DE19922246A1

DE19922246A1 - Befestigung mit rohrförmigen Niet

Info

Publication number: DE19922246A1
Application number: DE19922246A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Edwards
Original assignee: ARIEL INDUSTRIES PLC LEICESTER; Ariel Industries PLC
Current assignee: EDWARDS, KENNETH, GB
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2019-05-15
Also published as: DE19922246B4; US6142720A

Abstract

Eine Befestigung, mit einem rohrförmigen Niet (11) wird durch eine Öffnung in einem Werkstück (17, 19) hindurchgeführt. Der Niet besitzt einen rohrförmigen Schaft (15), welcher nach außen verformt ist, um den Niet in der Öffnung zu halten, wobei das Ausmaß der Verformung in der Weise gewählt ist, daß der rohrförmige Schaft nach außen, beispielsweise über einen Winkel größer als 180 DEG gerollt wird, wodurch sich ein Toroid bildet, bei dem Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an einer Innenoberfläche des rohrförmigen Schaftes befunden hat, an einer Außenoberfläche des Toroids vorhanden ist und in der Lage ist, in Kontakt mit dem Werkstück (19) zu gelangen, und bei dem darüber hinaus das Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an einer Außenoberfläche des rohrförmigen Schaftes befunden hat, nun an einer Innenoberfläche des Toroids liegt und von dem Werkstück beabstandet ist. Die Verformung wird als eine "vollständige Rollung" bezeichnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigung, die einen rohrförmigen Niet enthält. Es ist zu bemerken, daß der hier verwendete Ausdruck "rohrförmiger Niet" auch teilrohrförmige Nieten bzw. Nieten mit einem Rohrabschnitt umfaßt.

Rohrförmige und teilrohrförmige Nieten werden im großen Umfang zum Befestigen von Werkstücken verwendet, welche vorgeformte Löcher aufweisen. Derartige Werkstücke können dadurch befestigt werden, daß ein Niet mit einer Länge größer als die kombinierte Dicke der Werkstücke in die vorgefertigten Löcher eingesetzt wird und anschließend das hervorstehende, rohrförmige Nietende nach außen (Rollen) verformt wird, um den Durchmesser zu vergrößern, so daß er nicht mehr aus den vorgeformten Löchern in den Werkstücken heraus gelangen kann.

Das Rollen kann durch das bekannte Verfahren des Anordnens des Nietes zwischen einem Kolben und einer Setz- bzw. Fixierform in einem Nietsetzgerät und des Aufbringens einer ausreichenden Kolbenkraft bewirkt werden, um das rohrförmige Nietende über seine Elastizitätsgrenze nach Außen in eine annähernd einen Kreis bildende Form zu verformen. Wenn die Einwirkung der Kolbenkraft beendet wird, bewirkt die dem Rohrmaterial innewohnende Elastizität ein gewisses Zurückfedern, jedoch stellt die verbleibende Verformung oder die dauerhafte Setzung sicher, daß der Niet durch die vorgeformten Löcher nicht wieder austreten kann.

Die bekannte Praxis des Nietens besteht darin, die minimale Länge des Rohres zu verwenden, um die benötigte Befestigung zu erzielen. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 1 gezeigt, in der ein teilrohrförmiger Niet bzw. ein Niet mit einem Rohrabschnitt durch in Werkstücken 3 und 5 vorgesehene Löcher eingesetzt wird. Falls eine einfache Schrägverformung ausreicht, kann das Rohr 7 des Niets sehr kurz sein, wie es in Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Für eine sicherere Befestigung ist es üblich eine Rohrlänge vorzusehen, welche es dem Rohr ermöglicht, sich nach außen über einen Winkel θ von annähernd 180° zu rollen, wie es in Fig. 3 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Eine gute Praxis des Nietens erfordert, wie sie in Fig. 3 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, daß der Winkel θ der Rollung des Rohres immer weniger als 180° beträgt, so daß, wenn das Rohr weiter verformt wird, nachdem die Vorderkante das Werkstück erreicht hat, diese Vorderkante nach außen entlang der Oberfläche des Werkstückes 5 gleiten wird, wie es in Fig. 4 der beigefügten Zeichnungsfigur gezeigt ist. Wenn der Winkel der Rollung des Rohres nahezu 180° beträgt, wird die Rollung immer dann gegen das Werkstück gequetscht, wenn ein Überhub des Nietssetzkolbens vorhanden ist oder wenn das Werkstück seine erwartete maximale Dicke oder eine darüberliegende Dicke aufweist. Mit einem Rollwinkel θ von weniger als 180° ist immer der Kontakt zwischen dem Niet und dem Werkstück durch das Material vorhanden, welches sich an der Außenoberfläche des ursprünglichen Rohres befindet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Befestigung mit einem rohrförmigem Niet vorzusehen, welche die vorstehend geschilderten Nachteile beseitigt oder verbessert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Befestigung vorgesehen, die einen rohrförmigen Niet beinhaltet, welcher durch eine Öffnung in einem Werkstück hindurchführbar ist, wobei der Niet einen rohrförmigen Schaft aufweist, welcher nach außen verformt wird, um den Niet in der Öffnung zurückzuhalten, wobei der rohrförmige Schaft nach außen gerollt wird, um einen Toroid zu bilden, bei dem sich Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an der Innenoberfläche des rohrförmigen Schaftes befunden hat, an der Außenoberfläche des Toroids befindet und in der Lage ist, in Kontakt mit dem Werkstück zu gelangen, wogegen sich das Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an einer Außenoberfläche des rohrförmigen Schaftes befunden hat, an der Innenoberfläche des Toroids befindet und von dem Werkstück beabstandet ist.

Der rohrförmige Schaft des Niets kann über einen Winkel größer als 180° gerollt werden.

Der rohrförmige Schaft des Niets kann über einen Winkel größer als ca. 225°, beispielsweise über einen Winkel von ca. 270° gerollt werden. In einem solchen Fall kann ein freies Ende des verformten, rohrförmigen Schaftes, welches den Toroid bildet, in Kontakt mit der Außenoberfläche des rohrförmigen Schaftes in einem im wesentlichen unverformten Bereich des Schaftes gelangen.

Der Toroid kann von der Oberfläche eines Werkstückes beanstandet sein. In diesem Fall kann der Niet einen Anker bilden, an dem andere Bauteile angehakt werden können.

Alternativ kann der Toroid die Oberfläche eines Werkstückes berühren und eine verbleibende Klemmkraft dagegen ausüben. Der rohrförmige Schaft kann einen leichten Laufsitz in der Öffnung aufweisen.

Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine Bremsanordnung, welche eine Befestigung beinhaltet, wie sie vorstehend erläutert worden ist.

Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen und um deutlicher darzulegen, wie sie wirksam ausgeführt werden kann, wird nun im Wege eines Beispiels Bezug auf die beigefügten Zeichnungsfiguren genommen. Hierbei ist:

Fig. 1 ein semi- bzw. teilrohrförmiger Niet, welcher durch Löcher in zwei Werkstücken in bekannter Weise eingesetzt ist;

Fig. 2 eine bekannte Form einer Schrägbefestigung, die bei dem Niet und der Werkstückanordnung eingesetzt ist, welche in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 eine bekannte Form der Befestigung, bei der das Rohr des Niets in der Anordnung der Fig. 1 über einen Winkel von weniger als 180° gerollt wird;

Fig. 4 eine bekannte Form der Befestigung, bei der die Befestigung der Fig. 3 weiter in der Weise verformt ist, daß sich die Vorderkante des gerollten Nietrohres nach außen entlang der Oberfläche des Werkstückes bewegt hat;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel einer Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Bremsbelag an einem Bremsschuh befestigt ist; und

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Kräfte, die auf bekannte Befestigungen mit rohrförmigen Nieten einwirkt und durch diese ausgeübt wird, im Vergleich mit den entsprechenden Kräften, die auf die Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung einwirken und durch diese ausgeübt werden.

Die bekannte, generelle Anordnung der Fig. 1 und die bekannte Be festigungsanordnung der Fig. 2, 3 und 4 ist vorstehend erläutert worden.

Bei der Befestigungsanordnung, die in Fig. 5 gezeigt ist, wird ein teilrohrförmiger Niet 11, der einen Kopf 13 und einen rohrförmigen Schaft 15 aufweist, in Löcher bzw. Durchgangslöcher eingesetzt, die in den Werkstücken 17 und 19 vorgesehen sind. Die Länge des rohrförmigen Schaftes 15 des Nietes, die über das Werkstück 19 übersteht, ermöglicht, daß das Rohr nach außen verformbar ist und über einen Winkel θ größer als 180° gerollt werden kann, d. h. über einen Winkel von ca. 270°, so daß die Vorderkante der Rollung parallel zu der Fläche des Werkstückes 19 bewegt wird und daher fortgefahren werden kann, nach dem Kontakt mit dem Werkstück weiter gerollt zu werden, um einen Toroid zu bilden. Auf diese Weise befindet sich nun Material des rohrförmigen Schaftes 15, das vor dem Rollen an der Innenoberfläche des Rohres vorhanden war, an der Außenoberfläche des Toroids und ist in der Lage, in Kontakt mit dem Werkstück 19 zu gelangen, während sich das Material, das vor dem Rollen ursprünglich an der Außenoberfläche vorhanden war, nun an der Innenoberfläche des Toroids und beabstandet von dem Werkstück 19 befindet. Diese Anordnung wird hier als ein "Voll-Rollung"-Setzen bzw. ein Setzen "mit einer vollständigen Rollung" des Niets bezeichnet. Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung befindet sich das Material nun an der Außenseite des Rohres tatsächlich in Kontakt mit dem Werkstück 19 und ist in der Lage, eine verbleibende Klemmkraft dagegen auszuüben.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Befestigungsanordnung ist der Niet 11 über einen Winkel größer als 270° gerollt worden, wobei sich die Rollung in Kontakt mit dem Schaft befindet. Im praktischen Einsatz ist festgestellt worden, daß, wenn die Rollung über einen Winkel von annähernd 225° hinausgeht, bevor sie das Werkstück 19 berührt, das Rohr die Rollung weiter ausführt, ohne das sie gequetscht wird.

Ein Setzen mit einer vollständigen Rollung, wie es vorstehend erläutert worden ist, kann drei Hauptvorteile gegenüber den bekannten Setzungen bereitstellen:

A. Eine Vollrollung kann eine höhere bleibende Klemmkraft bereitstellen, da, wenn die Einwirkung der Kolbenkraft beendet wird, das elastische Rückfedern des Niets teilweise durch das elastische Rückfedern der vollständigen Rollung kompensiert wird.
B. Eine vollständige Rollung kann das Werkstück vor hohen Nietsetzkräften schützen. Wenn der Niet so gestaltet ist, daß die Rollung den Schaft des Nietes erreicht, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, bevor eine übermäßige Kraft auf die Werkstücke übertragen worden ist, ist die innewohnende Festigkeit der Rollung dergestalt, daß der Niet jeder übermäßigen Kraft widerstehen kann, ohne daß diese Kraft in axialer Richtung des Nietes auf die Werkstücke übertragen wird.
In vielen Fällen wurde festgestellt, daß die Festigkeit eines Nietes mit einer vollständigen Rollung, welche den Schaft erreicht, dergestalt ist, daß jede Zunahme in der Kolbenkraft den Nietschaft veranlaßt auszubauchen, anstatt daß die Rollung verformt wird.
C. Eine vollständige Rollung kann einen Anker bilden, an dem andere Bauteile angehakt werden können. Wenn, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, das Nietrohr ausreichend vorspringt, um sicherzustellen, daß die vordere Kante den Schaft des Niets erreicht, bevor die Rollung das Werkstück erreicht hat, wodurch eine torodiale Rollung erzielt wird, kann die Stabilität der Rollung dazu verwendet werden, eine ausreichende Kolbenkraft aufzubringen, die den Schaft ausbauchen läßt, wodurch der Schaft des Niets in den Werkstücken befestigt wird. Die Differenz in den Durchmessern der torodialen Rollung und des vorspringenden Schaftes des Nietes kann ein bekanntes Mittel zum Einhaken anderer Bauteile (nicht gezeigt) an der Befestigung und daher an den Werk stücken vorsehen.

Fig. 8 gibt einen wichtigen Anwendungsfall eines Niets 11 mit einer vollständiger Rollung gemäß der vorliegenden Erfindung beim Befestigen eines Bremsbelages 21 an einem korrespondierenden Bremsschuh 23 wieder. Die Anforderung besteht hierbei darin, daß der Belag 21 ausreichend sicher an dem Schuh 23 befestigt werden muß, so daß er den hohen Scherkräften widerstehen kann, die während des Bremsvorganges erzeugt werden, ohne daß eine Bewegung relativ gegenüber dem Schuh auftritt. Diese Befestigungsklemmung muß dadurch erreicht werden, daß Nieten 11 durch Löcher in dem Belag 21 und dem Schuh 23 hindurchgeführt und die Nieten durch eine Rollsetzung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, befestigt werden.

Die maximale sichere Druckkraft, der das Material des Bremsbelages 21 während des Nietsetzvorganges ausgesetzt werden kann, ist strickt begrenzt, wobei die Anforderung darin besteht, eine ausreichende, verbleibende Klemmkraft zu erzeugen, ohne daß die Spitzensetzkraft diese Sicherheitsgrenze überschreitet.

Für jede gegebene Spitzensetzbelastung wurde festgestellt, daß die verbleibende Klemmkraft, die durch eine vollständige Rollung erzeugt wird, signifikant größer als die entsprechend verbleibende Klemmkraft ist, die durch eine bekannte Rollung erzeugt wird. Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, bei der die Setzkraft sowie die verbleibende Klemmkraft eines bekannten Rollnietes (unterbrochene Linie) mit der eines Nietes mit vollständiger Rollung (ausgezogene Linie) verglichen wird. In vielen Anwendungsfällen ist die verbleibende Klemmkraft eines Nietes mit vollständiger Rollung im Bereich von 100% größer als die entsprechende verbleibende Klemmkraft eines bekannten Rollnietes. Daher ermöglicht die Nietung mit vollständiger Rollung die Verwendung geringerer Spitzenklemmbelastungen, wobei sie noch ausreichend erhöhte verbleibende Klemmkräfte ermöglicht.

Die Vorteile einer vollständigen Rollung sind insbesondere bei Befestigungsanordnung wichtig, wie beispielsweise bei Fahrzeugbremsen, bei denen es notwendig ist, daß sie wirksam bei Temperaturen in der Höhe von 800°C arbeiten. Bei diesen Temperaturen erhöht die thermische Ausdehnung die Länge eines Nietes bis zu dem Punkt, wo, wenn die elastische Rückfederung der Rollung des Nietes nicht wirksam ist, jede Klemmkraft, welche bei Umgebungstemperaturen vorhanden war, verloren gehen wird. Wenn jedoch der Niet in einem Laufsitz in dem Bremsschuh nach dem Setzen verbleibt, kann die verbleibende Klemmkraft bei hohen Temperaturen infolge des elastischen Rückfederns der Rollung aufrecht erhalten bleiben, wodurch die Zunahme in der Länge des Nietschaftes infolge der thermischen Expansion kompensiert wird.

Eine Befestigung mit einem rohrförmigem Niet 11 wird durch eine Öffnung in einem Werkstück 17, 19 hindurchgeführt. Der Niet besitzt einen rohrförmigen Schaft 15, welcher nach außen verformbar ist, um den Niet in der Öffnung zu halten, wobei das Ausmaß der Verformung in der Weise gewählt ist, daß der rohrförmige Schaft nach außen, beispielsweise über einen Winkel größer als 180° gerollt wird, wodurch sich ein Toroid bildet, bei dem Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an einer Innenoberfläche des rohrförmigen Schaftes befunden hat, an einer Außenoberfläche des Toroids vorhanden ist und in der Lage ist, in Kontakt mit dem Werkstück 19 zu gelangen, und bei dem darüber hinaus das Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an einer Außenoberfläche des rohrförmigen Schaftes befunden hat, nun an einer Innenoberfläche des Toroids liegt und von dem Werkstück beabstandet ist. Die Verformung wird als eine "vollständige Rollung" bezeichnet.

Claims

1. Befestigung mit einem rohrförmigen Niet (11), welcher durch eine Öffnung in einem Werkstück (17, 19) hindurchgeführt ist, wobei der Niet einen rohrförmigen Schaft (15) aufweist, welcher nach außen verformt wird, um den Niet in der Öffnung zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Schaft (15) nach außen gerollt wird, um einen Toroid zu bilden, bei dem Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an einer Innenoberfläche des rohrförmigen Schaftes befunden hat, an einer Außenoberfläche des Toroids vorhanden ist und in der Lage ist, in Kontakt mit dem Werkstück (19) zu gelangen, und bei dem Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an einer Außenoberfläche des rohrförmigen Schaftes befunden hat, an einer Innenoberfläche des Toroids vorhanden ist und von dem Werkstück beabstandet ist.

2. Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Schaft (15) des Niets über einen Winkel größer als 180° gerollt wird.

3. Befestigung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Schaft (15) des Niets über einen Winkel größer als 225° gerollt wird.

4. Befestigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Schaft (15) des Niets über einen Winkel von ca. 270° gerollt wird.

5. Befestigung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein freies Ende des verformten rohrförmigen Schafts (15), welches den Toroid bildet, in Kontakt mit der Außenoberfläche des rohrförmigen Schaftes in einem im wesentlichen unverformten Bereich des Schaftes gelangt.

6. Befestigung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Toroid von einer Oberfläche des Werkstücks (17, 19) beabstandet ist.

7. Befestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Toroid in Kontakt mit einer Oberfläche des Werkstücks (19) befindet und eine verbleibende Klemmkraft hiergegen ausübt.

8. Befestigung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Schaft (15) einen Laufsitz in der Öffnung besitzt.

9. Bremsanordnung, die eine Befestigung beinhaltet, wie sie in dem Anspruch 7 oder 8 wiedergegeben ist.