bezug nehmend auf die 3a bis 3d sind die Prozessschritte eines einseitigen Fügeverfahrens unter Verwendung der Nietanordnung 10 illustriert. In 3a ist ein Werkstück vorgesehen, das aus zwei gestapelten Blechen 56 und 58 besteht, die aneinander befestigt werden sollen, und eine Gesamtdicke 60 von 1,8 Millimetern aufweist. Ein Dorn 61 einer Nietanordnung 62 ist in einer Maschine 64 befestigt, welche einen Rotationseingang 65 und eine in Richtung des Werkstückes gerichtete translatorische Zuführungsrate 67 überträgt. Die Schneidspitze 68 umfasst eine Anzahl von Schlitzen 70, die eine Tiefe in den Dorn 61 von der Spitze 68 aufweisen, welche größer ist als die Gesamtdicke 60. Die rotierende Spitze 68 wird mit einer Zuführungsrate (die konstant oder variabel sein kann, um das Schneiden zu erleichtern) oder Kraft (die konstant oder variabel sein kann, um das Schneiden zu erleichtern) gegen das Werkstück gepresst und schneidet durch die Bleche 56 und 58, um eine Öffnung 72 komplett durch die Bleche 56, 58 hindurch zu bilden, wie in 3b gezeigt.
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Wenn die Schneidetätigkeit beendet ist, wie in 3b illustriert, ist der Nietschaft 74 des Nietkörpers 73 durch die Öffnung 72 hindurch positioniert und erstreckt sich an dem Blech 58 vorbei nach außen, wobei der Kopf 76 gegen das Blech 56 positioniert ist. Der Kopf 76 kann gegen das Blech 56 gehalten werden und der Dorn kann mit einer auf den Dorn 62 angewendeten Stauchkraft 78 von dem Werkstück weg zurückgezogen werden, wie in 3c illustriert. Das Segment 79 erweitert den Schaft 74, während es durchgezogen wird, und verblockt die Bleche 56 und 58 miteinander. Dann wird der Dorn 62 zerbrochen, wie in 3d gezeigt, und der Nietkörper 73 bleibt an Ort und Stelle, um die Bleche 56 und 58 zwischen dem Kopf 76 und dem erweiterten Schaft 74 zu befestigen. Das Segment 79 bleibt in dem Nietkörper 73 und innerhalb der Öffnung 72. Die Bleche 56 und 58 werden mit einer verbesserten Oberflächenqualität des Blechs 56 und einer vorteilhaften Kopfzugfestigkeit zwischen den Blechen 56 und 58 gefügt. Die Dicke 60 der zu fügenden Bleche 56 und 58 kann ein unteres Blech 58 mit einer Dicke von weniger als 2,0 Millimetern umfassen. Das Verfahren kann verwendet werden, um mehrere Bleche zu fügen. Wenn zwei oder mehrere Bleche von einer Seite gefügt werden, muss die Verformung des nicht unterstützen Blechs, insbesondere jenes, das von der Schneidkante zuletzt durchdrungen wird, begrenzt sein. Die geringere Normalkraft durch Verwenden des Schneiddorns 62 ist in dieser Situation sehr vorteilhaft.
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Bezug nehmend auf die 4a und 4b ist ein Dorn-Zerbrechvorgang gemäß einer Anzahl von Varianten illustriert. In 4a ist ein Nietkörper 77 in eine Öffnung eingesetzt gezeigt, die durch Werkstückelemente 86 und 88 hindurch geschnitten ist. Der Niet wird von einer Maschine mit einem äußeren Bund 82, der in den Kopf 80 des Niets eingreift, an Ort und Stelle gehalten. Ein innerer Bund 84 ist innerhalb des äußeren Bundes 82 aufgenommen und greift in den Dorn 81 ein. Der innere Bund 84 kann eine Rotationskraft auf den Dorn 81 übertragen, um durch die Werkstückelemente 86, 88 hindurch zu schneiden, was in der Illustration bereits geschehen ist. Wie in 4b gezeigt, kann, während der äußere Bund 82 den Niet niederhält, der innere Bund 84 eine Zugkraft auf den Dorn 81 anwenden, um den Dorn 81 zu zerbrechen und den Stiel 90 von dem Schneidkopf 92 zu trennen. Die Dornzerbrechkraft ist innerhalb der Nietanordnung ausgeglichen und es wird keine Querkraft auf die Werkstücke aufgebracht, wodurch eine unbeabsichtigte Verformung der Werkstückelemente 86, 88 vermieden wird.
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Die nachfolgende Beschreibung von Varianten ist rein illustrativ für die Komponenten, Elemente, Vorgänge, Produkte und Verfahren, die als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung liegend betrachtet werden, und welche den Schutzumfang durch das, was spezifisch offenbart oder nicht ausdrücklich dargelegt ist, in keiner Weise einschränken sollen. Die Komponenten, Elemente, Vorgänge, Produkte und Verfahren, wie hierin beschrieben, können, anders als hierin ausdrücklich beschrieben, kombiniert und umgestaltet werden und werden dennoch als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung liegend betrachtet.
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Variante 1 kann ein Produkt zum Befestigen von Elementen beinhalten und kann einen Nietkörper umfassen, der einen hohlen Schaft mit einer Öffnung mit einem ersten Durchmesser aufweist. Ein Dorn kann sich durch den Schaft hindurch erstrecken. Der Dorn kann ein sich aus dem Schaft heraus streckendes Segment aufweisen, das einen zweiten Durchmesser aufweist, der größer ist als der erste Durchmesser. Das Segment kann in einer Schneidkante enden.
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Variante 2 kann ein Produkt gemäß Variante 1 umfassen, wobei ein Hohlraum in dem Segment gebildet sein kann, der sich durch die Schneidkante hindurch öffnet.
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Variante 3 kann ein Produkt gemäß Variante 2 umfassen, wobei das Segment eine Wand umfassen kann, die um den Hohlraum herum angeordnet ist, wobei zumindest ein Schlitz in der Wand durch die Schneidkante hindurch gebildet sein kann.
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Variante 4 kann ein Produkt gemäß Variante 3 umfassen, wobei die Elemente eine Gesamtdicke aufweisen können und wobei der Schlitz eine Tiefe aufweisen kann, die größer ist als die Gesamtdicke.
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Variante 5 kann ein Produkt gemäß einer der Varianten 1 bis 4 umfassen, wobei der Dorn ein Segment mit einem vergrößerten Durchmesser umfassen kann, das in dem Schaft angeordnet ist, um den Dorn vor dem Befestigen der Elemente in dem Nietkörper zurückzuhalten.
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Variante 6 kann ein Produkt gemäß einer der Varianten 1 bis 5 umfassen, wobei die Schneidkante durch einen Winkel von ungefähr dreißig Grad gebildet ist.
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Variante 7 kann ein Produkt gemäß einer der Varianten 1 bis 6 umfassen, wobei die Elemente ein letztes Element umfassen, das zuletzt von der Schneidkante durchdrungen wird, wobei das letzte Element eine Dicke von weniger als 2,0 Millimetern aufweisen kann.
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Variante 8 kann eine Nietanordnung zum Befestigen mehrerer Elemente beinhalten. Die Nietanordnung kann einen Nietkörper umfassen, der einen hohlen Schaft mit einem ersten Ende und einem entgegengesetzten zweiten Ende aufweisen kann. Der Nietkörper kann einen Kopf aufweisen, wobei eine erste Oberfläche des Kopfes zu dem Schaft weist und eine zweite Oberfläche des Kopfes von dem Schaft weg weist. Ein Dorn kann sich durch den Nietkörper hindurch erstrecken. Der Dorn kann ein erstes Segment aufweisen, das sich von dem Nietkörper heraus über die zweite Oberfläche hinaus erstreckt. Der Dorn kann ein zweites Segment aufweisen, das sich auf einer entgegengesetzten Seite des Nietkörpers aus dem ersten Segment aus dem Nietkörper heraus erstreckt. Das zweite Segment kann in einer Schneidkante enden, die unter einem spitzen Winkel gebildet ist.
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Variante 9 kann ein Produkt gemäß Variante 8 umfassen, wobei sich ein Hohlraum in das zweite Segment hinein erstrecken kann und sich durch die Schneidkante hindurch öffnen kann, welche eine Wand um den Hohlraum herum definiert.
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Variante 10 kann ein Produkt gemäß Variante 9 umfassen, wobei ein Schlitz in der Wand durch die Schneidkante hindurch gebildet sein kann.
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Variante 11 kann ein Produkt gemäß Variante 10 oder 11 umfassen, wobei der Schlitz eine Vorderkante auf der Wand bilden kann, wobei die Vorderkante geschärft sein kann.
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Variante 12 kann ein Produkt gemäß Variante 11 umfassen, wobei die Elemente eine Gesamtdicke aufweisen können und wobei die Schlitztiefe größer sein kann als die Gesamtdicke.
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Variante 13 kann ein Produkt gemäß einer der Varianten 8 bis 12 umfassen, wobei die Schneidkante und die Vorderkante gehärtet sein können.
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Variante 14 kann ein Verfahren zum einseitigen Fügen beinhalten, wobei mehrere Werkstückelemente benachbart zueinander an einer Stelle zum Befestigen der mehreren Werkstücke aneinander positioniert werden können. Eine Nietanordnung kann in einer Maschine positioniert werden. Die Nietanordnung kann einen Nietkörper umfassen, der einen Schaft und einen Kopf aufweist. Ein Dorn kann sich durch den Nietkörper hindurch erstrecken und kann eine Kante aufweisen, die zum Schneiden ausgestaltet ist. Die Maschine kann betrieben werden, um die Nietanordnung zu drehen und um die Nietanordnung in Richtung der mehreren Werkstückelemente zu verschieben. Es kann durch die Kante eine Öffnung durch die mehreren Werkstückelemente hindurch geschnitten werden und gleichzeitig können der Schaft und der Dorn durch die Öffnung hindurch positioniert werden. Der Dorn kann aus der Öffnung herausgezogen werden, wobei der Schaft erweitert wird, um die mehreren Werkstückelemente aneinander zu befestigen.
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Variante 15 kann ein Verfahren gemäß Variante 14 umfassen und kann den Schritt zum Vorsehen eines Schlitzes in dem Dorn umfassen, der ausgestaltet sein kann, um zuzulassen, dass Material der mehreren durch die Kante geschnittenen Werkstückelemente durch den Schlitz hindurch gelangt.
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Variante 16 kann ein Verfahren gemäß Variante 14 oder 15 umfassen und kann umfassen, dass der Dorn zerbrochen wird und ein Segment des Dorns mit der Kante in dem Nietkörper und innerhalb der mehreren Werkstückelemente zurückgelassen wird.
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Die obige Beschreibung ausgewählter Varianten innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung ist rein illustrativ, und Abwandlungen oder Varianten davon sind daher nicht als Abweichung von dem Geist und dem Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.
