DE1910377B2 - Platten-Nietverbindung - Google Patents

Description

Hohlräumen,

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt

F i g. I einen Niet und eine Hülse in perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in F i g. 1 und

F i g. 4a, 4b, 4c und 4d aufeinanderfolgende Schritte beim Verbinden zweier Platten mit dem Niet und der Hülse gemäßIF ig. 1.

Ein Befestigungselement besteht gemäß F i g. 1,2 und 3 aus einem Niet 10 und einer Hülse 20. Der Niet 10 hat einen Kopf 12 und einen Schaft 14. Auf der Unterseite des Nietkopfes 12 ist ein ringförmiger Wulst 16 vorgesehen, der im Querschnitt halbkreisförmig ist Nahe dem Nietkopf besitzt der Schaft 14 einen ringförmigen vertieften Bereich 18.

Von einer Fläche 24 der Hülse 20 erstreckt sich zur entgegengesetzten Fläche 26 eine zylindrische Bohrung 22. Die Flächen 24 und 26 sind von je einem Umfangswulst 28 bzw. 30 umgeben. Die Hüi>e 20 ist mit ihrer Bohrung 22 vom freien Ende 19 auf den Nietschaft 14 von Hand aufschiebbar.

Fig.4a, 4b, 4c und 4d zeigen, wie mit dem Befestigungselement zwei Platten 40 und 42 miteinander verbunden werden können. Die Platten 40 und 42 sind mit fluchtenden Bohrungen 44 bzw. 46 für den Schaft 14 versehen. Die Platte 40 kann beispielsweise ein Teil der Haut eines Flugzeuges bilden. Die Platte 42 kann ein anderer Bestandteil einer Flugzeugkonstruktion sein.

Zunächst wird der Schaft 14 des Niets 10 durch die Bohrungen 44 und 46 gestreckt, bis die Unterseite des Niet :opfes 12 an einer Außenfläche 48 der Platte 40 anlieft und der freie Endteil 19 des Niets über die Außi nfläche 50 der Platte 42 vorsteht (Fig. 4b).

Danach wird der Nietkopf 12 in die Außenfläche 48 der Platte 40 hineingetrieben. Zum Eintreiben des Nietkopfes 12 wird ein strichliert angedeuteter Stempel 60 verwendet. Eine strichliert angedeutete Matrize 62 ist unter der Platte 42 angeordnet ur-.d dient als Gegenhalter.

Wenn der Nietkopf 12 in die Platte 40 hineingetrieben wird, erfolgt eine Verdrängung von unterhalb des Nietkopfes befindlichem Plattenmaterial durch Kaltfließen. Ein Teil des verdrängten Materials der Platte 40 fließt in den vertieften Bereich 18. Der andere Teil des verdrängten Materials schließt den Spalt zwischen der Wandung der Bohrung 44 und dem Nietschaft 14. Das in die Platte 40 eingetriebene Volumen des Kopfes ist größer als die Summe des Volumens des vertieften Bereichs 18 und des Spaltes zwischen dem Schaft 14 und der Bohrung. Dies bewirkt, daß die Platte 40 im Bereich der Bohrung 44 gestaucht und um die Bohrung herum eine Druckspannung erzeugt wird. Der Wulst 16 ist so geformt und bemessen, daß er das Kaltfließen des Plattenmaterials steuert und dadurch zur Erzeugung der Druckspannung führt Außerdem wird bei in der Platte 40 eingebettetem Wulst 16 die Bohrung 44 in der Platte vom Nietkopf 12 überbrückt, so daß Zugbelastungen in der Platte 40 im Bereich der Bohrung 44 vom Nietkopf aufgenommen werden.

Nach dem Eintreiben des Nietkopfes 12 wird die

Hülse 20 so aufgeschoben, daß der Wulst 28 an der Außenfläche 50 der anderen Platte 42 angreift (F i g. 4c).

Danach wird die Hülse 20 in die Außenfläche 50 der Platte 42 hineingetrieben und der Wulst 28 eingebettet Zum Eintreiben wird ein strichliert angedeuteter Stempel 64 verwendet Der Stempel 60 wird oberhalb der Platte 40 festgehalten und stützt beide Platten ab.

Beim Eintreiben des Wulstes 28 der Hülse 20 verdrängt er Plattenmaterial durch Kaltfließen. Ein Teil dieses verdrängten Materials füiü den Spalt aus, der zwischen der Bohrung 46 und dem Nietschaft 14 vorhanden ist Das eingebettete Volumen des Wulstes 28 ist so groß, daß die Platte 42 im Bereich der Bohrung 46 gestaucht und dadurch um die Bohrung 46 herum eine Druckspannung erzeugt wird. Der Wulst 28 ist so ausgebildet und bemessen, daß er das Kaltfließen steuert Auf der anderen Hülsenfläche 26 ist der Wulst 30 spiegelbildlich zum Wulst 2S so ausgebildet und angeordnet, daß die Hülse symmetrisch ist und in einer Montagemaschine oder dergleichen in beliebiger Lage verwendet werden kann.

Nach dem Eintreiben der Hülse 20 wird der freie Endteil 19 des Nietschaftes 14 mit einem Stempel 66

3) gestaucht (Fig.4d). Beim Stauchen verdickt sich der Schaft radial auswärts bis gegen die Wandungen der Bohrungen 44 und 46. Sein freier Endteil 19 erweitert sich ebenfalls pilzförmig. Durch das Stauchen des Nietschaftes wird zwischen ihm und den Platten 40 und 42 ein Preßsitz erzeugt und im Bereich der Bohrungen befindliches Material der Platten 40 und 42 auswärtsbewegt, bis die vorher in den Platten 40 und 42 erzeugten Druckspannungen von Zugspannungen überlagert werden. Von dem Ausmaß der radialen Verdickung des

r> Schaftes 14 ist es abhängig, ob die Verformung der Platten 40 und 42 elastisch oder plastisch ist. Welche Art der Verformung gewünscht wird, ist von der Art des Plattenmaterials und seiner Spannungskorrosionsfestigkeit abhängig.

Ί» Vom pilzförmig verdickten Endteil 19 des Niets wird Nietmaterial auf die Hülsenfläche 26 gedruckt, so daß die Platten 40 und 42 zusammengeklemmt werden. Die Verbindung ist danach fest und dauerhaft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Platten-Nietverbindung mittels eines Nietes mit Nietkopf und Schaft und einer auf das Schaftende aufgeschobenen Hülse, wobei der Nietkopf und die Hülse zumindest an der der Plattenoberfläche zugewandten Unterseite einen den Schaft mit Abstand umgebenden ringförmigen Wulst besitzen und der Nietkopf und die Hülse vor dem Vernieten des Schaftendes in die jeweilige Plattenoberfläche eingetrieben wird, wobei ferner der Wulst am Nietkopf und an der Hülse im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist und der Nietkopf bis zum bündigen Abschluß in die Oberfläche eingetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst (16,28) jeweils am Außenrand des Nietkopfes (12) und der Hülse (20) angeordnet und in Bolzenlängsrichtung vorstehend ausgebildet ist, wobei im Schaft (14) nahe dem Nietkopf (12) ein vertiefter Bereich (18) in Form einer Ringnut mit einem halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet ist, wobei ferner die Hülse (20) als im Querschnitt spiegelbildlich symmetrische Scheibe mit jeweils einem am Außenrand angeordneten längsgerichteten Wulst (28, 30) ausgebildet ist, wobei außerdem das vom Nietkopf (12) unrl der Hülse (20) beim Eintreiben verdrängte Volumen größer ist als das durch die Ringnut (18) und den Spalt zwischen Schaft (14) und Bohrungswand vor dem Eintreiben definierte Volumen, so daß bleibende Druckspannungen im Verkstoff der Platten erzeugt sind und wobei schließlich das Schaffende (19) so ausgebildet und dimensioniert ist, daß durch sein Vernieten in der Hülse der Schaft (14) »"staucht und in der Bohrungserstreckung im Durcnmesser derart verdickt wird, daß bleibende Zugspannungen im Werkstoff der Platten erzeugt sind, die die Druckspannungen überlagern.

   40

   Die Erfindung geht aus von einer Platten-Nietverbindung der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen und durch die US-PS 2 51 788 bekanntgewordenen Art. «

   Das zur Herstellung der bekannten Verbindung vorgeschlagene Befestigungselement weist eine kegelförmige Unterseite am Nietkopf und eine entsprechende, kegelförmige Unterseite an der Hülse auf, wobei an den beiden Unterseiten ringförmige Wulste vorgesehen sind, um den zum Tragen herangezogenen Flächenbereich der Platten zu vergrößern und damit den Sitz des Befestigungselementes zu verbessern. Die kegeligen Unterseiten erzeugen beim Eintreiben des Nietkopfes und der Hülse Kraftkomponenten, die in etwa senkrecht « von den Kegelflächen weggerichtet sind und eine Verdichtung des Werkstoffes in diesen Richtungen bewirken. Zur Verbesserung der Verbindung im Hinblick auf die Ermüdungsfestigkeit bzw. die Zugfestigkeit bei Belastungen parallel zu den Oberflächen der ^W1 Platten ist jedoch eine Gefügeverdichtung in Richtung auf den Schaft zu wünschenswert. Diese Gefügeverdichtung könnte auch den Sitz des Schaftes in den Platten durch eine erhöhte Schaftpressung verbessern. Bei der bekannten Verbindung können die Wulste unter den vorgenannten Belastungen nur geringe Belastungsanteile aufnehmen und in die Hülse bzw. den Nietkopf überleiten, da sie infolge der kegeligen Unterseiten — in einer Seitenansicht des Befestigungselementes gesehen — oberhalb des Oberganges vom Nietkopf zum Schaft bzw. des im Werkstoff befindenden Bohrungsrandes der Hülse enden. Zugkräfte, die senkrecht zur Schaftlängsrichtung angreifen, heben den den Schaft umgebenden Werkstoff vom Schaft ab und lockern den Sitz des Befestigungselementes in unerwünschter Weise.

   Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Platten-Nietverbindungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß die Verbindung unter Last wesentlich kleineren Spannungen ausgesetzt ist und damit besonders für die Befestigung von Platten an Zellengerüsten von Flugzeugen geeignet ist

   Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnen -den Teil des Patentanspruchs angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen.

   Es ist zwar durch die AU-PS 1 67 888 ein Schießbolzen bekanntgeworden, bei dem im Schaft nahe dem Nietkopf ein vertiefter Bereich ausgebildet ist Es ist ferner durch die US-PS 19 66 401 eine Platten-Nietverbindung bekanntgeworden, bei der das Nietschaftende so ausgebildet und dimensioniert ist, daß durch sein Vernieten der Schaft gestaucht und in der Bohrungserstreckung im Durchmesser derart verdickt wird, daß bleibende Zugspannungen im Material der Platten erzeugt werden, uie Druckspannungen überlagern. Es ist ferner durch die US-PS 30 02 544 eine Schraubenbeilagescheibe bekanntgeworden, die ähnlich wie bei der Erfindung die Hülse als im Querschnitt spiegelbildlich symmetrische Scheibe mit jeweils einem am Außenrand angeordneten längsgerichteten Wulst ausgebildet ist. Jedoch sind die sonstigen technischen Verhältnisse bei dem jeweiligen Stand der Technik ganz anders gelagert als bei der Erfindung.

   Der Anmeldungsgegenstand führt zu einer technisch fortschrittlichen Lösung, da er die Erzeugung von sicheren, festen und aerodynamisch einwandfreien Flugzeugzellen bei rationellen Hirs'.ellungs- und Fertigungskosten bietet.

   Erfindungsgemäß hergestellie Prüfverbindungen wurden zur Bestimmung der Dauerfestigkeit zyklisch mit Spannungsschwankungen von 2530 kp/cm² belastet. Erst nach durchschnittlich 200 000 Lastwechseln trat ein Bruch auf. Eine derartig hohe Dauerfestigkeit ist auf die Herabsetzung der Spannungsamplitude und der Höchstspannung zurückzuführen, die sich infolge der Überlagerung der Druckspannungen mit Zugspannungen im Verbindungsbereich ergibt. Unterstützend wirkte sich dabei auch aus, daß die Bohrung in den Platten vom Nietkopf bzw. der Hülse kraftübertragend überbrückt wird. Die erzeugten Druckspannungen erhöhen nicht nur die Dauerfestigkeit, sondern auch die Spannungskorrosionsbeständigkeit der Verbindung, da das Plattenmaterial im Bereich der Bohrungen so verdichtet ist, daß die Größe der Materialporcn verringert wird. Da kein Ansenken der Bohrungen erforderlich ist und der Nietkopf und die Hülse in die Platten eingebettet sind, wird die Spannungskorrosionsbeständigkeit gegenüber bekannten Verbindungen mit angesenkten Bohrungen verbessert, weil sich beim Eintreiben des Nietkopfes und der Hülse die Platte das Plattenmaterial dem Kopf und der Hülse satt anpaßt. Der Wegfall des Ansenkens bedeutet einen kostsnsparenden Vorteil und garantiert die Vermeidung von Passungsfehlern zwischen dem Befestigungselement und den Platten sowie die Ausbildung von die Steifigkeit und Festigkeit der Verbindung beeinträchtigenden