DE1943811B2 - Verfahren zur Herstellung einer Nietanordnung zur Verbindung von mindestens zwei mit einem durchgehenden Loch versehenen, hochbelasteten Blechen mit Titan-Nieten - Google Patents

Description

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^n:e Erfindung geht aus von einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, wie es durch die FR-PS 15 40 357 bekanntgeworden ist.

Bei dem bekannten, von der Anmelderin vorgeschlagenen Verfahren wird, wie beim erfindungsjjemäßen Verfahren, ein Einsatz zwischen der Bauteilanordnung und dem Schließkopf verwendet, durch den auf die Bauieilanordnung an der Schließkopfseite ein gleichmäßiger Druck übertragen wird, auch wenn ein Nietwerkzeug nicht genau senkrecht zur Oberfläche der Bauteilanordnung eingesetzt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 und durch die FR-PS 1540 357 bekanntgewordenen Art insoweit zu verbessern, daß die Verbreiterung des Niets auf den Spannungsverlauf in den beiden Bauteilen abgestellt werden kann, wobei in den äußeren Bereichen des Nietlochs durch eine konzentrierte Verbreiterung die »usammengenieteten Bleche an der Nietstelle fest gegeneinander gedruckt werden, so daß ein höchst erwünschtes begrenztes Ausmaß des Zusammendrükkens der Bleche in diesem Bereich erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensmerkmale vorgesehen.

Als für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen sind die in den Unteransprüchen 2 und 3 angegebenen Vorrichtungsmerkmale vorgesehen.

Eine Blechweitung beim Einlegen des Nietschaftes ist zwar aus der DT-PS 6 79 962 an sich bekannt, aber diese Ausweitung erfolgt lediglich deshalb, weil der Durchmesser des erwärmten Niets etwas größer als der Lochdurchmesser ist und nicht, weil beim Schließvorgang Material aus einem kronenförmigen Abschnitt an einer Seite des Blechaufbaues in den Nietschatt verdrängt wird, um an der einen Seite des Nietschaftes eine ebenso große Verdickung des Nietschaftes zu erzielen, wie sie an der anderen Seite des Blechaufbaues mit Hilfe eines Einsatzes erzielt wird.

Es ist ferner zwar durch die OE-PS 1 92 194 ein Leichtmetallniet bekanntgeworden, der aus einem Hohlniet mit einem eine Versenkung aufweisenden Kopf und einem durch den Hohlniet hindurchgesteckten Nietkern besteht dessen Schaft einen in die Versenkung eingreifenden Senkkopf bildet, wobei der durch den Hohlniet gesteckte Nietkern an dem seinem Senkkopf gegenüberliegenden Ende einen ringförmigen, mit einer Versenkung versehenen Kopf durchsetzt, mit dem er durch Stauchung verbunden ist, wobei der Hohlniet aus einem Rohrstück und einem von diesem getrennt hergestellten Nietkopf gebildet ist welcher Nietkopf wie der Einsatz bei der Erfindung während des Nietvorganges an einer seitlichen Auswärtsbewegung verhindert, wird. Jedoch ist durch diesen technischen Vorgang bei dem genannten Stand der Technik keine Beeinflussung auf den Nietschaft vorgesehen.

Somit sind bei dem jeweiligen Stand der Technik ganz andere Verhältnisse wie bei der Erfindung.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Vorteile werden beim bekannten Verfahren ungeachtet der Verwendung eines zwischen der Eiauteilanordnung und beim Schließkopf liegenden Einsatzes nicht erzielt, weil beim bekannten Verfahren der Nietschaft am schließkopfseitigen Ende innerhalb der Bauteilanordnung im wesentlichen einen gleichbleibenden Schaftdurchmesser aufweist.

Durch die erftndungsgemäß erzielbare Einstellung der Verbreiterung des Nietschaftes in solcher Weise, daß die maximale Verbreiterung an jedem Ende des Nietlochs im wesentlichen gleich groß ist. wird eine Verbiegung der Bauteilanordnung als Folge einer größeren Materialverdrlngung an einer Seite der Nietanordnung, wie sie bei bekannten Nietverfahren bei Verwendung einer Mehrzahl nebeneinanderliegender Niete auftreten kann, vermieden.

Die Erfindung wird ar· Hand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I einen Schnitt durch eine Nietanordnung bekannter Ausbildung,

Fig. Ib eine perspektivische Ansicht einer Verfor-

mung einer Bauteilanordnung, wie sie bei der Verwendung bekannter Niete auftreten kann.

pig."2 einen Schnitt durch eine Nietanordnung bekannter Art, die einen Einsatz aufweist.

Fig.3a einen Schnitt einer Nietanordnung, aus 5 welcher die abwechselnd induzierten '.astpaare Sund T ersichtlich sind, sowie die Drehung der Nietachse, S> bzw. 7° als Folge der versetzt angeordneten Belastungen.

Fig.3b eine Darstellung der in den Blechen als io Folge der ScÄerbeanspruchungen und der Nietachsdrehung induzierten Spannungsverläufe.

F i g. 4 einen Schnitt durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Nietanordnung,

Fig.5b eine Seitenansicht eines Niets, aus welcher 15 die verschiedenen Formen des vorgefertigten Nietkopfes ersichtlich sind,

Γ ig. 6 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der vorgefertigten Nietkopfform und der Nietfänge angibt. 20

F i g. 7 eine Darstellung, welche die Verdickung längs der axialen Länge eines Niets angibt, welche eine Rohnietlänge aufweist, die das 3.5fache des Durchmessers beträgt

Fig.8 eine Darstellung der Verdickung längs der Achse eines Niets, welche eine Rohnietlänge aufweist, die das zweifache des Durchmessers beträgt und

Fig.9 einen Schnitt durch eine Nietanordnung, welche einen Einsatz mit verkleinertem Innendurchmesser sowie mit sich verjüngendem SchaftdurcLmesser aufweist.

Gemäß F i g. la werden zwei Bleche 10 und 11 durch einen üblichen Niet 12 verbunden, der vor dem Nietvorgang die gestrichelt dargestellte Form aufweist. wobei der vorgeformte Nietkopf 13 bündig mit der Oberfläche des Blechs 10 liegt. Während des Nietvorgangs wird der Schließkopf 14 gebildet, wobei der Niet in die vollen Linien eingetragene Form annimmt. Die Ebene A befindet sich am Nietschaft, wo der vorgeformte Nietkopf in den Schaft übergeht. Die Ebenen B und C Hegen so dicht an der Grenzschicht zwischen den Blechen, als dies meßbar ist. Die Ebene D st die hinterste meßbare Oberfläche am Nietschaft im bereich des Schließkopfes. Es ist offensichtlich, daß die Nietschaftverdickung vom Bereich A /um Bereich D hauptsächlich deshalb zunimmt, weil der Schließkopf das Blechmaterial im Bereich D verdrängt. Dies ist unerwünscht, da das Nietloch im Bereich D zu hohen Beanspruchungen ausgesetzt ist und der Vorspannungsverlauf in den Bereichen A und B nicht mit den in den Blechen auftretenden Spannungen zusammenfällt. Ferner besteht die Gefahr, daß durch eine größere Verdickung im Blech 11. welche durch eine Anzahl von Nieten erzeugt wird, die Bleche gemäß Fig. Ib gewölbt werden und außergewöhnlich hohe Spannungen entstehen, wobei das Ausmaß der Wölbung durch die Abmessung ζ angegeben ist.

Fig 2 zeigt eine bekannte Mietanordnung, in welcher der Niet 15 einen vorgeformten, bündig liegenden Kopf 16 besitzt und der Schließkopf 17 durch einen Einsatz 1» geformt wird, welcher an seiner Außenfläche während des Nietvorgangs von einer Hülse umfaßt wird. Durch den Einsatz wird die Erweiterung des Nietlochs im Bereich D gesteuert und beschränkt. Die gestrichelten Linien geben die Form des &5 Niets 15 und des Nietlochs vor dem Nietvorgang an.

Gemäß Fig.3 greifen versetzt angeordnete Lastpaare 5 und Γ abwechselnd an den Blechen an, wobei eine Scherwirkung zwischen den Blechen übertragen wird, sowie eine geringe Drehung der Nietachse 20 um den Betrag SP bzw. 7° erfolgt

Gemäß Fig.3b ist die Achse des Niets bzw. Nietlochs nach dem Nietvorgang, aber ohne Vorliegen äußerer Scherbeanspruchungen mit X-X bezeichnet Treten an den Blechen 10 und 11 entgegengesetzt gerichtete Scherkräfte auf, so erfolgt in jedem Blech eine Verformung um den Betrag Ao, der jeweils entgegengesetzt gerichtet ist Unter dem Einfluß der versetzt angeordneten Lasten T dreht sich die Nietachse innerhalb des elastischen Widerstands des das Nietloch umgebenden Blechmaterials, so daß die Größe Ao an den Grenzschichten B und C auf den Betrag Ai verringert wird, während sie in den Blechebenen A und D auf Ai erhöht wird. Werden unter wechselnden Lastbedingungen die Richtungen der Kräfte T umgekehrt so entstehen Spiegelbilder des Spannungsverlaufs, so daß die optimale Verbreiterungsverlauf längs der Achse des Nietlochs eine Stundenglasform annehmen würde, die sich der Umhüllungskurve des Spannungsverlaufs bei den beiden Kräftepaaren S und Tannähert

Durch Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Nietverbreiterung dieser Art erreicht, da sowohl am Schließkopfende wie auch am vorgefertigten Nietkopfende eine Nietverbreiterung eintritt. Unterschiede in der Blechstärke und im Blechmaterial erfordern einen abgeänderten Verbreiterungsverlauf, um eine Anpassung an eine unterschiedliche Span nungsverteilung zu ermöglichen.

F i g. 4 zeigt mit voll ausgezogenen Linien die Form des Niets und des Nietlochs nach dem Nietvorgang, während die gestrichelten Linien die Form des Nietschafts und des Nietlochs vor dem Nietvorgang andeuten. Der Niet 25 weist einen Schaft 16 und eine kronenförmige Kopfanordnung 27 auf, die durch eine Seitenwandung 29 begrenzt wird, welche an einer Gegenfläche 28 im Nietloch anliegt. Ein Einsatz 34 umgibt das Schaftende 30 an der Oberfläche des Blechs. Der Einsatz weist eine öffnung 35 auf, die im wesentlichen die gleiche Größe wie das Nietloch im Blech 1! besitzt. Die Innenfläche 36 des Einsatzes wird vom Schaft während des Nietvorgangs erfaßt und verformt den Nietschaft unter Ausbildung des Schließ kopfes 37. Während des Nietvorgangs wird die Außenfläche 38 des Einsatzes durch eine Fläche 39 einer Hülse 40 umschlossen, deren eines Ende 41 an der Außenfläche des Blechs 11 anliegt Die Hülse weist eine Schulter 42 auf, welche den Einsatz im Bereich der Oberfläche des Blechs 11 hält und ferner eine zylindrische Innenfläche 43, die zur Führung eines Kolbens 44 dient und den Schließkopf 37 beim Schließvorgang seitlich begrenzt.

Die Verbreiterung des Niets verringert sich allmählich zwischen den Bereichen C und D, da zunehmend weniger Nietrnaierial in diesem Bereich in das Nietloch gedrückt wird. Beim Nietvorgang werden die Kräfte Fi und Fi zwischen dem Kolben 44 und der Basis 45 durch die Nietvorrichtung ausgeübt. Durch eine Änderung der Abmessungen und des Materials des Einsatzes und des vorgeformten Nietkopfes kann der Verlauf der Verbreiterung des Nietschaftes längs des Nietlochs auf unterschiedliche gewünschte Beträge eingestellt werden, was bei der Anordnung nach Fig.. la nicht der Fall ist.

Nach dem Nietvorgang wird statt der Oberfläche die im wesentlichen flache Oberfläche 49' erhalten, die.

falls erforderlich, geringfügig bearbeitet werden kann, um eine mit der Blechoberfläche bündige Oberfläche zu ergeben. Die kronenförmige Kopfanordnung 49 ist vorteilhaft kugelförmig ausgebildet. Gemäß Fig.4 wird eine maximale Verbreiterung des Nietschafts im Blech 10 in jedem Bereich erhalten, wo die versenkte Oberfläche 29 des Nietkopfs in die Fläche 31 des Nietschafts übergeht. Die Verbreiterung des Nietschafts nimmt zwischen den Bereichen A und B allmählich ab, da zunehmend weniger Nietkopfmaterial in diesen Abschnitten des Niets in das Nietloch gedruckt wird. Durch die Wahl des Volumens des vorgeformten Nietkopfes kann die Menge des Nietkopfmatenals. die in das Nietloch gedrückt wird, verändert werden, so daß sich das Ausmaß der Verbreiterung des Niets zwischen den Bereichen A und B ändert. Da die Verbreiterung des Niets im Bereich D im Blech 11 durch den Einsatz kontrolliert wird, kann die Verbreiterung im Bereich A gleich oder größer als im Bereich D gemacht werden, falls falls dies verlangt wird.

F i g. 5a zeigt ein Niet 50 mit verschieden vorgeformten Nietkopfformen. Die Nietkopfoberfläche 51 ist kugelförmig und besitzt einen Radius R, wobei B den Kugelmittelpunkt auf der Nietachse Q darstellt. Der Durchmesser des Niets ist mit »D« bezeichnet, der maximale Durchmesser der Nietkopfanordnung mit »a« und die maximale Höhe der kronenförmigen Kopfanordnung mit »H«. Die kegelstumpfförmige Fläche E . kann jeden der üblichen Kegelwinkel aufweisen. Damit kann für ein gegebenes Verhältnis von H/a ein einziger Radius R bestimmt werden, bei dem eine kugelförmige Nietkopffläche durch die Punkte H" und a' geht. Die Oberfläche 51 besitzt für das Verhältnis H/a einen Wert von 3%, während der entsprechende Wert für die gestrichelt eingetragene Kugelfläche 52 11% beträgt. Eine kegelstumpfförmige Nietkopfausbildung ist durch die gestrichelte Kurve 53 angedeutet; es könnte auch eine konische oder eine gewünschte andere Kopfanordnung verwendet werden, wobei in jedem Falle ein vorgegebenes Materialvolumen in das Nietloch gedrückt wird, wenn die Kopfanordnung während des Nietvorgangs flach gedrückt wird.

Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden zwei Aluminiumbleche gleicher Dicke mittels Titan-Nieten mit einem Durchmesser von 7,94 mm unter Verwendung von Titan-Einsätzen hergestellt. Dabei betrug in einer ersten Versuchsreihe die Dicke eines jeden Blechs näherungsweise 10.5 mm, wobei eine Nietlänge verwendet wurde, die 3,5mal größer als der Nietdurchmesser war, während die verwendete Angriffslänge, & h. die gesamte Blechdicke, 2,5mal größer als der Nietdurchmesser war. In einer zweiten Versuchsreihe betrug die Dicke eines jeden Blechs etwa 356 mm, und die Nietlänge betrug 2D für eine Angriffslänge von 1D. Bei dieser Versuchsreihe ergab sich, daß die in F i g. 6 dargestellte Beziehung zwischen H/a uir Nietlänge in wesentlichen an den Bereichen A und D in den Blechen die gleiche Verbreiterung ergab, sowie im wesentlichen den gleichen stundenglasartigen Verbreitenmgsverlauf lings des Niets. Beispielsweise erzeugte in der vorausgehend genannten ersten Versuchsreihe ein H/a-Verhältnis diesen Verlauf der Verbreiterung, während in der zweiten Versuchsreihe ein W/a-Verhältnis von 3% einen ähnlichen, in F i g. 8 dargestellten Verlauf der Verbreiterung ergab.

Bei der ersten Versuchsreihe wurde bei einer bündig

liegenden Nietkopfanordnung eine Nietschaftverbreiterung gemäß der voll ausgezogenen Kurve /in Fig.7 erhalten, während die gestrichelt eingetragene Kurve /' für einen vorstehenden Nietkopf gilt, wobei beide Nietköpfe ein Verhältnis H/a von 11% aufweisen. Der mit einem flachen vorgeformten, bündig liegenden Nietkopf (0% H/a) erhaltene Verlauf der Schaftverbreiterung wird durch die gestrichelte Kurve K dargesteiii. Die Schaftverbreiterung in den Bereichen A

ίο und D beträgt etwa 0.203 mm und in den Bereichen B und Γ etwa 0,14 mm, so das eine stundenglasförmig verlaufende Schaftverbreiterung erhalten wird. Bei Verwendung des flachen vorgeformten, bündig liegenden Nietkopfs (Kurve K) beträgt die Verdickung im Bereich A etwa 0,076 mm und im Bereich D etwa 0,203 mm. Somit ist die Verbreiterung im Blech 11 in den Bereichen Cund Detwa die gleiche, unabhängig davon, ob der vorgeformte Nietkopf flach oder kronenförmig ausgebildet ist. Jedoch wird der Verlauf der Verbreite rung im Blech 10 umgekehrt, wenn der Nietkopf statt flach kronenförmig ausgebildet ist, und die Verbreiterung im Bereich A wird durch die Verwendung einer kronenförmigen Kopfanordnung von etwa 0,076 mm auf etwa 0.203 mm vergrößert, so daß die Verwendung der kronenfönmigen Kopfanordnung zu einem im wesentlichen stundenglasförmigen Verlauf der Verbreiterung führt, welcher dem in Fig.3b dargestellten Spannungsverlauf entspricht.

Ein charakteristischer Spannungsverlauf längs der

Nietachse, wie er in der zweiten Versuchsreihe erhalten wurde, ist in F i g. 8 durch die voll ausgezogene Kurve M für einen bündig liegenden Nietkopf und durch die gestrichelte Kurve M'für einen vorstehenden Nietkopf dargestellt, wobei in beiden Fällen das Verhältnis H/a den Wert von 3% aufweist. Die mit einem vorgeformten, flachen bündig liegenden Nietkopf (0% H/a) erhaltene Schaftverbreiterung ist durch die gestrichelte Kurve N dargestellt. Die Kurve V in F i g. 7 gibt die geringere Verdickung im Bereich A für ein W/a-Verhält nis von 3% an. Die Kurve fgibt gegenüber der Kurve ) eine höhere Verdickung bei einem H/a-Verhältnis von 15% an. Die Verbreiterung im Blech an der Schließkopfseite kann unabhängig vom Volumen des vorgeformten Nietkopfes durch eine Änderung in der Masse des Einsatzes des Materials desselben und des anfänglichen Abstands zwischen Einsatz und Nietschaft verändert werden. Das H/a-Verhältnis liegt im wesentlichen im Bereich zwischen 2 und 20%.

In der Anordnung gemäß F i g. 9 ist der Innendurch-

messer des Einsatzes wesentlich kleiner als das in den Blechen vorhandene Nietloch, wodurch die Verbreiterung des Nietschafts im Bereich des Schließkopfs verkleinert wird. Obwohl der Nietschaft 61 gleichmäßig verjüngt dargestellt ist, kann die Verringerung des

SS Schaftdurchmessers auch in anderer Weise erfolgen, beispielsweise durch Verwendung eines nur teilweise verjüngt verlaufenden Schaftes oder durch eine stellenweise Verringerung des Durchmessers am Schließkopfende, durch welche eine Obereinstimmung mit dem Durchmesser 60 des Einsatzes erreicht wird Durch die Verwendung eines Einsatzes, dessen Innendurchmesser wesentlich kleiner als der Durchmessei des Nietloches ist. kann die Verbreiterang des Nietlochs am Schließkopfende gewünschterweise gesteuert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Nietanordnung ■ur Verbindung von mindestens zwei mit einem durchgehenden Loch versehenen, hochbelasteten Plechen mit Titan-Nieten, insbesondere für Konstruktionen in der Luftfahrt, wobei der Nietkopf im wesentlichen fluchtend zu der ihm benachbarten Oberfläche der Bauteilanordnung liegt und ein Einsatz zwischen der Bauteilanordnung und dem Schließkopf vorhanden ist, wobei ferner die Querschnittsfläche des Nietschaftes — und damit der Innendurchmesser des Nietloches — jeweils •eben dem Nietkopf und dem Schließkopf größer ist «Is in den Bereichen, die zwischen den genannten Stellen liegen, wobei der Niet in das Nie;loch unter Anlage des Nietkopfes an einem Ende der Anordnung eingeführt wird, während das vom Nietkopf abgewandte Schaftende zunächst von der Anordnung vorsteht und zur Herstellung der Verbindung mit einem Schließkopf versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung einer sich mit der Länge des Nietschaftes ändernden Schaftsverbreiterung ein Niet (25) mit einer kronenförmigen Kopfanordnung (27) verwendet wird, bei welchem das Verhältnis der axialen Kronenhöhe zum vorgeformten Außendurchmesser des Nietkopfes im wesentlichen zwischen 2 und 20% liegt, welches Kopfmaterial beim Verformungsvorgang so nach innen gedruckt wird, daß ein Nietsenkkopf entsteht, wobei zur Steuerung der Menge des Schaftmaterials, welches beim Schließvorgang in das Nietloch verdrängt wird, an dem vom Nietkopf (27) abgewandten Schaftbereich vor dem Schließvorgang ein derartiger Einsatz (34) aufgebracht wird, dessen Innendurchmesser im wesentlichen nicht größer als die im Nietloch im Bereich des Einsatzes erzeugte Verbreiterung rst, wobei während des Schließvorganges der Einsatz (34) an einer seitlichen Auswärtsbewegung verhindert wird.

2. Vorrichtung zum Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kronenteil (27) und der Einsatzteil (34) in den Abmessungen so gewählt sind, daß die Durchmesser der verbreiterten Querschnittsbereiche des Nietschaftes (26) in den Bereichen (A, D) in der Nähe der Nietköpfe im wesentlichen gleich sind.

3. Vorrichtung zum Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verhältnis für Schaftlängen im Bereich zwischen dem 175-bis 3,5fachen des Nietschaftdurchmessers zwischen 2 bis 11% liegt.