DE19531016C2 - Verbindungselement, nach Art eines Niets - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Auf dem Gebiet der Montage- und Verbindungstechnik von Platten, Blechen etc. werden im allgemeinen Metallniete, Hohlniete sowie Blindniete verwendet. Ein konventioneller Stahlniet besteht aus einem Nietbolzen und einem Niet­ kopf. Er wird von einer Seite her in die Bohrung der zu verbindenden Bleche oder Platten eingesetzt. Der Gegen­ kopf, der dann die Verbindung der Bleche bewirkt, wird durch Schlag auf die Stirnseite des Nietbolzens erzeugt, wobei diesem Schlag von der Rückseite her gegenzuhalten ist. Das gleiche Prinzip ist bei den den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Hohlnieten bekannt, wobei die die Bohrung durchgreifende Hülse an der dem Nietkopf gegen­ überliegenden Ende über einen Gegenhalterdorn zu einem zweiten Kopf aufgeweitet wird. Ferner sind Hohlnieten bekannt, die aus zwei konisch ausgeformten Hülsen mit jeweils einem Nietkopf in Form eines Bördels bestehen.

Zwei Bleche werden dadurch verbunden, daß die Nietteile von gegenüberliegenden Seiten in die Bohrung eingesetzt und gegeneinander verpreßt werden. Auch hier muß von der Rückseite her gegengehalten werden. Ein Blindniet besteht schließlich aus einer Hülse mit Nietkopf, der in die Bohrung eingesetzt wird. In der Achse der Hülse befindet sich das Komplementärteil, das als Stift mit Kopf ausge­ führt ist. Beim Nieten wird der Zentralstift mittels einer Nietzange nach außen gezogen, wobei die Bildung des zweiten Nietkopfs und die Verklemmung der beiden Niettei­ le erfolgt. Dieses Prinzip hat zwar den Vorteil, daß der Nietvorgang von einer Seite her ausgeführt werden kann, nachteilig ist jedoch, daß die Herstellung der Nietver­ bindung schlecht automatisierbar, umständlich, zeitauf­ wendig und teuer ist.

Neben Nietverbindungen sind Schraubverbindungen bekannt, die in der Regel auch eine Zugänglichkeit von beiden Seiten der Bauteile erfordern, es sei denn es wird eines der beiden Teile - Mutter oder Schraubenbolzen - zuvor an einem der Bauteile befestigt.

Des weiteren sind zum Festlegen von Bauteilen aneinander Spreizdübel bekannt, bei denen die Hülse an ihrem Ende als Spreizhülse ausgebildet ist. Darunter gibt es Schraubdübel, bei denen das Gewinde nicht durchläuft, so daß der in die Hülse einzuführende Schraubbolzen beim Eindrehen mit seiner Stirnseite am Ende des Gewindes gegen den engeren Querschnitt der Hülse anläuft und die Spreizsegmente nach außen verdrängt. Bei einem bekannten Nageldübel weist die Hülse einen Kragenkopf auf und ist an ihrem Ende mehrfach eingeschnitten und mit nach innen vorspringenden Nasen versehen. Beim Eintreiben des Nagels läuft dessen Spitze gegen die Nasen an und verdrängt die Spreizsegmente nach außen. Ein solcher Nageldübel wird vornehmlich bei Bauteilen aus Holz oder Holzwerkstoffen verwendet.

Aus der DE-OS 22 51 573 ist ein Verbindungselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dieses Verbin­ dungselement arbeitet nach Art einer Spreizhülse. Die Hülse weist an einem Ende einen Kragen zur Auflage an einem der zu verbindenden Bauteile und ein Sackloch auf und ist am anderen Ende durch achsparalleles Schlitzen in Segmente unterteilt, die jeweils in Form radial ins Innere der Hülse ragender Klauen ausgebildet sind. Ferner ist ein Kopfbolzen mit einem Schaft mit abgerundetem Ende und einer davor ausgebildeten Einschnürung vorgesehen. Der Kopfbolzen wird in das Sackloch eingedrückt, bis sein abgerundetes Ende gegen die Klauen an läuft und die Seg­ mente nach außen spreizt. Schließlich rasten die Klauen in die Einschnürung ein. Die gespreizten Segmente stehen unter einer Dauerbiegelast und zudem an der Außenseite unter einer ständigen Kerbspannung. Es kommt deshalb zwangsläufig zu Ermüdungsbrüchen. Da die gespreizten Segmente und das freie Ende des Kopfbolzen die Oberfläche des Bauteils weit überragen und die Segmente hakenförmig abgebogen sind, erfüllt dieses Verbindungselement nicht die Anforderungen, wie sie von Nietverbindung geläufig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbin­ dungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß ohne Kraftaufwand auf einfache Weise und zeitsparend eine hohen Festigkeitsanforderungen genügende zuverlässige Verbindung nach Art einer herkömmlichen Nietverbindung hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verbindungs­ element gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Segmente durch den in die Hülse eintreib­ baren oder einschraubbaren Bolzen bis zur Anlage ihrer Außenseite an der Außenseite des anderen Bauteils umform­ bar sind und in Höhe ihrer Nasen außenseitig eine das Umformen erleichternde Materialschwächung aufweisen, und daß der Bolzen in seinem Endbereich einen die umgeformten Nasen hintergreifenden Bund aufweist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt die Ausbildung des zweiten Nietkopfs einfach durch Einwirkung des Bolzens auf die Nasen der Segmente, wobei auf diese Weise auf der Rückseite der Verbindung ein formschlüssig wirkender Nietkopf allein durch das Verdrängen der Nasen und das dabei erfolgende Umformen der Segmente und ihren formschlüssigen Übergriff durch den Bund am Bolzen ge­ schaffen wird. Der Kraft- und Energieaufwand zur Ausbil­ dung des Nietkopfs ist dabei gering, da die für die Umformarbeit maßgeblichen Querschnitte der Segmente ein relativ kleines Trägheitsmoment besitzen. Beide Teile der Nietverbindung sind dabei von der gleichen Seite der zu verbindenden Bauteile aus einsetzbar und deshalb beson­ ders für schwer zugängliche Bereiche geeignet. Da der Vorgang zur Ausbildung des zweiten Nietkopfs von nur einer Seite her erfolgt, ist ein Gegenhalten nicht not­ wendig.

Das Umformen der Segmente wird insbesonders dadurch erleichtert und zugleich exakt lokalisiert, daß die Segmente in Höhe der Nasen außenseitig eine das Umformen erleichternde Materialschwächung aufweisen. Handelt es sich bei der Materialschwächung um eine Kerbe, so erfolgt das Umformen der Segmente auf einfache Weise durch Abbie­ gen bzw. Verschwenken der Segmente über diese Kerbe. Des weiteren kann der Schwenkbereich durch eine solche Kerbe auf einfache Weise optimiert werden, um eine flächige Anlage der umgeformten Segmente an der Außenseite des einen Bauteils zu gewährleisten.

Durch seinen die umgeformten Nasen hintergreifenden Bund bildet der Bolzen ein bleibendes Teil der Nietverbindung nach Art des Schließkopfs einer Nietverbindung. Die Zug- und Scherkräfte werden durch den massiven Bolzen selbst aufgenommen und nicht wie bei einem Hohlniet allein durch die Hülsenwandung. Die erfindungsgemäße Nietverbindung erfüllt damit höchste Festigkeitsanforderungen bei gleichzeitig sauberem Abschluß durch die Enden des Bol­ zens.

In bevorzugter Ausgestaltung weisen die Segmente an ihren freien Enden die in einer Radialebene im wesentlichen dreieckförmigen Nasen auf.

In Weiterbildung ist vorgesehen, daß die mit dem Bolzen zusammenwirkende Druckfläche der Nasen mit der Mantel­ fläche der Hülse einen Winkel kleiner 90°, z. B. etwa von ca. 80° bildet. Hierdurch ist einerseits sichergestellt, daß die Segmente um wenigstens 90° umgeformt werden und dem Bauteil außenseitig satt anliegen, andererseits ergibt sich nach dem Umformen eine Verengung des freien Querschnitts der Hülse an deren Ende, deren Funktion noch beschrieben wird.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die in die Hülse ragende Spitze der Nase achsparallel abgeflacht ist. Da diese Spitze nach Umbiegen der Nase nach außen und Ausbilden des zweiten Nietkopfes einen Teil dessen Oberfläche bildet, wird so ein Nietkopf ohne störende Spitzen ausgebildet.

Der Bolzen weist bevorzugt einen gegen den Kragen der Hülse anliegenden, gegebenenfalls in diesen eingesenkten Kopf auf. Hierdurch verschließt der Bolzen die Hülsenboh­ rung. Zugleich wird durch den Kopf die Eintreibtiefe begrenzt.

Ist der Bolzen in Weiterbildung an seinem freien Ende kegelstumpfförmig ausgebildet, so kann der Bolzen mittels des konisch zulaufenden freien Endes beim Einführen in die Hülse zum einen in den freien Querschnitt zwischen den nach innen vorspringenden Nasen eingreifen und gleichzeitig die Nasen untergreifen. Ferner wirken die von dem Kegelstumpf übertragenen Umformkräfte nicht schlagartig, sondern kontinuierlich progressiv auf die Segmente.

Dadurch, daß der Bolzen in seinem Endbereich einen die umgeformten Nasen hintergreifenden Bund aufweist, kann der Bolzen nach Eindrehen bzw. Eintreiben mit seinem Bund die achsparallel abgeflachten Spitzen der Nasen hinter­ greifen und bildet damit ein bleibendes Teil der Nietver­ bindung, die dadurch stabilisiert wird. Schließlich können die Hülse ein Innengewinde und der Bolzen ein Außengewinde aufweisen. Hierbei erfolgt das Umformen der Nasen bzw. Segmente durch Einschrauben des Bolzens in die Hülse. Ferner besteht zwischen der Hülse und dem Bolzen ein Formschluß auf großer Traglänge. Hier handelt es sich nicht um eine klassische Nietverbindung, sondern um eine kombinierte Niet-/Schraubverbindung.

Insgesamt ist so ein Verbindungselement geschaffen, welches für Bauteile aus metallischen Werkstoffen und Kunststoffen gleichermaßen geeignet ist und bei dem insbesondere die Montage auf einfache Weise automatisier­ bar ist und hohe Montageleistungen erzielbar sind. Die beiden Teile des Verbindungselementes können aus Kunst­ stoff, Stahl oder jedem beliebigen anderen Material bestehen. Besteht diese Hülse aus Kunststoff, so kann die materialschwächende Kerbe nach Art eines Filmscharniers ausgebildet sein, da Kunststoffe die für den erforder­ lichen Umformungsgrad notwendige Elastizität in der Regel nicht besitzen. Die Auswahl des Materials kann in Abhän­ gigkeit von der erforderlichen Festigkeit der Nietverbin­ dung und/oder der Werkstoffe der zu verbindenden Bauteile sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausfüh­ rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselementes unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert ist. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Bolzen des erfindungsgemäßen Niet-Verbindungselementes in Ansicht;

Fig. 2 die zugehörige Hülse im Längsschnitt;

Fig. 3 eine Zwischenphase beim Verbinden von zwei Platten oder Blechen im Schnitt und

Fig. 4 die fertige Nietverbindung im Schnitt.

Das in den Fig. 3 und 4 im Einsatz dargestellte Niet-Verbindungselement 1 besteht aus einem Bolzen 2 (Fig. 1), der in der dargestellten Ausführung formschlüssig in eine Hülse 3 (Fig. 2) einführbar ist. Der Bolzen 2 weist einen linsenförmig ausgebildeten Bolzenkopf 4 und einen im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Bolzenschaft 5 geringeren Durchmessers auf. An seinem freien Ende ist der Bolzen 2 mit einem Kegelstumpf 6 versehen, der an seiner Basis den gleichen Durchmesser wie der Bolzen­ schaft 5 und ein abgeflachtes Ende 7 aufweist. Die Basis des Kegelstumpfs 6 bildet einen Bund 21, indem der Bol­ zenschaft im Bereich 8 einen reduzierten Durchmesser aufweist.

Die Hülse 3 ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist an ihrem einen Ende einen Kopf in Form eines umlaufenden Kragens 9 auf. Der umlaufende Kragen 9 der Hülse 3 ist mit einer Einsenkung 10 zur Aufnahme des Bolzenkopfes 4 versehen. Der Boden 12 der Einsenkung 10 dient dabei als Auflager für den Bolzenkopf 4.

An dem dem Kragen 9 abgewandten Ende sind durch achspa­ rallele Schlitze 13 über den Umfang der Hülse verteilte, zungenartige Segmente 14 ausgebildet. Die Segmente 14 weisen in einem etwa der Dicke S der zu verbindenden Bauteile 22, 23 entsprechenden Abstand (Fig. 3 und 4) zum Kragen 9 in den lichten Querschnitt der Hülse 3 hineinra­ gende Nasen 15 auf. In Höhe des Ansatzes der Nasen 15 ist an der Außenseite der Hülse 13 eine Materialschwächung in Form einer Kerbe 16 ausgearbeitet. Über diese Kerbe 16 sind die Nasen 15 nach außen umformbar.

Die nach innen vorspringenden Nasen 15 bilden eine Druck­ fläche 17 für den Bolzen 2, die mit der Hülsenwandung 11 einen Winkel von etwa 80° bildet.

Die Nasen 15 sind bezogen auf eine Radialebene der Hülse 3 im wesentlichen dreieckförmig ausgebildet. Wie den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, weisen die Nasen 15 im Ausgangszustand eine mit der Mantelfläche 11 der Hülse 3 fluchtende Außenfläche 18, eine in Richtung des Zentrums der Hülse 3 ragende erste Schrägfläche 19 und die bereits erwähnte Druckfläche 17 auf. Die zwischen der Schräg­ fläche 19 und der Druckfläche 17 gebildete Spitze 20 ist achsparallel abgeflacht.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Anwendungsbeispiel zur Verbindung von zwei Blechen oder Platten 22, 23. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, weisen die Bleche 22, 23 fluchtende Bohrungen auf, in die die Hülse 3 eingesetzt ist. Der Kragen 9 der Hülse liegt der Außenseite des Blechs 22 an. Der Abstand zwischen den Nasen 15 und dem Kragen 9 ist derart, daß die Kerbe 16 etwa in Höhe des Mündungsrandes der Bohrung 24 im Blech 23 liegt, entspricht also etwa der Gesamtstärke der beiden Bleche.

Von der gleichen Seite wie die Hülse 3 wird der Bolzen 3 eingeführt, der einen dem Innendurchmesser der Hülse 3 entsprechenden Außendurchmesser aufweist. Durch das konisch zu laufende Ende 6 werden die nach innen kragenden Nasen 15 der Segmente 14 untergriffen, wobei der Kegel­ stumpf 6 mit seinem abgeflachten Ende 7 in den freien Raum zwischen den Nasen eingreift. Beim weiteren Eintrei­ ben des Bolzens 2 werden die Segmente 14 umgeformt und die Nasen 15 über die durch die Kerbe 16 gebildete Biege­ stelle um etwa 90° nach außen umgebogen.

Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, wird das Blech 23 nach vollständigem Einführen des Bolzens 2 formschlüssig von der Außenfläche 18 der Nasen 15 hintergriffen. Während durch den Bolzenkopf 4 und den umlaufenden Kragen 9 gleichsam der Setzkopf des Niets gebildet wird, bilden der Kegelstumpf 6 des Bolzens 2 und die nach außen abge­ bogenen Nasen 15 den auf dem Blech 23 aufliegenden Schließkopf. Der Formschluß wird endgültig dadurch herge­ stellt, daß der Bolzen 2 mit seinem Bund 21 die abge­ flachte Spitze 20 der Nasen 15 übergreift. Die korrekte Fertigstellung der Nietverbindung macht sich durch das Verrasten des Bundes 21 bemerkbar. In dieser Position liegt der Kopf 4 des Bolzens 2 teilweise in der Einsen­ kung 10 am Kragen 9 der Hülse 3.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Bolzen 2 und die Hülse 3 an den einander zugekehrten Flächen glattwandig ausgebildet und wird der Bolzen mit einem Werkzeug in die Hülse eingetrieben. Statt dessen kann die Hülse 3 auch ein Innengewinde und der Bolzen im Bereich seines Schaftes 5 ein Außengewinde aufweisen. Die Her­ stellung der Verbindung erfolgt in der gleichen Weise wie zuvor, doch handelt es sich in diesem Fall um eine Schraub- und nicht um eine Nietverbindung.

Claims (8)

1. Verbindungselement, bestehend aus einer die zu verbindenden Bauteile in einer Bohrung durchgreifen­ den Hülse, die an ihrem einen Ende einen dem einen Bauteil außenseitig aufliegenden Kragen aufweist und an ihrem das andere Bauteil überragenden Ende unter Bildung zungenartiger Segmente achsparallel ge­ schlitzt ist, die Segmente in einem etwa der Dicke der beiden Bauteile entsprechenden Abstand vom Kragen in den lichten Querschnitt der Hülse hinein­ ragende Nasen aufweisen und ein in die Hülse ein­ führbarer Bolzen vorgesehen ist, der bei Anlaufen gegen die Nasen die Segmente nach außen verdrängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente durch den in die Hülse (3) eintreibbaren oder einschraubbaren Bolzen (2) bis zur Anlage ihrer Außenseite (18) an der Außenseite des anderen Bauteils (23) umformbar sind und in Höhe ihrer Nasen (15) außenseitig eine das Umformen erleichternde Materialschwächung (16) aufweisen, und daß der Bolzen (2) in seinem Endbe­ reich einen die umgeformten Nasen (15) hintergrei­ fenden Bund (21) aufweist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Materialschwächung eine Kerbe (16) ist.

3. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (14) an ihren freien Enden die in einer Radialebene im wesentlichen dreieckförmigen Nasen (15) aufweisen.

4. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Bolzen (2) zusammenwirkende Druckfläche (17) der Nase (15) mit der Mantelfläche (11) der Hülse (3) einen Winkel kleiner 90°, z. B. von ca. 80° bildet.

5. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hülse (3) ragende Spitze (20) der Nase (15) achsparallel abgeflacht ist.

6. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (2) einen gegen den Kragen (9) der Hülse (3) anliegenden Kopf (4) aufweist.

7. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (2) an seinem freien Ende (6) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

8. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) ein Innengewinde und der Bolzen (2) ein Außengewinde aufweist.