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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen aus der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0138444 , eingereicht im koreanischen Patentamt am 14. November 2013, deren gesamter Inhalt hier als Referenz eingeschlossen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stanzniet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Stanzniet, der zwei oder mehr Objekte miteinander verbinden kann.
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(b) Beschreibung des Stands der Technik
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Für die Automobilindustrie haben Umweltprobleme eine große Bedeutung, und die Verwendung von Aluminiumlegierungen und Kunststoffmaterialen in einer Fahrzeugkarosserie, um das Gewicht der Fahrzeugkarosserie zu reduzieren und den Kraftstoffverbrauch zu verringern, ist eine der Lösungen für die Umweltprobleme.
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Für diese Zwecke sind bei der Montage einer Fahrzeugkarosserie alternative Fügeverfahren anstelle des konventionellen Punktschweißens untersucht und entwickelt worden.
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Seit einiger Zeit wird zunehmend ein Stanznietsystem, das einen Stanzniet verwendet, eingesetzt.
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Gemäß einer konventionellen Niettechnik werden zu verbindende Objekte wie z.B. Stahlbleche miteinander verbunden, indem ein Kopfteil gebildet wird, nachdem ein Nietloch gebohrt und ein Niet in das Nietloch eingebracht worden ist. Jedoch wird der Niet durch Hydraulikdruck oder Pneumatikdruck in die zu verbindenden Objekte eingepresst, ohne dass das Nietloch gemäß der Stanzniettechnik gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Niet plastisch verformt, und verbindet die zu verbindenden Objekte miteinander.
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Ein Stanzniet wird zum Verbinden von Metallblechen gemäß der Stanzniettechnik verwendet, und der Stanzniet weist einen Kopf und einen teilweise hohlen zylindrischen Schaft auf.
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Zum Beispiel dringt der Schaft des Stanzniets unter Verwendung eines Stempels eines Setzwerkzeugs in ein oberes Blech ein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schaft durch eine Matrize gehalten und nach außen verformt. Weiterhin werden, da der Schaft in ein unteres Blech in einem Zustand eingepresst wird, in dem der Kopfteil vom oberen Blech gehalten wird, das obere Blech und das untere Blech verbunden.
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Konventionell ist der Stempel an einem oberen Teil eines C-Rahmens vorgesehen, und ein Amboss ist an einem unteren Teil davon vorgesehen.
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In einer konventionellen Technik werden zwei zu verbindende Objekte zwischen dem Stempel und dem Amboss angeordnet, und dann wird der Niet durch den Stempel eingepresst, durchstößt das obere zu verbindende Objekt, wird am unteren zu verbindenden Objekt eingekapselt und durch einen Formungshohlraum des Ambosses nach außen verformt, und somit sind die zu verbindenden Objekte einstückig verbunden.
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Die den Stanzniet verwendende Fügetechnik kann zur Montage von Aluminiumblechen in einer Fahrzeugkarosserie angewendet werden, was durch Punktschweißen nicht leicht auszuführen ist.
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Ebenso kann das Stanznietsystem ausgezeichnete Festigkeits- und Widerstandseigenschaften gegen Ermüdung liefern und eine Verformung an einem Blech nahe dem Niet vermeiden, so dass das Stanznietsystem von einem ästhetischen Gesichtspunkt her annehmbar sein kann.
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Jedoch durchstößt in einer konventionellen Technik ein Schaft des Stanzniets (im Folgenden ein “Niet” genannt) das obere zu verbindende Objekt, wird am unteren zu verbindenden Objekt eingekapselt und durch den Amboss nach außen verformt, und somit kann der Niet aus den zu verbindenden Objekten nicht einfach wieder entfernt werden.
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Das heißt, in der konventionellen Technik muss, falls es notwendig ist, die zu verbindenden Objekte wieder voneinander zu trennen, der Niet zerlegt werden, oder der Nietteil muss gezogen werden, und somit werden die zu verbindenden Objekte beschädigt und verformt. Daher müssen die zu verbindenden Objekte ohne Wiederverwendung ersetzt werden.
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Ebenso wird in der konventionellen Technik, da der Stempel und der Amboss zum Einpressen des Niets zur Verbindung der zu verbindenden Objekte verwendet werden, ein anwendbarer Freiheitsgrad der Nietung wegen Wechselwirkungen mit anderen Geräten möglicherweise reduziert.
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Da der Schaft des konventionellen Stanzniets als ringförmige Stanzkante ausgebildet ist, wird ein durchdrungener Teil des oberen Blechs vollständig durch die ringförmige Kante ausgestanzt, wenn der Schaft das obere Blech durchdringt und in das untere Blech eingepresst wird.
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Da der durchdrungene Teil des oberen Blechs, der durch den Schaft ausgestanzt wurde, keine mechanische Verriegelung des oberen und des unteren Blechs bilden kann und als totes Metall übrig bleibt, kann die Fügefestigkeit des oberen und des unteren Blechs beeinträchtigt werden.
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Da weiterhin das tote Metall das obere und das untere Blech nicht mit ausreichender Festigkeit verbinden kann, verdreht sich das obere Blech relativ zum unteren Blech.
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Entsprechend werden diverse Techniken zum Verhindern einer Verdrehung des oberen Blechs gemäß bekannten Verfahren angewendet. Zum Beispiel werden mehrere Niete zum Verhindern der Verdrehung des oberen Blechs verwendet.
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Falls mehrere Niete verwendet werden, können die Prozesse kompliziert werden, die Produktivität kann beeinträchtigt werden, und die Produktkosten können wegen einer Zunahme von Prozessen und Komponenten steigen.
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Da der Schaft des Niets als ringförmige Stanzkante ausgebildet ist, dringt der Schaft in das obere Blech mit einer ringförmigen Form ein und erhöht eine Fügebelastung gemäß konventionellen Techniken.
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Die obigen, in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen dienen nur zum verbesserten Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der in diesem Land einer Fachperson bereits bekannt ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf einen Stanzniet mit dem Vorteil einer einfachen Entfernung des Niets durch Verbessern einer Form eines Schaftteils gemacht worden.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf einen Stanzniet mit weiteren Vorteilen gemacht worden, indem die Fügebelastung und die Einpressleistung reduziert werden können, aber die Scherfestigkeit erhöht werden kann, und Wechselwirkungen mit anderen Geräten reduziert werden, indem ein einseitiges Nieten unter Verwendung eines Stempels erlaubt wird, um so einen Freiheitsgrad der Nietung zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf einen Stanzniet mit Vorteilen gemacht worden, indem ein durchdrungener Teil die Fügefestigkeit von zu verbindenden Objekte durch Verbessern einer Form eines Schaftteils verstärkt, um so den durchdrungenen Teil nicht vollständig auszustanzen.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf einen Stanzniet mit Vorteilen gemacht worden, indem eine relative Verdrehung von zu verbindenden Objekten unter Verwendung des durchdrungenen Teils, der nicht vollständig ausgestanzt ist, obwohl nur ein Niet verwendet wird, verhindert wird.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf einen Stanzniet mit Vorteilen gemacht worden, indem eine Beschädigung einer Schmiedeform in einem Schmiedevorgang eines Niets verhindert, die Lebensdauer der Schmiedeform erhöht, die Massenproduktion des Niets gefördert und die Fügefestigkeit von zu verbindenden Objekten verbessert wird.
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Ein Stanzniet gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann umfassen: einen Kopfteil; einen Schaftteil, der einstückig mit dem Kopfteil verbunden ist; mehrere Rippen, die auf einer äußeren Umfangsfläche des Schaftteils entlang einer Längsrichtung des Schaftteils in einer Spiralform ausgebildet und einstückig mit dem Kopfteil verbunden sind; und einen geraden Teil, der einstückig an einem Verbindungsteil gebildet ist, an welchem der Kopfteil und die Rippe verbunden sind.
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Der Schaftteil kann ein Kreiszylinder sein, die Rippen können auf der äußeren Umfangsfläche des Schaftteils mit einem konstanten Abstand dazwischen angeordnet sein, der Schaftteil kann ein mit dem Kopfteil verbundenes Verbindungsende und ein freies Ende aufweisen, das ein zum Verbindungsende entgegengesetztes Ende ist, und die Rippen können vom Verbindungsende zum freien Ende in einer Spiralform gebildet sein.
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Der gerade Teil kann einstückig mit dem Verbindungsteil verbunden sein, an welchem die Rippen und der Kopfteil verbunden sind, und ein gerader Bereich kann sich von einer inneren Fläche zu einer unteren Fläche des Kopfteils entlang einer Axialrichtung des Schaftteils erstrecken, wobei die innere Fläche eine Fläche ist, die der unteren Fläche des Kopfteils zugewandt ist.
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Der gerade Teil weist eine Umfangsfläche auf, die der äußeren Umfangsfläche des Schaftteils entspricht.
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Der gerade Teil kann den Niet führen, so dass er ohne Schwierigkeiten aus einer Schmiedeform entnommen werden kann, wenn der Niet aus der Schmiedeform ausgeworfen wird.
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Die Rippe kann eine Rippenfläche mit einer vorbestimmten Breite und Rippenseitenflächen mit einer vorbestimmten Dicke zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Schaftteils und der Rippenfläche aufweisen.
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Die Dicke der Rippe kann größer als die Breite der Rippe sein.
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Die Rippen können ein oberes Plattenelement und ein unteres Plattenelement, die einander überlappen, durchstoßen, plastisch innerhalb des unteren Plattenelements verformt und am unteren Plattenelement befestigt werden.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann, da die Rippen mit einem Schaftteil in einer Spiralform gebildet sind, der Niet sich während des Einpressens zum Verbinden der zu verbindenden Objekte verdrehen, und der Stanzniet kann von der Zielpartie für die Nietung der zu verbindenden Objekte durch ein Drehmoment in der entgegengesetzten Spiralrichtung der Rippen entfernt werden.
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Somit kann in einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen, falls es notwendig ist, die zu verbindenden Objekte wieder voneinander zu trennen, der Niet leicht entfernt werden, ohne zerlegt zu werden oder den Nietungsteil herauszuziehen, und so können die zu verbindenden Objekte wiederverwendet werden.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann, da die spiralförmigen Rippen am Schaftteil gebildet sind, die gesamte Oberfläche des Niets erhöht werden, die Scherfestigkeit mit Bezug auf das obere und das untere Plattenelement kann verbessert werden, und eine Fügebelastung und Einpressleistung von zu verbindenden Objekte kann reduziert werden, somit kann die Betriebsstabilität des Stanznietsystems verbessert werden.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen wird, da eine mit einem Aufnahmeteil versehene Matrize zum geeigneten Halten der zu verbindenden Objekte verwendet werden kann, kein separater Amboss einer konventionellen Technik benötigt, somit können Wechselwirkungen minimiert werden, und ein Freiheitsgrad der Nietung kann verbessert werden.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann ein oberes und ein unteres Plattenelement, die mit Löchern als Zielpartie für die Nietung versehen sind, durch Nieten verbunden werden, und somit muss die Matrize nicht mit einem Aufnahmeteil wie z.B. einem Loch oder einer Nut versehen sein, und eine untere Fläche des unteren Plattenelements kann eben sein.
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Daher kann in einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen die ebene untere Fläche des unteren Plattenelements die Bedürfnisse der Fahrzeugbauindustrie erfüllen, welche zu verbindende Objekte ohne Vorsprünge bevorzugt.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann, da der durchdrungene Teil nicht vollständig ausgestanzt wird, die relative Verdrehung von zu verbindenden Objekte verhindert werden, obwohl nur ein Niet verwendet wird, und die Fügefestigkeit der zu verbindenden Objekte kann verbessert werden.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann, da ein oder sehr wenige Niete die zu verbindenden Objekte verbinden können, die Produktivität verbessert werden, und die Herstellkosten können durch Reduzieren der Zahl der Nietvorgänge und Elemente gesenkt werden.
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Weiterhin ist es, da ein gerader Teil an einem Verbindungsteil eines Kopfteils und einer Rippe gebildet ist, möglich, eine Beschädigung einer Schmiedeform bei einem Schmiedevorgang zu verhindern und die Lebensdauer der Schmiedeform zu erhöhen, und die Massenproduktion des Niets zu verbessern.
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Weiterhin wird, da der gerade Teil einstückig an einem Verbindungsteil der Rippe und des Kopfteils gebildet ist, ein zwischen dem oberen Plattenelement und den Rippen gebildeter Freiraum durch den geraden Teil reduziert werden, und die Fügefestigkeit des oberen Plattenelements und des unteren Plattenelements wird verbessert, wenn ein oberes Plattenelement und ein unteres Plattenelement verbunden werden.
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Weiterhin kann der Stanzniet gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für das Verbinden eines hochfesten Blechs und eines Aluminiumblechs verwendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Zeichnungen stellen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar und sollen keinen Aspekt der Erfindung in irgendeiner Weise einschränken.
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1 ist eine Zeichnung, die einen Stanzniet gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Stanzniets gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 und 4 sind Zeichnungen zum Erläutern einer Funktionsweise eines Stanzniets gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie Fachpersonen erkennen werden, können die beschriebenen Ausführungsformen in diversen verschiedenen Weisen modifiziert werden, wobei all dies ohne Abweichen vom Geist oder Schutzbereich der vorliegenden Erfindung stattfinden kann.
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Die Beschreibung von Komponenten, die zum Erläutern der vorliegenden Erfindung nicht benötigt werden, wird weggelassen, und die gleichen Bauelemente sind in dieser Beschreibung mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Weiterhin können Größe und Dicke der in den Zeichnungen gezeigten Komponenten von der tatsächlichen Größe und der tatsächlichen Dicke der Komponenten zwecks besseren Verständnisses und Erleichterung der Beschreibung abweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Zeichnungen beschränkt.
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In der ausführlichen Beschreibung werden die Aufzählungsnummern zum Unterscheiden der Bestandteile mit den gleichen Bezeichnungen verwendet und haben keine anderen speziellen Bedeutungen.
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In der Beschreibung verstehen sich, falls nicht ausdrücklich anders beschrieben, das Wort “umfassen” und Variationen wie z.B. “umfasst” oder “umfassend” so, dass die aufgeführten Elemente eingeschlossen sind, aber nicht so, dass irgendwelche anderen Elemente ausgeschlossen sind.
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In der Beschreibung bedeuten Ausdrücke wie z.B. “Teil” und “Mittel” eine Einheit eines umfassenden Elements mit mindestens einer Funktion oder Bewegung.
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1 ist eine Zeichnung, die einen Stanzniet gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In der Beschreibung können zu verbindende Objekte als Grundmaterialien für das Verbinden mit einem Niet definiert werden, und ein verbundener Artikel kann als bearbeiteter Artikel definiert werden, von welchem die zu verbindenden Objekte durch Nieten verbunden werden.
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In 1 verbindet ein Stanzniet 100 (im Folgenden ein “Niet” genannt) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens zwei Metallbleche.
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Als Beispiele in dieser Beschreibung werden zwei Metallbleche verwendet, und die beiden Metallbleche werden als oberes Plattenelement 1 bzw. unteres Plattenelement 2 bezeichnet.
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In der Beschreibung wird eine obere Fläche oder eine Oberseite als eine nach oben weisende Fläche in die Zeichnungen definiert, und eine untere Fläche oder eine Unterseite wird als nach unten weisende Fläche in den Zeichnungen definiert.
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Eines der Bleche 1 bzw. 2, das in einer oberen Position der Zeichnungen angeordnet ist, wird als oberes Plattenelement 1 bezeichnet, und das andere Blech wird zum besseren Verständnis als unteres Plattenelement 2 bezeichnet. Obwohl weitere Plattenelemente zwischen dem oberen Plattenelement 1 und dem unteren Plattenelement 2 angeordnet sein können, wird zum besseren Verständnis der Stanzniet 100 für das Verbinden des oberen Plattenelements 1 und des unteren Plattenelements 2 beschrieben.
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Die weiter oben beschriebenen Ausdrücke werden zum besseren Verständnis definiert, und somit können die Ausdrücke den Geist oder Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht einschränken, und weitere Definitionen können je nach Situation zum besseren Verständnis in der Beschreibung verwendet werden.
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Der Stanzniet 100 kann zu verbindende Objekte, wie z.B. das obere und das untere Plattenelement 1 und 2, die sich überlappen, durch ein Stanznietsystem verbinden.
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Das heißt, das Stanznietsystem presst den Niet 100 in das obere Plattenelement 1 und das untere Plattenelement 2, die einander überlappen, mit einem vorbestimmten Druck ein, und ist ausgebildet, das obere Plattenelement 1 und das untere Plattenelement 2 durch plastische Verformung des oberen Plattenelements 1, des unteren Plattenelements 2 und des Niets 100 zu verbinden.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen das obere Plattenelement 1 und das untere Plattenelement 2 aus einem Kunststoffmaterial, einem Gummimaterial, einem Aluminiumblech oder einem Stahlblech (einschließlich eines hochfesten Stahlblechs).
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Das obere Plattenelement 1 und das untere Plattenelement 2 können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
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Der Stanznietsystem, bei welchem der Stanzniet 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, kann für einen Roboter vorgesehen sein und kann eine Stempeleinheit 4 zum Pressen des Niets 100 und eine Matrize 6 zum Halten des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2, die einander überlappen, aufweisen.
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Die den Niet 100 zuführende Stempeleinheit 4 weist einen Stempelzylinder, der durch Hydraulikdruck oder Pneumatikdruck angetrieben wird, und einen durch den Stempelzylinder betätigten Stempel auf.
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Die Stempeleinheit 4 kann eine Schlagvorrichtung zum schnellen und kontinuierlichen Beaufschlagen des Niets 100 verwenden.
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Es ist gut bekannt, dass die Stempeleinheit 4 des Stanznietsystems bei einem sogenannten SPR-System (Stanznietsystem) eingesetzt werden kann, und somit wird auf eine ausführliche Beschreibung davon in dieser Beschreibung verzichtet.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die tragende und während des Eintreibvorgangs des Niets eine Stoßkraft absorbierende Matrize 6 in einen konventionellen C-Rahmen wie z.B. einer Ambossmatrize montiert sein, oder die Matrize 6 kann eine separate plattenartige Struktur zum Halten der überlappenden oberen und unteren Plattenelemente 1 und 2 sein.
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In der Matrize 6 ist ein Aufnahmeteil 8 als Loch oder Kuppel zum Aufnehmen eines plastisch verformten Teils einer vorbestimmten Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 gebildet. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Aufnahmeteil 8 der Matrize 6 ein Loch, wie in den Zeichnungen zum besseren Verständnis gezeigt.
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Der Aufnahmeteil 8 nimmt einen plastisch verformten Teil der vorbestimmten Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 auf.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 eben ohne ein Loch sein.
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Der gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei dem Stanznietsystem anwendbare Niet 100 durchdringt das obere Plattenelement 1 durch Pressen durch die Stempeleinheit 4, wird in das untere Plattenelement 2 eingepresst und verformt plastisch das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 durch das Aufnahmeloch 8 der Matrize 6, um so das obere Plattenelement 1 und das untere Plattenelement 2 einstückig zu verbinden.
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Der Stanzniet 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert eine Beschädigung einer Schmiedeform 9 (siehe 4) während eines Schmiedevorgangs eines Grundmaterials des Niets, verlängert die Lebensdauer der Schmiedeform 9, verbessert die Massenproduktion des Niets und verbessert die Fügefestigkeit von zu verbindenden Objekten.
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Im Folgenden wird der Stanzniet 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezug auf 1 und die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Stanzniets gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 und 2 weist der Stanzniet 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen einen Kopfteil 10, einen Schaftteil 30, Rippen 50 und einen geraden Teil 70 auf, und jede Komponente wird ausführlich beschrieben.
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Der Stanzniet 100 wird durch einen Schmiedevorgang durch Pressen eines Grundmaterials des Niets (‘Strang’ genannt) in der Schmiedeform 9 gebildet, und ein Formungsvorsprung, eine Formungsnut und ein Formungsloch sind entsprechend dem Kopfteil 10, dem Schaftteil 30, den Rippen 50 und dem geraden Teil 70 in der Schmiedeform 9 ausgebildet.
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Der Kopfteil 10 empfängt eine Belastung durch die Stempeleinheit 4 und weist eine Scheibenform mit einer vorbestimmten Dicke auf.
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Der Kopfteil 10 kann die Zielpartie für die Nietung des oberen Plattenelements 1 tragen, wenn der Niet 100 das obere und das untere Plattenelement 1 und 2, die einander überlappen, plastisch verformt.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verformt der Schaftteil 30 plastisch die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2, die einander überlappen, und ist einstückig mit einem unteren Teil des Kopfteils 10 verbunden.
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Der Schaftteil 30 kann ein fester Kreiszylinder sein, und somit kann während des Pressens durch die Stempeleinheit 4 kein Verbiegen auftreten.
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Im Folgenden wird ein mit dem Kopfteil 10 verbundener Teil des Schaftteils 30 als Verbindungsende 32 bezeichnet, und ein entgegengesetzter Teil des Schaftteils 30 wird als freies Ende 34 bezeichnet.
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Die Länge des Schaftteils 30 kann gemäß der Dicke des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 und so weiter variieren, und somit ist in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Länge des Schaftteils 30 nicht auf bestimmte Bereiche beschränkt.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Rippen 50 ausgebildet, die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 mit dem Schaftteil 30 durch Pressen durch die Stempeleinheit 4 plastisch zu verformen, in das obere Plattenelement 1 einzudringen, das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 zu durchstoßen und plastisch verformt zu werden.
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Weiterhin sind die Rippen 50 ausgebildet, den Niet 100 während der plastischen Verformung der Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 zu verdrehen, in das obere Plattenelement 1 einzudringen, und das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 durch Ändern des Drucks der Stempeleinheit 4 auf Drehmoment zu durchstoßen.
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Das heißt, die Rippen 50 bewirken, dass der Niet 100 während des Eindringens in das obere Plattenelement 1 und des Durchstoßens des unteren Plattenelements 2 verdreht wird, und sie werden plastisch verformt und innerhalb des unteren Plattenelements 2 eingekapselt, um so das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 zu verbinden. Das heißt, das obere Plattenelement und das untere Plattenelement 1 und 2 können durch eine Reibungskraft der Rippen 50 und eine plastische Verformung der Rippen 50 verbunden werden.
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Die Rippen 50 ragen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einstückig von einer äußeren Umfangsfläche des Schaftteils 30 ab und sind in einer Spiralform entlang der Längsrichtung des Schaftteils 30 angeordnet. Es sind mehrere Rippen 50 vorhanden, und sie sind auf der äußeren Umfangsfläche des Schaftteils 30 in konstanten Abständen angeordnet.
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Im Einzelnen sind die Rippen 50 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einstückig mit dem Kopfteil 10 verbunden, sind vom Verbindungsende 32 zum freien Ende 34 des Schaftteils 30 in einer Spiralform gebildet und sind entlang einem Kreisbogen des Schaftteils 30 in konstanten Abständen angeordnet.
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Die Rippen 50 sind vom Verbindungsende 32 zum freien Ende 34 des Schaftteils 30 ausgebildet, um eine Spirale 51 zu bilden (in der Zeichnung als strichpunktierte Linie gezeigt). Zum Beispiel verdrehen sich die Rippen 50 entlang der Längsrichtung des Schaftteils 30 im Uhrzeigersinn, um die Spirale 51 zu bilden.
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Die Rippen 50 können sich entlang der Längsrichtung des Schaftteils 30 auch gegen den Uhrzeigersinn verdrehen, um die Spirale 51 zu bilden.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Steigungswinkel α der Spirale 51 30 bis 60° sein. Das heißt, die Wendel der Rippen 50 und eine Axiallinie X des Schaftteils 30 bilden einen Winkel zwischen 10 und 45°. Der Steigungswinkel α der Rippen 50 kann gemäß der Festigkeit der zu verbindenden Objekte unterschiedlich sein.
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In diesem Fall bedeutet der Steigungswinkel α einen Winkel zwischen der Spirale 51 entlang dem Verbindungsende 32 und dem freien Ende 34 des Schaftteils 30 und der Axiallinie X des Schaftteils 30, und wird auch Wendelwinkel genannt.
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Zum Beispiel bilden in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Rippen 50 vier Spiralen 51 entlang dem Verbindungsende 32 und dem freien Ende 34 des Schaftteils 30.
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Der Steigungswinkel und die Anzahl der Spiralen der Rippen 50 werden in einem derartigen Bereich festgelegt, dass die Rippen 50 die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 plastisch verformen, in das obere Plattenelement 1 eindringen, das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 durchstoßen und plastisch verformt werden können. In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Steigungswinkel und die Anzahl der Spiralen der Rippen 50 auch durch diverse Simulationstests festgestellt werden.
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Falls der Steigungswinkel der Rippe 50 weniger als 30° ist, ist die Länge der Rippen 50 nicht ausreichend, so dass der relative Anteil der Rippen 50, der in das obere Plattenelement 1 eindringt und innerhalb des unteren Plattenelements 2 eingekapselt wird, nicht ausreichend ist. Daher ist die Fügekraft (Verbindungskraft) der Rippen 50 mit Bezug auf das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 möglicherweise nicht ausreichend.
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Falls weiterhin der Steigungswinkel der Rippe 50 weniger als 30° ist, kann die Anzahl der in der äußeren Umfangsrichtung des Schaftteils 30 gebildeten Rippen 50 erhöht werden, und somit kann der eingekapselte Teil des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2, welcher zwischen den Rippen 50 angeordnet ist, reduziert werden, so dass die Fügekraft (Verbindungskraft) der Rippen 50 mit Bezug auf das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 reduziert werden kann.
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Falls dagegen der Steigungswinkel der Rippen 50 über 60° ist, kann die Herstellung der Rippen 50 schwierig sein. Ebenso können zum Zeitpunkt, wenn die Rippen 50 mit dem Schaftteil 30 die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 plastisch verformen, die Enden der Rippen 50 plastisch verformt werden, ohne das obere Plattenelement 1 zu durchstoßen, und die zu verbindenden Objekte können nicht ausreichend verbunden werden.
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Somit wird in einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen der Steigungswinkel der Rippen 50 in einem derartigen Bereich festgelegt, dass die Rippen 50 die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 plastisch verformen, in das obere Plattenelement 1 eindringen, das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 durchstoßen und plastisch verformt werden können. In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Steigungswinkel auf 30°~60° festgelegt werden.
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Der Steigungswinkel und die Anzahl der Spiralen der Rippen 50 kann durch diverse Simulationstests festgestellt werden.
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Die Spirallänge der Rippen 50 kann gemäß der Länge des Schaftteils 30, der Dicke des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2, dem Steigungswinkel und so weiter variieren, und somit ist in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spirallänge der Rippen 50 nicht auf spezielle Bereiche beschränkt.
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Jede Rippe 50 hat eine Rippenfläche 53 mit einer Breite B und Rippenseitenflächen 55 mit einer Dicke T zwischen der äußeren Umfangsfläche des Schaftteils 30 und der Rippenfläche 53. Die Rippenseitenflächen 55 weisen eine innere Fläche 55a und eine äußere Fläche 55b auf Grundlage der Rippenfläche 53 entlang einer Bewegungsrichtung der Rippe 50 auf. In der Beschreibung ist die innere Fläche 55a als eine Fläche definiert, die einer unteren Fläche des Kopfteils 10 zugewandt ist, und die äußere Fläche ist als eine der inneren Fläche 55b entgegengesetzte Fläche definiert.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist die Dicke T der Rippe 50 größer als die Breite B der Rippe 50.
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Die Beziehung zwischen der Dicke T der Rippenseitenfläche 55 und der Breite B der Rippenfläche 53 kann bewirken, dass die Rippen 50 mit einem ausreichenden Einkapselbereich (Fläche) innerhalb des unteren Plattenelements 2 eingekapselt werden.
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Die gerade Teil 70 minimiert eine Beschädigung der Schmiedeform 9 und der auf die Schmiedeform 9 aufgebrachten Stoßkraft, wenn der Niet 100 nach Bildung des Niets 100 in der Schmiedeform 9 aus der Schmiedeform 9 ausgeworfen wird.
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Weiterhin führt der gerade Teil 70 den Niet 100, so dass er ohne Schwierigkeiten aus der Schmiedeform 9 entfernt werden kann, wenn der Niet 100 aus der Schmiedeform 9 ausgeworfen wird (in anderen Worten, wenn der Niet 100 durch einen Auswerferstift aus der Schmiedeform 9 entfernt wird).
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Da weiterhin der gerade Teil 70 den Freiraum zwischen den Rippen 50 und den zu verbindenden Objekten reduziert, wird die Verbindbarkeit der zu verbindenden Objekte verbessert.
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Die gerade Teil 70 kann einstückig an einem verbundenen Teil gebildet sein, wenn der Kopfteil 10 und die Rippe 50 verbunden sind.
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Im Einzelnen erstreckt sich ein in dem geraden Teil 70 gebildeter gerader Bereich 71 von der inneren Fläche 55a zur unteren Fläche des Kopfteils 10 entlang einer Axialrichtung des Schaftteils 30.
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In 2 kann der gerade Teil 70 einstückig an einem oberen Teil der Rippe 50 gebildet sein, eine gleiche Fläche wie die Rippenfläche 53 aufweisen und einstückig mit dem Verbindungsende 32 und der unteren Fläche des Kopfteils 10 verbunden sein.
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Das heißt, der gerade Teil 70 hat eine Umfangsfläche 71b entsprechend der äußeren Umfangsfläche des Schaftteils 30, und der gerade Bereich 71 erstreckt sich von der inneren Fläche 55a zur unteren Fläche des Kopfteils 10 im oberen Teil der Rippe 50.
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Im Folgenden wird eine Funktionsweise des Stanzniets 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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3 und 4 sind Zeichnungen zum Erläutern einer Funktionsweise eines Stanzniets gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Zunächst wird eine Funktionsweise eines in 3A gezeigten Vergleichsbeispiels beschrieben.
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Der Stanzniet 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist den geraden Teil 70 auf, aber ein Stanzniet 200 gemäß dem Vergleichsbeispiel weist keinen geraden Teil auf.
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Der Stanzniet 200 gemäß dem Vergleichsbeispiel kann durch Pressen eines Grundmaterials des Niets in einer Schmiedeform 109 mit einem Formungsvorsprung, einer Formungsnut und einem Formungsloch entsprechend einem Kopfteil 101, einem Schaftteil (nicht gezeigt) und einer Rippe 103 gebildet werden.
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Wenn der Stanzniet 200 gemäß dem Vergleichsbeispiel durch Pressen des Grundmaterials des Niets in der Schmiedeform 109 gebildet wird, kann der Rippenformungsteil brechen, da eine Zugbelastung auf einen scharf zu gestaltenden Rippenformungsteil (siehe ‘a’ in 3A) aufgebracht wird.
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Da allgemein die Schmiedeform 109 aus einem Material mit großer Härte und Sprödigkeit besteht, widersteht die Schmiedeform 109 einer Kompressionskraft, ist aber empfindlich auf Zugbelastung. Da eine Zugbelastung auf den Rippenformungsteil der Schmiedeform 109 aufgebracht wird, wenn das Grundmaterial des Niets geprägt wird, kann somit der Rippenformungsteil leicht brechen.
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Wenn inzwischen der Stanzniet 200 gemäß dem Vergleichsbeispiel nach Bilden des Stanzniets 200 aus der Schmiedeform 109 ausgeworfen wird, drückt die Rippe 103 mittels des Auswerfers auf den Rippenformungsteil.
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Daher wird eine Zugbelastung durch die Rippe 103 auf den Rippenformungsteil aufgebracht, somit kann der Rippenformungsteil leicht brechen.
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Entsprechend tritt eine Beschädigung in der Schmiedeform 109 während des Schmiedevorgangs des Stanzniets 200 auf, so dass die Lebensdauer der Schmiedeform 109 verkürzt wird und eine Massenproduktion des Niets beeinträchtigt wird.
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Jedoch weist in 3B der Stanzniet 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den an dem Verbindungsteil gebildeten geraden Teil 70 auf, wo der Kopfteil 10 und die Rippe 50 verbunden sind.
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Der Stanzniet 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch Prägen des Grundmaterials des Niets in der Schmiedeform 9 mit dem Formungsvorsprung, der Formungsnut und dem Formungsloch entsprechend dem Kopfteil 10, dem Schaftteil (nicht gezeigt), den Rippen 50 und dem geraden Teil 70 gebildet werden.
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Hier ist ein gerader Bereich entsprechend dem geraden Teil 70 des Niets 10 in einem Rippenformungsteil (siehe ‘b’ in 3B) der Schmiedeform 9 gebildet.
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Wenn das Grundmaterial des Niets in der Schmiedeform 9 während des Schmiedevorgangs geprägt wird, bricht der Rippenformungsteil nicht, da keine Zugbelastung auf den Rippenformungsteil der Schmiedeform 9 aufgebracht wird.
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Da weiterhin keine Zugbelastung auf den Rippenformungsteil aufgebracht wird, wenn der Niet 200 aus der Schmiedeform 9 ausgeworfen wird, bricht der Rippenformungsteil nicht.
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Daher ist es möglich, eine Beschädigung der Schmiedeform 9 während des Schmiedevorgangs des Niets 100 zu verhindern, die Lebensdauer der Schmiedeform 9 wird verlängert und eine Massenproduktion des Niets wird verbessert.
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Im Folgenden wird ein Verbindungsvorgang der zu verbindenden Objekte unter Verwendung des Stanzniets 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
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In 1, 2 und 4 sind das obere und das untere Plattenelement 1 und 2, die einander überlappen, auf die plattenartige Matrize 6 gesetzt.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann die Matrize 6 kein an einem konventionellen C-Rahmen vorgesehener Amboss sein. Die Matrize 6 kann eine getrennte plattenartige Struktur zum Halten der überlappenden oberen und unteren Plattenelemente 1 und 2 sein.
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Die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 kann keine Löcher aufweisen und kann auf dem Aufnahmeteil 8 der Matrize 6 angeordnet sein.
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In diesem Zustand wird die Stempeleinheit 4 des Stanznietsystems zur Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 bewegt, und der Niet 100 wird der Stempeleinheit 4 zugeführt.
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Dann wird der durch Hydraulikdruck oder Pneumatikdruck angetriebene Zylinder der Stempeleinheit 4 betätigt, so dass der Stempel auf den Kopfteil 10 des Niets 100 drückt.
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Dann verformen die Rippen 50 zusammen mit dem Schaftteil 30 die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 plastisch.
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Wenn die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 plastisch verformt ist, kann der verformte Teil der Zielpartie für die Nietung von der unteren Fläche des unteren Plattenelements 2 abragen und wird im Aufnahmeteil 8 der Matrize 6 aufgenommen.
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Zu diesem Zeitpunkt durchstoßen die Enden der Rippen 50 das obere Plattenelement 1 durch Pressen der Stempeleinheit 4, und es wird innerhalb des unteren Plattenelements 2 plastisch verformt.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen bewirken die die Spiralen 51 vom Verbindungsende 32 zum freien Ende 34 bildenden Rippen 50, dass der Niet 100 beim Eindringen in das obere Plattenelement 1 verdreht wird, das untere Plattenelement 2 durchstößt und innerhalb des unteren Plattenelements 2 plastisch verformt und eingekapselt wird, um so das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 auf Grund des Drehmoments zu verbinden.
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Das heißt, die Rippen 50 können die von der Stempeleinheit 4 empfangene Druckkraft in ein Drehmoment ändern.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen verformen die Rippen 50 die Zielpartie für die Nietung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 mit dem Schaftteil 30 plastisch, deren Enden sich verdrehen und in das obere Plattenelement 1 eindringen, das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 durchstoßen und plastisch verformt werden, um so das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 einstückig zu verbinden.
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Die plastisch verformten Enden der Rippen 50 werden innerhalb des unteren Plattenelements 2 eingekapselt, um so eine mechanische Verriegelung des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 zu bilden.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann der verformte Teil des oberen Plattenelements 1 entsprechend einem Raum zwischen den Rippen 50 miteinander verbunden werden, da der sich verdrehende Niet 100 das obere Plattenelement 1 durchdringt und das untere Plattenelement 2 durchstößt.
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Das heißt, obwohl die Enden der Rippen 50 in das obere Plattenelement 1 eindringen, wird die Zielpartie für die Nietung des oberen Plattenelements 1 nicht vollständig getrennt, so dass die Zielpartien der Nietung des oberen Plattenelements 1 außer dem durchdrungenen Teil miteinander verbunden werden können.
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Da das tote Metall, das vollständig ausgestanzt wird, nicht verbleiben kann, wird der verformte Teil der Zielpartie für die Nietung des oberen Plattenelements 1 zum Verstärken der Fügefestigkeit des oberen Plattenelements 1 und des unteren Plattenelements 2 verwendet.
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Der verformte Teil des oberen Plattenelements 1 wird zum Erzeugen einer mechanischen Verriegelung des oberen Plattenelements 1 und des unteren Plattenelements 1 und 2 und zum Befestigen des oberen Plattenelements 1 und des unteren Plattenelements 2 mit einer vorbestimmten Festigkeit verwendet.
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Entsprechend wird, obwohl nur ein Niet verwendet wird, die Verdrehung des oberen Plattenelements 1 und des unteren Plattenelements 2 verhindert, und die Fügefestigkeit des oberen Plattenelements 1 und des unteren Plattenelements 2 wird weiter verbessert.
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Weiterhin kann, da die zu verbindenden Objekte unter Verwendung eines Niets verbunden werden, die Produktivität verbessert werden, und die Herstellkosten können gesenkt werden, indem die Anzahl der Verbindungsvorgänge und Komponenten reduziert wird.
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Da die Rippen 50 am Schaftteil 30 gebildet sind, kann der Kontaktbereich des gesamten Niets 100 erhöht werden, so dass die Scherfestigkeit des Niets 100 mit Bezug auf das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 verbessert wird, die Fügebelastung und die Einpressleistung reduziert und entsprechend die Betriebsstabilität des Stanznietsystems verbessert werden kann.
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In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann es sein, dass ein Amboss in einer konventionellen Technik für das Verformen des Niets nach außen nicht benötigt wird, da die mit dem Aufnahmeteil 8 versehene plattenartige Matrize 6 nur zum Halten des oberen und des unteren Plattenelements 1 und 2 verwendet werden kann. Entsprechend können Wechselwirkungen mit anderen Geräten minimiert werden, und die Gestaltungsfreiheit des Nietvorgangs kann verbessert werden.
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Weiterhin ist der gerade Teil 70 einstückig an einem Verbindungsteil der Rippe 50 und des Kopfteils 10 gebildet, ein zwischen dem oberen Plattenelement 1 und den Rippen 50 gebildeter Freiraum wird durch den geraden Teil 70 reduziert, und die Fügefestigkeit des oberen Plattenelements 1 und des unteren Plattenelements 2 wird verbessert, wenn ein oberes Plattenelement 1 und ein unteres Plattenelement 2 verbunden werden.
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Das heißt, da der zwischen dem oberen Plattenelement 1 und den Rippen 50 gebildete Freiraum durch den geraden Teil 70 aufgefüllt wird, wird die Verbindungskraft durch die Reibungskraft des geraden Teils 70 und des oberen Plattenelements 1 verbessert.
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Da inzwischen der Niet 100 entlang der Spiralrichtung wegen der Rippen 50 verdreht wird, um so das obere und das untere Plattenelement 1 und 2 einstückig zu verbinden, kann der Niet 100 leicht aus den zu verbindenden Objekten entfernt werden, falls ein Drehmoment in entgegengesetzter Richtung zur Verbindungskraft der Rippen 50 mit Bezug auf die zu verbindenden Objekte aufgebracht wird.
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Somit kann in einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen, falls es notwendig ist, die zu verbindenden Objekte wieder voneinander zu trennen, der Niet leicht entfernt werden, ohne zerlegt zu werden oder den Nietteil herauszuziehen, somit können die zu verbindenden Objekte wiederverwendet werden.
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Während diese Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was derzeit als praktische beispielhafte Ausführungsform angesehen wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern es ist im Gegenteil beabsichtigt, dass diverse Modifikationen und äquivalente Anordnungen im Geist und Schutzbereich der angehängten Ansprüche eingeschlossen sind.