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Die Erfindung betrifft einen Blindniet
mit einer Niethülse,
die endseitig einen Setzkopf aufweist, und mit einem durch die Niethülse geführten Nietdorn,
der dem Setzkopf gegenüberliegend
einen Dornkopf aufweist und im gesetzten Zustand mit der Niethülse verriegelt
ist.
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Ein derartiger Blindniet dient allgemein
zum Verbinden von zwei oder mehreren insbesondere flächigen Bauteilen.
Hierzu wird der Blindniet in eine die Bauteile durchdringende Bohrung
mit dem Dornkopf voraus von einer Seite eingesteckt. Zum Setzen
des Blindniets wird ein Setzwerkzeug verwendet, welches einen Gegenhalter
aufweist, der den Setzkopf gegen die eine Bauteiloberfläche presst.
Zugleich wird auf den Dornschaft in Axialrichtung eine Zugkraft ausgeübt, so dass
der Dornkopf gegen das stumpfe Ende der Niethülse gezogen und ein Schließkopf durch
Hülsenfaltung
ausgebildet wird. Nach Ausbildung des Schließkopfes steigt die Zugbeanspruchung
des Dornschafts rapide an und der Dornschaft reißt an einer Sollbruchnut ab.
Im gesetzten Zustand, also nach Fügen der Bauteile und Ausbildung
des Schließkopfes,
ist der in der Niethülse
verbleibende Restdorn ein wesentlicher Bestandteil der fertigen Nietverbindung
und trägt
wesentlich zu deren Festigkeit, also ihrer mechanischen Widerstandsfähigkeit, bei.
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Ein derartiger Blindniet wird oftmals
in Bereichen eingesetzt, in denen hohe dynamische Belastungen, beispielsweise
durch Vibrationen, auftreten, wie es beispielsweise im Kraftfahrzeugsektor
der Fall ist. Für
die Gewährleistung
einer hochfesten Nietverbindung ist speziell in diesen Fällen erforderlich,
dass der Restdorn sicher in der Niethülse gehalten und insbesondere
dort verriegelt ist.
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Aus der
DE 34 40 519 A1 ist zur
Verriegelung des Restdorns zum einen vorgesehen, dass der Restdorn
unmittelbar am Dornkopf einen verringerten Durchmesser nach Art
einer Ringnut aufweist, in die beim Setzvorgang beim Ausbilden des Schließkopfes
Hülsenmaterial
eingepresst wird. Beabstandet von der Ringnut ist zum anderen eine
sich in Axialrichtung erstreckende Rändelung am Dornschaft vorgesehen,
die beim Setzvorgang im Hülsenmaterial
Nuten einpresst. Durch diese Maßnahmen
wird eine Verriegelung des Restdorns in der Niethülse sowohl
in axialer Richtung gegen ein Herausrutschen des Restdorns als auch
in tangentialer Richtung gegen ein Verdrehen des Restdorns verriegelt.
Nachteilig ist, dass der Dornschaft im Bereich der Rändelung nur
durch einen Kraftschluss gehalten ist. Bei einer axialen Belastung
besteht die Gefahr, dass die Haftreibung zwischen dem Dornsschaft
und der Hülse
in eine Gleitreibung übergeht,
so dass die Hülse
die axiale Belastung nahezu alleine tragen muss.
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Aus der
EP 0 639 719 A1 ist ebenfalls
eine ähnlich
wirkende Verriegelung zu entnehmen. Bei dieser ist neben der Ringnut
am Dornkopf zusätzlich ein
Schaftbereich mit darauf angeordneten Spiralgängen vorgesehen, die beim Setzen
in das Hülsenmaterial
korrespondierende Spiralgänge
einformen. Hierbei darf sich jedoch die Hülse beim Setzvorgang nicht
mitdrehen und zudem muss das Setzwerkzeug eine rotatorische Drehbewegung
zulassen. Weiterhin besteht das Problem, dass bei einer Belastung
ein Lösen
der Sprialgänge – ähnlich wie
bei einer Schraube – nicht
auszuschließen
ist.
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Aus der
GB
602 652 sowie der
GB
2 336 639 A sind jeweils am Nietdorn angebrachte, radial
abstehende und sich in Längsrichtung
erstreckende Ansätze
zur Verriegelung des Nietdorns zu entnehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen einfach herzustellenden Blindniet anzugeben, bei dem eine
sichere Verriegelung des Restdorns in der Niethülse gewährleistet ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch einen Blindniet mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei
diesem Blindniet ist vorgesehen, dass der Nietdorn sowohl einen
von der Kreisform abweichenden unrunden Querschnitt mit – in einer
Schnittebene gesehen – jeweils
gleich bleibender Querschnittsdicke und mit mit zumindest einer
nach außen
stehenden Schulter als auch eine quer (orthogonal) zu der Längsrichtung
des Nietdorns verlaufende und die Schulter kreuzende Verriegelungsrille
aufweist.
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Beim Setzvorgang wird die Schulter,
die von der Verriegelungsrille in ihrer Längsausdehnung unterbrochen
ist, in das Hülsenmaterial
der Hülse
eingepresst. Dabei dringt zugleich Hülsenmaterial in die Verriegelungsrille
ein. Durch die quer verlaufende Verriegelungsrille ist ein in Axialrichtung
wirkender Formschluss und durch die Schulter ist ein in Tangential-
oder Umfangsrichtung des Nietdorns wirkender Formschluss ausgebildet.
Damit ist einerseits ein Herausfallen des Nietdorns aus der Niethülse als
auch ein Verdrehen des Nietdorns innerhalb der Niethülse sicher
verhindert. Ein drehbarer Nietdorn (Restdorn) würde in nachteiliger Weise zu
einer störenden
Geräuschentwicklung
führen.
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Ein wesentlicher Vorteil des Blindniets
ist darin zu sehen, dass die Verriegelungsrille und die Schulter
innerhalb eines gemeinsamen Verriegelungsbereichs angeordnet sind
und sich gegenseitig kreuzen. Die Verriegelungsrille braucht nicht
zwangsläufig
um den gesamten Umfang des Dorns umlaufen. In einer bevorzugten
Ausgestaltung ist die Verriegelungsrille ausschließlich im
Bereich der Schulter gebildet, d.h. lediglich in die Schulter ist
eine Rille eingearbeitet, die zu beiden Seiten von der Schulter
in Axialrichtung begrenzt wird. Die Ausgestaltung mit der die Schulter
kreuzenden Verriegelungsrille ist im Vergleich zu den aus dem Stand
der Technik bekannten aufwändigen
Ausbildungen herstellungstechnisch sehr einfach zu formen. Beispielsweise
geschieht dies durch zwei aufeinander folgende Arbeitsvorgänge, wobei
im ersten Arbeitsschritt die Schulter durch einen Press- oder Walzvorgang
ausgebildet und anschließend
die Verriegelungsrille vorzugsweise wiederum durch einen Walzvorgang
eingebracht wird. Da der Verriegelungsbereich üblicherweise vom Dornkopf beabstandet
ist, ist die Handhabung beim Einbringen der Schulter und der Verriegelungsrille
unproblematisch.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil
ist darin zu sehen, dass im Verriegelungsbereich der Nietdorn einen
von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, so dass die
Schulter nach außen übersteht. Zur
Verriegelung ist es daher ausreichend, wenn lediglich die Schulter
in das Hülsenmaterial
eingreift. Der für
die Verriegelung erforderliche Umform- und Kraftaufwand ist somit
gering. Bei allen bekannten Lösungen
aus dem Stand der Technik mit Querrillen im Verriegelungsbereich
des Nietdorns ist es demgegenüber
erforderlich, dass der Verriegelungsbereich des Dornschafts vollumfänglich in
das Hülsenmaterial
eingreift, was einen hohen Kraftaufwand für die Verriegelung erfordert.
Ein geringer Kraftaufwand ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
die für
die Verriegelung zur Verfügung
stehende Restkraft beim Setzvorgang nur gering ist. Das Problem
der nur geringen Restkraft tritt insbesondere bei solchen Blindnieten
auf, die für
das Fügen
von Bauteilen unterschiedlicher Bauteildicke vorgesehen sind, also
für einen
unterschiedlichen Klemmbereich geeignet sind. Aufgrund des unterschiedlichen
Klemmbereichs variiert nämlich
die für
die Ausbildung der Verbindung erforderliche Kraft. Insbesondere
bei einem großen
Klemmbereich ist eine höhere
Kraft erforderlich als bei einem geringen Klemmbereich. Da durch die
Sollbruchstelle eine definierte maximale Zugkraft vorgegeben ist,
schwankt die für
die Verriegelung verbleibende Restkraft.
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Zudem bestehen geringere Anforderungen an
die Maßhaltigkeit
der Schulter, beispielsweise im Vergleich zu einem vollständig umlaufenden
Ringwulst, bei der höchste
Sorgfalt auf Toleranzen und Passgenauigkeit aufgewendet werden muss,
um die Verriegelung, also ein Einpressen in das Hülsenmaterial, überhaupt
zu ermöglichen.
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Im Hinblick auf ein möglichst
einfaches Herstellungsverfahren, insbesondere Walzen, ist von besonderem
Vorteil, dass der Nietdorn einen unrunden Querschnitt mit jeweils
gleicher Querschnittsdicke aufweist. D.h. zwei auf der Umfangslinie
des unrunden Querschnitts gegenüberliegenden
Punkte weisen jeweils den gleichen Abstand zueinander auf. Im Verriegelgungsbereich
hat der Nietdorn daher einen so genannten unrunden Gleichdickquerschnitt.
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Dieser unrunde Querschnitt kann in
besonders einfacher Weise durch Walzen des im Ausgangszustand kreisrunden
Nietdorns eingebracht werden. Durch eine geeignete Ausgestaltung
des Walzwerkzeugs, das bevorzugt mit einem Walzsteg zum Einbringen
der Verriegelungsrille ausgebildet ist, wird in nur einem Verfahrensschritt
sowohl die zumindest eine Schulter als auch die Verriegelungsrille
einbracht. Die Herstellung des Nietdorns ist daher äußerst einfach
und der Nietdorn ist für
eine kostengünstige
Massenherstellung problemlos geeignet. Da bei herkömmlichen
Blindnieten zumindest für
die Sollbruchnut ein Walzvorgang erforderlich ist, ist beim erfindungsgemäßen Blindniet
kein zusätzlicher Arbeitsaufwand
erforderlich. Zugleich wird jedoch die Ausbildung eines sowohl axial
als auch tangential wirkenden Formschlusses zwischen der Niethülse und
dem Nietdorn gewährleistet.
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Zweckdienlicherweise weist die Hülse im Setzkopfbereich
einen reduzierten Innendurchmesser und damit einen Anschlag auf,
der – im
ungesetzten Zustand – lediglich
von der zumindest einen Schulter überlappt wird. Der Nietdorn
wird also zunächst
in einem Bereich innerhalb der Hülse
geführt, ohne
dass eine Verriegelung stattfindet. Die Verriegelgung findet erst
statt, wenn der Nietdorn mit seinem Verriegelungsbereich mit der
Schulter auf den Anschlag trifft und in diesen eindringt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung
ist dabei vorsehen, dass der Nietdorn eine trilobulare Querschnittsgeometrie
mit drei jeweils um 120° drehversetzt
zueinander angeordneten Schultern aufweist. Dies ist einerseits
herstellungstechnisch günstig
und andererseits ist durch die Anordnung von drei Schultern eine
sichere Verriegelung gewährleistet.
Die einzelnen Schulterbereiche sind hierbei über Teilstücke einer Umfangslinie miteinander
verbunden, die von der Kreisform abweichen.
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Zweckdienlicherweise wird der unrunde Querschnitt
nur in einem Teilbereich, insbesondere im Verriegelungsbereich des
Nietdorns, ausgebildet. Die herkömmliche kreisrunde
Querschnittsgeometrie bleibt beim übrigen Bereich des Dorns, insbesondere beim
in der Niethülse
verbleibenden Restdorn, erhalten.
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Um eine möglichst gute Verriegelung des Restdorns
auch bei einer Scherbelastung der mit dem Niet verbundenen Bauteile
zu gewährleisten, sind
vorzugsweise mehrere axial voneinander beabstandete Verriegelungsrillen
vorgesehen. Dabei sind zwischen zwei benachbarten Verriegelungsrillen
Erhebungen in Form von Verriegelungswülsten gebildet, die zugleich
Teile der Schultern bilden.
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Zweckdienlicherweise nehmen die Außendurchmesser
dieser Verriegelungswülste
in Richtung zum Dornkopf nach Art eines Tannenbaums kontinuierlich
zu. Beim Setzvorgang wird daher erst der Verriegelungswulst mit
dem geringsten Durchmesser in das Hülsenmaterial eingepresst und
die weiteren Verriegelungswülste
mit zunehmendem Außendurchmesser
folgen sukzessive. Damit wird eine besonders sichere Verriegelung
erhalten und gleichzeitig ist die erforderliche Umformkraft beim
notwendigen Umformvorgang durch den ersten Verriegelungswulst zunächst gering.
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Für
einen universellen Einsatz des Blindniets ist dieser vorteilhafterweise
für unterschiedliche Klemmbereiche
zum Klemmen von Bauteilen unterschiedlicher Bauteildicken ausgebildet.
Hierbei weist die Niethülse
beispielsweise Bereiche unterschiedlicher Festigkeiten auf, wobei
die Festigkeit der Niethülse
zum Setzkopf hin abnimmt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in
schematischen, grob vereinfachten Darstellungen:
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1 einen
Blindniet in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht im ungesetzten
Zustand,
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2 eine
Querschnittsansicht des Nietdorns in einem Verriegelgungsbereich,
in dem der Nietdorn einen unrunden Querschnitt aufweist,
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3 einen
Nietdorn mit mehreren Verriegelungswülsten, deren Außendurchmesser
nach Art eines Tannenbaums zum Dornkopf des Nietdorns zunehmen.
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Der Blindniet nach 1 umfasst eine Niethülse 2, durch die ein
Nietdorn 4 geführt
ist. Die Niethülse 2 weist
an ihrem einen Ende einen Setzkopf 6 auf, an den sich ein
hohlzylindrisches Hülsenstück 8 anschließt. Im Bereich
des Setzkopfes 6 verringert sich der Innendurchmesser des
von der Niethülse 2 umschlossenen
kreisrunden Hohlraums auf einen reduzierten Innendurchmesser, wobei
im Übergangsbereich
von dem größeren Innendurchmesser
auf den reduzierten Innendurchmesser ein Anschlag 10 gebildet
ist.
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Der Nietdorn 4 umfasst einen
Dornkopf 12, an den sich ein Dornschaft 14 anschließt. Der
Dornschaft 14 umfasst wiederum mehrere Teilstücke, nämlich – beginnend
am Dornkopf 12 – einen
hinteren Schaftbereich 16, einen Verriegelungsbereich 18, der
von einer Sollbruchnut 20 begrenzt wird und an den sich
ein Zugstück 22 anschließt. Der
hintere Schaftbereich 16 hat einen Außendurchmesser, der an den
großen
Innendurchmesser der Niethülse 2 unter
Ausbildung eines geringen Spiels angepasst ist. Der in Richtung
Zugstück 22 gerichtete
vordere Bereich des Verriegelungsbereichs 18 sowie das Zugstück 22 weisen
einen an den reduzierten Innendurchmesser der Niethülse 2 angepassten
Außendurchmesser
auf.
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Im Verriegelgungsbereich 18 sind
mehrere Verriegelungsrillen 24 vorgesehen, die in Längsrichtung 26 gesehen
jeweils von stegartig ausgebildeten, radial nach außen stehenden
Verriegelungswülsten 25 begrenzt
sind. Diese erstrecken sich jedoch nicht vollumfänglich um den gesamten Dornschaft 14.
Vielmehr sind diese gebildet durch einzelne, um den Umfang verteilt
angeordnete Schultern 28, die in Längsrichtung 26 verlaufen
und von den Verriegelungsrillen 24 gekreuzt werden, wie
dies aus den 1 und 2 hervorgeht.
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Der in 1 dargestellte
Blindniet ist im ungesetzten Zustand gezeigt. Beim Setzvorgang wird der
Blindniet mit dem Dornkopf 12 voraus durch eine Bohrung
hindurchgesteckt, die in zumindest zwei zu verbindenden Bauteilen
eingebracht ist. Anschließend
wird mit Hilfe eines Setzwerkzeugs am Zugstück 22 angegriffen
und der Dornkopf 12 in Längsrichtung 26 zum
Setzkopf 6 gezogen. Dabei bildet sich im vom Setzkopf 6 abgewandten
Teilbereich der Niethülse 2 ein
Schließkopf
durch Hülsenfaltung
aus. In der Endphase der Ausbildung des Schließkopfes erreicht der Verriegelungsbereich 18 den
Anschlag 10. Die Schultern 28 (Verriegelungswülste) werden
in das Hülsenmaterial
im Bereich des reduzierten Innendurchmessers eingepresst. Es wird
also Hülsenmaterial
verdrängt.
Der Blindniet ist dabei bevorzugt derart ausgelegt, dass der Verriegelungsbereich
mit den Schultern 28 so weit in die Niethülse 2 eingezogen
wird, dass ein bündiges
Abreißen
des Nietdorns 4 auf Setzkopfhöhe gewährleistet ist. Zwischen dem Schließkopf und
dem Setzkopf 6 sind die zu verbindenden Bauteile dann sicher
eingeklemmt.
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Wie sich aus der Querschnittsgeometrie
der 2 ergibt, weicht
der Verriegelungsbereich 18 von einer kreisrunden Querschnittsgeometrie
ab, so dass einzelne, diskrete Schultern 28 gebildet sind,
die nicht um den gesamten Umfang des Nietdorns 4 umlaufen.
Der Verriegelungsbereich 18 hat dabei im Querschnitt gesehen
den in 2 dargestellten
trilobularen Querschnitt mit insgesamt drei Schultern 28, die
jeweils um etwa 120° drehversetzt
sind. Kennzeichnend für
diese Ausgestaltung ist, dass zwei auf der Umfangslinie gegenüberliegende
Punkte jeweils den gleichen Abstand A haben. Die in 2 dargestellte Querschnittsgeometrie
wird als unrunder Gleichdickquerschnitt bezeichnet. Ein wesentlicher Vorteil
des unrunden Gleichdickquerschnitts ist darin zu sehen, dass er
walzbar ist. Die Verriegelungsrillen 24 im Verriegelungsbereich 18 können damit
gleich beim Walzen des Nietdorns 4 eingepresst werden.
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Die einzelnen Schultern 28 sind
in Längsrichtung
gesehen von den axial beabstandeten Verriegelungsrillen 24 durchzogen.
Die Verriegelungsrillen 24 und die Schultern 28 kreuzen
sich daher in einem 90°-Winkel.
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Neben der einfachen Herstellbarkeit
ist von entscheidender Bedeutung, dass lediglich die Schultern 28 in
das Hülsenmaterial
beim Setzvorgang eingepresst werden. Lediglich die Schultern 28 stehen also über den
kreisrunden Hohlraum der Niethülse 2 im
Bereich mit dem reduzierten Außendurchmesser über. Der
kreisrunde Hohlraum ist in der 2 durch eine
gestrichelte Linie 30 dargestellt. Da nur die Schultern 28 in
das Hülsenmaterial
eingreifen, muss vergleichsweise wenig Hülsenmaterial verdrängt werden,
so dass insgesamt eine Verriegelung bereits bei geringen Zugkräften erfolgt.
Zugleich sind die Anforderungen an die Maßgenauigkeit der Schultern 28 gering
gehalten, da aufgrund des nur bereichsweisen Eingreifens in das
Hülsenmaterial
Toleranzunterschiede sich nur geringfügig auf die für die Verriegelung
erforderliche Zugkraft auswirken.
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Beim Setzvorgang wird nur im Bereich
der die Schultern 28 bildenden Stege Hülsenmaterial verdrängt, so
dass also in tangentialer oder Umfangsrichtung zwischen einander
benachbarten Schultern 28 Hülsenmaterial vorliegt, so dass
ein Verdrehen des Nietdorns 4 relativ zur Niethülse 2 vermieden
ist. Gleichzeitig dringt beim Setzvorgang in die Verriegelungsrillen 24 Hülsenmaterial
ein, so dass auch in Längsrichtung
eine Relativbewegung zwischen dem Nietdorn 4 und Niethülse 2 verhindert ist.
Es ist also dadurch ein sowohl in Umfangsrichtung als auch ein in
Längsrichtung 26 wirkender Formschluss
beim gesetzten Blindniet ausgebildet.
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Zweckdienlicherweise ist der Blindniet
für unterschiedliche
Klemmbereiche ausgebildet. Hierzu weist beispielsweise die Niethülse 2 in
Längsrichtung 26 unterschiedliche
Festigkeitseigenschaften auf. Insbesondere nimmt die Festigkeit
des Hülsenstücks 8 in
Längsrichtung 26 vom
Setzkopf 6 aus beginnend kontinuierlich zu. Dadurch wird
erreicht, dass bei geringen Bauteildicken der Schließkopf möglichst
nahe des Setzkopfs 6 ausgebildet wird. Mit dem gleichen Blindniet
wird aber auch bei dickeren Bauteilen die Ausbildung Schließkopfs ermöglicht.
In Abhängigkeit der
Bauteildicke „wandert" der Schließkopf quasi.
Ein derartiges Prinzip zur Einstellung von unterschiedlichen Klemmbereichen
ist beispielsweise in der WO 00/68583 beschrieben.
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Vorteilhafterweise ist der Blindniet
gleichzeitig derart ausgebildet, dass unabhängig von der Klemmdicke der
Nietdorn im gesetzten Zustand bündig
mit dem Setzkopf abschließt,
also insbesondere nicht über
den Setzkopf übersteht.
Dieses Prinzip des bündigen
Abreißen
ist insbesondere in Verbindung mit dem zuvor beschriebenen Prinzip
der unterschiedlichen Klemmdicken in vorteilhafter Weise zu kombinieren.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt hierbei ist die Anordnung des Anschlags 10.
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Der Nietdorn 4 nach 3 weist im Unterschied zu
dem in 1 gezeigten Nietdorn
Verriegelungswülste 25 auf,
deren Außendurchmesser
zum Dornkopf 12 hin kontinuierlich zunehmen. Im gesetzten
Zustand dringt also der dem Dornkopf 12 nächstgelegene
Verriegelungswulst 24 am weitesten in die Niethülse 2 ein.
Diese Ausgestaltung nach Art eines Tannenbaums sorgt für eine besonders
sichere Verriegelung. Gleichzeitig ist beim Setzvorgang zunächst nur
eine vergleichsweise geringe Umformkraft notwendig, wenn der erste
Verriegelungswulst 22 mit dem geringsten Außendurchmesser
den Anschlag 10 erreicht. Die Verriegelungswülste 25 verlaufen nicht
vollständig
um den Dornschaft 14, sondern sind aus einzelnen diskreten
Teilstücken
der in Längsrichtung 26 verlaufenden
Schultern 28 gebildet.