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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung bestehend
aus Werkstücke
mit Öffnungen
und mit einem rohrförmigen
Niet, welcher durch die Öffnung
in den Werkstücken
hindurchgeführt
ist, wobei der Niet einen Schaft aufweist, welcher in seinem freien
Endbereich rohrförmig
und im Übrigen
als Vollquerschnitt ausgebildet ist und nach außen verformt ist, um den Niet
in der Öffnung
zu halten.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung eine Bremsschuhanordnung mit
einem Bremsschuh und einem auf dem Bremsschuh angeordneten Bremsbelag,
wobei Bremsschuh und Bremsbelag durchgehende korrespondierende Öffnungen
aufweisen, durch die hindurch jeweils ein Niet geführt ist, wobei
der Niet einen rohrförmigen
Schaft und einen gegenüber
dem Schaft vergrößerten Kopf
aufweist und der Schaft nach außen
verformt wird, um den Niet in der Öffnung zu halten.
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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.
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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.
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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 1 gezeigt,
in der ein teilrohrförmiger
Niet 1 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 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 3 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist.
Eine gute Praxis des Nietens erfordert, wie sie in 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 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.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
33 20 589 A1 zeigt einen Hohlniet, der aus dünnem Blech
geformt ist und der dazu verwendet wird, ein aus Kunststoffband
ausgebildeten Traggriff an einer Kartonage, wie beispielsweise einem
Waschmittelbehälter,
zu fixieren. Der Hohlniet weist einen vom Kopf ausgehenden Hohlschaft
auf und das freie Ende des Hohlschaftes besitzt einen umgestülpten Endabschnitt,
der doppellagig ausgebildet ist. Der Hohlniet wird beim Herstellen
der Verbindung durch das Kunststoffband und den Karton gestanzt
und anschließend
verformt. Ein derartiger Hohlniet ist nicht in der Lage hohe auftretende
Kräfte
aufzunehmen und in keinster Art und Weise geeignet, im Rahmen von
Bremsschuhanordnungen eingesetzt zu werden.
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In
der
US 4,146,118 ist
eine Bremsschuhanordnung beschrieben, bei der ein Niet der eingangs genannten
Art eingesetzt wird. Der rohrförmige
Endbereich wird nach dem Einsetzen des Niets in die entsprechende Öffnung nach
außen
verformt in der Art und Weise, wie in
1 bis
3 beschrieben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem beziehungsweise
die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsanordnung und eine Bremsschuhanordnung
mit Nieten vorzusehen, die die vorstehend geschilderten Nachteile
beseitigt oder verbessert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung betreffend die Befestigungsanordnung zeichnet sich diese dadurch
aus, dass der rohrförmige
Endbereich des Schaftes nach außen
gerollt ist, um einen Toroid zu bilden, bei dem Material, welches
sich vor der Verformung ursprünglich
an einer Innenoberfläche
des rohrförmigen
Endbereich des Schaftes befunden hat, an einer Außenoberfläche des
Toroids vorhanden ist und in Kontakt mit dem Werkstück gelangt,
und bei dem Material, welches sich vor der Verformung ursprünglich an
einer Außenoberfläche des
rohrförmigen
Endbereiches des Schaftes befunden hat, an einer Innenoberfläche des
Toroids vorhanden ist und von dem Werkstück beabstandet ist.
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Der
rohrförmige
Endbereich des Niets kann über
einen Winkel größer als
180° gerollt
werden.
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Der
rohrförmige
Endbereich des Niets kann auch über
einen Winkel größer als
ca. 225°,
beispielsweise über
einen Winkel von 270°,
gerollt werden.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ein freies
Ende des verformten rohrförmigen
Schafts, welches den Toroid bildet, in Kontakt mit der Außenoberfläche des
rohrförmigen Schaftes
in einem im Wesentlichen unverformten Bereich des Schaftes gelangt.
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Es
ist auch möglich,
dass der Toroid von der Oberfläche
des Werkstücks
beabstandet vorhanden ist.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung zeichnet
sich dadurch aus, dass sich der Toroid in Kontakt mit einer Oberfläche des
Werkstückes
befindet und eine verbleibende Klemmkraft hiergegen ausübt.
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Der
Schafts des Niets kann gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung im Bereich des Vollquerschnitts einen
Laufsitz in der Öffnung
besitzen.
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Die
erfindungsgemäße Bremsschuhanordnung
der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass der rohrförmige Schaft
nach außen gerollt
ist, 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 Kontakt mit dem Bremsschuh gelangt, 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 Bremsschuh beabstandet ist.
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Bevorzugt
kann der Schaft im Bereich des Vollquerschnitts einen Laufsitz in
der Öffnung
besitzen.
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Weiterhin
kann der rohrförmige
Schaft einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweisen.
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Die
Rollung des Schaftes im rohrförmigen Bereich
kann in den oben genannten Winkelgraden erfolgen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremsanordnung
zeichnet sich dadurch aus, dass ein freies Ende des verformten rohrförmigen Schafts,
welches den Toroid bildet, in Kontakt mit der Außenoberfläche des rohrförmigen Schaftes
in einem im Wesentlichen unverformten Bereich des Schaftes gelangt.
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Eine
hinsichtlich der Funktionalität
und dauerhaft zuverlässigen
Funktion besonders vorteilhafte Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Bremsanordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Toroid eine verbleibende Klemmkraft
gegenüber
dem Bremsschuh ausübt.
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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:
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1 ein
semi- bzw. teilrohrförmiger
Niet, welcher durch Löcher
in zwei Werkstücken
in bekannter Weise eingesetzt ist;
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2 eine
bekannte Form einer Schrägbefestigung,
die bei dem Niet und der Werkstückanordnung
eingesetzt ist, welche in 1 gezeigt
ist;
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3 eine
bekannte Form der Befestigung, bei der das Rohr des Niets in der
Anordnung der 1 über einen Winkel von weniger
als 180° gerollt wird;
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4 eine
bekannte Form der Befestigung, bei der die Befestigung der 3 weiter
in der Weise verformt ist, dass sich die Vorderkante des gerollten Nietrohres
nach außen
entlang der Oberfläche
des Werkstückes
bewegt hat;
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5 ein
Ausführungsbeispiel
einer Befestigung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Befestigung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Befestigung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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8 ein
Ausführungsbeispiel
einer Befestigung gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei der ein Bremsbelag an einem Bremsschuh befestigt
ist; und
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9 eine
grafische 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.
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Die
bekannte, generelle Anordnung der 1 und die
bekannte Befestigungsanordnung der 2, 3 und 4 ist
vorstehend erläutert
worden.
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Bei
der Befestigungsanordnung, die in 5 gezeigt
ist, wird ein teilrohrförmiger
Niet 11, der einen Kopf und einen rohrförmigen Schaft 15 aufweist,
in Löcher
bzw.
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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 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.
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Bei
der in 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.
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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 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 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 toroidale 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 toroidalen Rollung und des vorspringenden
Schaftes des Nietes kann ein bekanntes Mittel zum Einhaken anderer
Bauteile (nicht gezeigt) an der Befestigung und daher an den Werkstücken vorsehen.
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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 8 gezeigt ist, befestigt werden.
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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.
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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. 9 ist
eine grafische Darstellung, bei der die Setzkraft sowie die verbleibende Klemmkraft
eines bekannten Rollnietes (ausgezogene Linie) mit der eines Nietes
mit vollständiger
Rollung (unterbrochene 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.
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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.
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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.