-
Die
Erfindung betrifft ein Nietelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, eine Nietverbindung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 7, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 9.
-
Nieten
ist ein Fügen
durch Umformen eines Verbindungselements, wobei eine i.allg. unlösbare und
formschlüssige
tragende Verbindung der zu fügenden
Teile entsteht. Nietverbindungen kommen in einem breiten Anwendungsbereich
zum Einsatz, beispielsweise im Stahlbau, beim Kessel- und Behälterbau,
beim Fügen
von druckbeaufschlagten Rohren, aber auch beim Fügen feinmechanischer Bauteile und
bei der Fertigung von Installationsschaltgeräten, hier beispielsweise zum
Verbinden der beiden schalenförmigen
Isolierstoffgehäuseteile
des Installationsschaltgerätes.
-
Beim
Vernieten von Gehäusehälften im
Zuge der Fertigung von Installationsschaltgeräten werden die Gehäusehälften so übereinandergelegt,
dass sich die Nietlöcher
in beiden Gehäusehälften möglichst
passgenau gegenüberliegen.
Als Nietelement werden oft Hohlniete oder Halbhohlniete mit einem an
einer Seite angeformten Kopfteil verwendet. Die Nietelemente werden
in die Nietlöcher
eingesetzt, und an dem über
die zu verbindenden Gehäusehälften hinausragenden
freien Ende des Nietelements wird mittels eines Werkzeuges – beim Nieten
wird dieses Werkzeug auch als Döpper
bezeichnet – ein Bund
umgebördelt
und dadurch die Verbindung bewirkt.
-
Die
Fertigung von Installationsschaltgeräten geschieht heute weitgehend
automatisiert, so dass auch das Vernieten der Gehäusehälften automatisiert
vonstatten geht. In der entsprechenden Fertigungszelle werden die
beiden zu verbindenden Gehäusehälften zunächst automatisch
ausgerichtet, danach wird automatisch das Nietelement eingesetzt, und
der Bund wird mittels des Döppers
umgebördelt.
-
Dabei
treten oft zwei Probleme auf. Erstens kann der Bund beim Umbördeln unkontrolliert
ausreißen,
wodurch die Nietverbindung dann unzuverlässig wird. Zweitens kann es
leicht passieren, dass die beiden zu verbindenden Gehäusehälften nicht
so aufeinander liegen, dass die beiden Nietlöcher an der zu vernietenden
Stelle mittig zentriert sind. Es kann sich dann an der zum Vernieten
vorgesehenen Stelle ein Absatz bilden, auf dem das Nietelement aufsitzt,
anstatt durch beide Nietlöcher
hindurch zu fallen. Das automatische Vernieten gelingt in diesem
Fall dann nicht, und ein aufwändiger
manueller Eingriff wird erforderlich.
-
In
der
DE 196 27 573
A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen einer Nietverbindung
zwischen mehreren zu verbindenden Werkstücken mittels eines Hohlniets
offenbart, bei der zum Zwecke der Verbesserung der Positionsgenauigkeit
und gegenseitigen Zentrierung an dem Döpper ein in den Hohlniet einführbarer
Zentrierdorn zentrisch angeordnet ist. Die so offenbarte Vorrichtung
löst das
oben beschriebene Zentrierproblem jedoch nicht, da der Zentrierdorn erst
wirksam werden kann, nachdem das Nietelement bereits durch beide
Nietlöcher
hindurchgelangt ist.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Nietelement,
eine Nietverbindung und ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung zu
schaffen, die für
das fehlerfreie automatische Vernieten von Werkstücken, insbesondere
Gehäuseteilen
bei der Fertigung von Installationsschaltgeräten, geeignet sind und die
Nachteile des Standes der Technik vermeiden.
-
Die
Aufgabe wird bezüglich
des Nietelements gelöst
durch ein Nietelement gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1, bezüglich der
Nietverbindung durch ein Nietelement gemäß dem kennzeichnenden Teil
von Anspruch 7, und bezüglich
des Verfahrens durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9.
-
Erfindungsgemäß also weist
das Nietelement wenigstens an seinem freien Ende wenigstens zwei
Segmente auf, zwischen denen sich radial nach außen und axial zum freien Ende
hin offene Zwischenräume
erstrecken. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
das dem Nietkopf gegenüberliegende
Ende des Nietelements durch einen hohlzylindrischen Abschnitt gebildet,
und der hohlzylindrische Abschnitt ist wenigstens an seinem freien Ende
aus wenigstens zwei schalenförmigen
Segmenten gebildet, zwischen denen sich radial nach außen und
axial zum freien Ende hin offene Zwischenräume erstrecken.
-
Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung
eines Nietelements besteht darin, dass das Nietelement an seinem
freien Ende somit wenigstens einen Schlitz aufweist, der die Umfangslinie
des Nietelements an dem freien Ende stellenweise unterbricht. Beim
Umbördeln
und dem damit verbundenen Aufweiten des Bundes des Nietelementes
an seinem freien Ende wird durch diese Unterbrechungen die Zugspannung
in dem Bund des Nietelementes reduziert, wodurch ein unkontrolliertes
Aufreißen
vermieden und ein kontrolliertes Umbiegen des freien Endes des Nietelementes
gewährleistet
wird.
-
Der
hohlzylindrische Abschnitt kann dabei einen mehr oder weniger großen Teil
der Gesamtlänge des
Nietelements einnehmen. Handelt es sich um einen relativ kleinen
Teil der Gesamtlänge
des Nietelements, so stellt der hohlzylindrische Abschnitt eine Art
Kragen am freien Ende des Nietelements dar. Handelt es sich um einen
Anteil, der bis zur Hälfte
der Gesamtlänge
des Nietelements beträgt,
so ist das Nietelement eine Art Halbhohlniet. Im Extremfall kann
der hohlzylindrische Abschnitt auch die ganze Länge des Nietelements einnehmen,
dann ist das Nietelement eine Art Hohlniet.
-
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung des Nietelements
besteht darin, dass vor dem Einsetzen in die Nietlöcher die
schalenförmigen Segmente
an ihrem freien Ende in radialer Richtung gegeneinander gedrückt werden
können,
so dass der hohlzylindrische Teilkörper eine sich auf das freie Ende
hin verjüngende
Umfangskontur erhält.
Dank dieser Verjüngung
wird das automatische Einsetzen des Nietelements in die Nietlöcher auch
dann ermöglicht,
wenn diese sich leicht außermittig
gegenüberliegen.
-
In
einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
der hohlzylindrische Teilkörper
aus vier wenigstens paarweise symmetrisch zueinander angeordneten
schalenförmigen
Segmenten gebildet, zwischen denen sich radial nach außen offene,
achsparallel zur Symmetrieachse des Nietkörpers verlaufende Zwischenräume erstrecken.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
radial nach außen
offenen Zwischenräume
als achsparallel verlaufende Schlitze in Kreuzschlitzform angeordnet.
Die Ausdehnung der radial nach außen offenen, achsparallel verlaufenden Zwischenräume kann
dabei nach einer weiteren höchst
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in Umfangsrichtung klein
gegenüber
dem Gesamtumfang des hohlzylindrischen Teilkörpers sein.
-
Der
Vorteil der oben geschilderten Kreuzschlitzform liegt darin, dass
sie symmetrisch ist und dadurch einerseits ein sehr kontrolliertes
Umbiegen des Bundes beim Aufbördeln
gewährleistet,
andererseits beim Zusammendrücken
der schalenförmigen Segmente
in radialer Richtung der hohlzylindrische Teilkörper eine sich auf das freie
Ende hin verjüngende
symmetrische, konusförmige
Umfangsstruktur erhält,
die das automatische Einsetzen des Nietelements in die Nietlöcher bei
außermittiger
Gegenüberlage
der Nietlöcher
weiter erleichtert.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nietelements kann aber
auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die schalenförmigen Segmente
an ihrem freien Ende in radialer Richtung gegeneinander gedrückt sind,
so dass der hohlzylindrische Teilkörper eine sich auf das freie
Ende hin verjüngende
konische Umfangskontur aufweist. Die Vorteile dieser Ausführungsform
beim automatischen Vernieten wurden oben bereits beschrieben.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Nietverbindung zum
Verbinden wenigstens zweier Werkstücke mit wenigstens einem Nietelement
wird ein Nietelement wie oben beschrieben verwendet. Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn auch bei leicht außermittiger Lage übereinanderliegender
Nietlöcher
der zu verbindenden Werkstücke
das Nietelement automatisch und selbstzentrierend mit dem hohlzylindrischen
Teilkörper
voran in die übereinanderliegenden
Nietlöcher eingeführt wird.
In besonders vorteilhafter Weise werden die Segmente kontrolliert
und ohne einzureißen umgebördelt.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und
weitere Vorteile sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Anhand
der Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Nietelements
und ein Ausführungsbeispiel
für eine erfindungsgemäße Nietverbin dung
dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen und weitere Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und
beschrieben werden.
-
Es
zeigen:
-
1 einen Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Nietelement,
-
1a eine Aufsicht auf das
Nietelement gemäß 1 in Pfeilrichtung I,
-
2 einen Längsschnitt
durch ein weiteres erfindungsgemäßes Nietelement,
-
2a eine Aufsicht auf das
Nietelement gemäß 2 in Pfeilrichtung II
-
3 einen Querschnitt durch
eine erfindungsgemäße Nietverbindungsstelle
vor dem Einsetzen des Nietelements
-
4 einen Querschnitt durch
eine erfindungsgemäße Nietverbindungsstelle
nach dem Einsetzen des Nietelements
-
1 zeigt ein Nietelement 1,
bestehend aus einem längserstreckten
Nietkörper 3,
welcher aus einem vollzylindrischen Teilkörper 2 und einem hohlzylindrischen
Teilkörper 4 besteht,
die beide als an einer Trennfläche 14 zusammengesetzt
betrachtet werden können.
Insgesamt ist das Nietelement 3 also als Halbhohlniet aufgebaut
und weist eine Mittelachse 16 als Symmetrieachse auf.
-
Der
hohlzylindrische Teilkörper 4 ist
durch axiales Ausbohren des ursprünglich vollzylindrischen Nietkörpers entstanden.
Von diesem Bearbeitungsschritt her resultiert noch das strichliiert
angedeutete Senkloch 5, das in seiner Tiefe bis zu der
Trennfläche 14 reicht.
-
Dem
Nietelement 3 ist an dem Kopfende des vollzylindrischen
Teilkörpers 2 ein
zylinderförmiger Nietkopf 8 angeformt.
Der Nietkopf 8 könnte
selbstverständlich
auch jede andere für
Nietköpfe übliche Form
haben, beispielsweise halbkugelförmig
sein.
-
Der
hohlzylindrische Teilkörper 4 ist
aus vier symmetrisch angeordneten, schalenförmigen Viertelkreissegmenten 10, 10a, 10b, 10c gebildet. 1a zeigt eine Aufsicht auf
das Nietelement gemäß 1 in Pfeilrichtung I, also
eine Aufsicht auf das freie Ende des hohlzylindrischen Teilkörpers 4.
Die in dieser Aufsicht sichtbare Kante 5 ist das freie
Ende des Nietbundes, der beim Vernieten später umgebördelt werden wird.
-
Zwischen
den Viertelkreissegmenten 10, 10a, 10b, 10c erstrecken
sich radial nach außen
offene Zwischenräume 12, 12a, 12b, 12c,
die in axialer Richtung parallel zur Symmetrieachse 16 verlaufen. Wie
aus 1a zu erkennen ist,
bilden die Zwischenräume
zwei senkrecht aufeinander stehende, parallel zur Symmetrieachse 16 des
Nietelements 3 verlaufende Schlitze, die auf diese Weise
in Kreuzschlitzform angeordnet sind.
-
Die
Ausdehnung der Schlitze in Umfangsrichtung, in 1 und 1a als
Schlitzbreite S gekennzeichnet, ist dabei klein gegenüber dem
Gesamtumfang des hohlzylindrischen Teilkörpers 4 und gleich
groß über die
Schlitzlänge,
mit anderen Worten, die Schlitze weisen eine rechteckförmige Umfangskontur
auf.
-
2 zeigt eine Ausführungsform
des Nietelements 1, bei dem die vier schalenförmigen Viertelkreissegmente 10', 10a', 10b', 10c' am freien Ende 6 des
hohlzylindrischen Teilkörpers 4 in
radialer Richtung zusammengedrückt
sind, so dass der hohlzylindrische Teilkörper 4 eine sich auf
das freie Ende 6 hin verjüngende konische Umfangskontur
mit einem spitzen Neigungswinkel μ aufweist.
Ansonsten sind gleiche Elemente und Merkmale in den 1 bzw. 1a und 2 bzw. 2a mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Viertelkreissegmente 10', 10a', 10b', 10c' in der Ausführungsform
nach 2 kann man sich
als aus den Viertelkreissegmenten 10, 10a, 10b, 10c in
der Ausführungsform
nach 1 hervorgegangen
denken durch ein Zusammendrücken
an dem freien Ende 6 des hohlzylindrischen Teilkörpers 4 in
radialer Richtung. Analoges gilt für die Schlitze 12', 12a', 12b', 12c' in der Ausführungsform
nach 2. Man kann sie
sich als – aufgrund
der Zusammendrückens
der Viertelkreissegmente 10, 10a, 10b, 10c am
freien Ende 6 des hohlzylindrischen Teilkörpers 4 in
radialer Richtung – aus
den Schlitzen 12, 12a, 12b, 12c gemäß der Ausführungsform
nach 1 hervorgegangen
denken.
-
Die
Schlitze 12', 12a', 12b', 12c' verlaufen parallel
zur Symmetrieachse 16 des Nietkörpers 3. Die Schlitzbreite
ist über
die Schlitzlänge
nicht mehr gleich. Die Schlitze weisen eine im wesentlichen dreieckförmige Umfangskontur
auf. An ihrem der Trennfläche 14 zugewandten
Ende ist die Schlitzbreite S die gleiche wie bei der Ausführungsform nach 1 bzw. 1a. Am freien Ende 6 des hohlzylindrischen Teilkörpers 4 berühren sich
die Viertelkreissegmente. Die Schlitze 12', 12a', 12b', 12c' weisen damit eine im wesentlichen
dreiecksförmige
Umfangskontur auf.
-
2a zeigt eine Aufsicht auf
das Nietelement gemäß 2 in Pfeilrichtung II, also
eine Aufsicht auf das freie Ende des hohlzylindrischen Teilkörpers 4.
An diesem freien Ende haben sich durch das radiale Zusammendrücken der
Viertelkreissegmente 10', 10a', 10b', 10c' die Schlitzbreiten
S der Schlitze 12', 12a', 12b', 12c' zu Berührungslinien
L reduziert.
-
Die 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine Nietverbindung
mit einem erfindungsgemäßen Nietelement
gemäß 2. Zwei Werkstücke 20 und 30,
hier einfache Quader – was
allerdings nur als schematisches Beispiel zu betrachten ist und die
Anwendungsmöglichkeit
der Erfindung keineswegs beschränkt,
sondern vielmehr für
beliebig geformte Werkstücke
aus allen denkbaren Materialien zulässt – sind mit je einem Nietloch 26, 36 versehen, wobei
die Nietlöcher
je eine Mittenachse 24, 34 aufweisen. Die Werkstücke 20, 30 sind übereinander
gelegt und berühren
sich mit ihren Kontaktflächen 22, 32.
Die Anordnung der Werkstücke 20, 30 zueinander
ist so, dass die zugehörigen
Nietlöcher 26, 36 in außermittiger
Lage zueinander zu liegen kommen, also ihre Mittenachsen 24, 34 nicht
zusammenfallen, sondern einen Abstand d voneinander einnehmen. Dadurch
bildet sich an der Berührungsfläche der
beiden Werkstücke
zwischen den beiden Nietlöchern 26, 36 ein
stufenförmiger
Absatz 40 aus.
-
Wird
nun ein zylindrisches Nietelement mit einem Außendurchmesser, der wie beim
Nieten üblich – in etwa
so groß ist
wie der Innendurchmesser der Nietlöcher 26, 36,
von der Seite des ersten Werkstückes 20 her
in das Nietloch 26 eingesetzt, so könnte es den Absatz 40 nicht überwinden.
Um dennoch eine Nietverbindung herzustellen, müsste das Nietelement einen
deutlich geringeren Außendurchmesser
aufweisen als der Innendurchmesser des Nietloches, was aber dann
zu einer unstabilen Nietverbindung führen würde.
-
Wird
dagegen ein Nietelement gemäß 2 bzw. 2a eingesetzt, wie es in der 3 dargestellt ist, so ist
an dem freien, dem Nietkopf 8 gegenüberliegenden Ende der Durchmesser
des Nietelements aufgrund der Konusform kleiner als der des vollzylindrischen
Teilkörpers,
welcher ja in etwa gleich groß ist
wie der Innendurchmesser der Nietlöcher 26, 36. Das
Nietelement kann somit den Absatz 40 überwinden und in das dem zweiten
Werkstück 30 zugehörige Nietloch 36 hineingleiten.
Wenn jetzt von der Seite des Nietkopfes 8 her noch eine
Druckkraft auf das Nietelement 1 in Richtung auf das zweite
Werkstück 30 hin
ausgeübt
wird, so werden aufgrund der über die
konische Schräge
am freien Ende des Nietelementes 1 auf die Werkstücke 20, 30 einwirkende Scherkraft
diese längs
ihrer Kontaktflächen 22, 32 so lange
gegeneinander gleiten, bis die beiden Nietlöcher 26, 36 mittig übereinander
zu liegen kommen.
-
In
der solcherart zentrierten Position erfolgt dann der Einsatz des
Nietwerkzeugs, mit dem der Bund am freien Ende des hohlzylindrischen
Teilkörpers
umgebördelt
wird, so dass die fertige Nietverbindung entsteht. Als Nietwerkzeug
kommen dabei an sich bekannte Nietwerkzeuge aus der Hohlniet- oder Halbhohlniettechnik
zum Einsatz.
-
4 zeigt im Querschnitt den
vernieteten Endzustand. Gleiche Bezugszeichen in den 4 und 3 bezeichnen dabei gleiche Elemente.
Die beiden Werkstücke 20, 30 in 4 liegen so übereinander,
dass die Nietlöcher 26, 36 mittig übereinander liegen;
die Mittelachsen 24, 34 der beiden Nietlöcher 20, 30 fallen
zusammen. Die Viertelkreissegmente 10, 10a wurden
durch das Nietwerkzeug umgebördelt,
so dass sich ein Schließkopf 10'' ausbildet. Wegen der kreuzschlitzförmigen Einschnitte
kommt es nicht zu unkontrolliertem Ausreißen beim Umbördeln, der
Schließkopf 10'' gewährleistet eine sichere Nietverbindung.