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Die Erfindung betrifft einen Niet zum Verbinden mindestens zweier Werkstücke, mit
- - einer Niethülse mit einem eine Durchgangsöffnung aufweisenden Niethülsenschaft und
- - einem Nietdorn mit einem in der Durchgangsöffnung angeordneten Nietdornschaft, der einerseits mit einem freien Ende in axialer Richtung über den Niethülsenschaft vorsteht und anderenends einen an den Nietdornschaft anschließenden, radial über den Nietdornschaft und die Durchgangsöffnung hinausragenden und an dem Niethülsenschaft anliegenden Nietdornkopf aufweist.
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Das Verbinden von Bauteilen mittels Nieten als Fügeverfahren hat aufgrund der Verwendung unterschiedlicher neuerer Materialien und Werkstoffen in der Vergangenheit zunehmend an Bedeutung gewonnen. Wesentlich für die Qualität der durch den Niet hergestellten Verbindung der Bauteile ist dabei unter anderem auch die Eignung des Niets zur Aufnahme hoher Scherkräfte. Bekannte Niete weisen dabei den Nachteil auf, dass diese aufgrund der für das Setzen erforderlichen Verformung des Niets aus einem duktilen Werkstoff gebildet sein müssen, um die für das Setzen erforderlichen plastischen Verformungseigenschaften bereitzustellen. Die Verwendung fester Werkstoffe oder hochfester Werkstoffe mit Streckgrenzen über 1.000 N/mm2 und einer hohen Scherfestigkeit, scheidet aus, da diese aufgrund ihrer Materialeigenschaften nicht setzbar sind, nämlich bei einer plastischen Verformung zerstört werden würden.
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Der Scherfestigkeit bekannter Nieten bzw. dadurch hergestellter Nietverbindungen sind damit aufgrund der Notwendigkeit der Verwendung eines duktilen Werkstoffs Grenzen gesetzt, weshalb zu verbindende Werkstücke, welche besonders hohen Scherkräften ausgesetzt sind, nicht genietet, sondern mit alternativen Verbindungsverfahren, bspw. Schweißverfahren, verbunden werden müssen.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Niet bereitzustellen, welcher eine zuverlässige Verbindung von mindestens zwei Werkstücken erlaubt, gleichzeitig aber eine hohe Scherfestigkeit bereitstellt.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Niet mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Kennzeichnend für den erfindungsgemäßen Niet ist, dass der Nietdorn aus einem setzbaren und die Niethülse aus einem nicht setzbaren Werkstoff gebildet sind.
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Der erfindungsgemäße Niet besteht aus dem Nietdorn, der aus einem setzbaren Werkstoff gebildet ist, d. h., der mittels herkömmlicher, bspw. hydraulisch angetriebener Nietwerkzeuge zerstörungsfrei plastisch verformt werden kann, um einen Nietkopf auszubilden. Der erfindungsgemäße Niet weist zudem die koaxial zu dem Nietdorn angeordnete Niethülse auf, welche aus einem festen oder hochfesten Werkstoff gebildet ist. Zur Verbindung zweier Werkstücke wird der erfindungsgemäße Niet in eine entsprechende Bohrung eingesetzt, wobei die Niethülse an der Innenseite der Bohrung der zu verbindenden Werkstücke anliegt. Über die Verformbarkeit des Nietdorns wird dann eine stabile Verbindung zwischen den beiden Werkstücken hergestellt.
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Die aus einem festen oder hochfesten Werkstoff gebildete Niethülse verleiht der Nietverbindung die Eignung zur Aufnahme besonders hoher Scherkräfte. Der erfindungsgemäße Niet kombiniert somit eine hohe Scherkraftaufnahme durch die Niethülse mit der Möglichkeit, den Niet aufgrund der Verwendung des Nietdorns aus einem setzbaren Material mit moderater Setzkraft und Verformungsvermögen zu setzen. Insgesamt zeichnet sich somit der erfindungsgemäße Niet dadurch aus, in einfacher Weise zur Herstellung einer Nietverbindung geeignet zu sein, die zur Aufnahme hoher Scherkräfte geeignet ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird unter einem setzbaren Werkstoff ein solcher Werkstoff verstanden, welcher sich zerstörungsfrei plastisch verformen lässt, sodass mit herkömmlichen Nietwerkzeugen beim Setzen der Nietkopf ausgebildet werden kann. Unter einem nicht setzbaren Werkstoff für die Niethülse wird im Rahmen der Erfindung ein solcher Werkstoff verwendet, der eine hohe Scherfestigkeit bereitstellt, sich aufgrund seines Materialverhaltens jedoch nicht mittels eines geeigneten Hydraulikwerkzeugs derart plastisch verformen lässt, dass ein Nietkopf ausgebildet werden kann.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Nietdorn aus einem duktilen Werkstoff mit einer Streckgrenze von weniger als 650 N/mm2, bevorzugt weniger als 550 N/mm2, besonders bevorzugt weniger als 450 N/mm2 gebildet ist. Die Verwendung eines duktilen Werkstoffs gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass er in besonders vorteilhafter Weise dazu geeignet ist, plastisch verformt werden zu können, sodass eine zuverlässige Nietverbindung durch die Ausformung eines Nietkopfs vorgenommen werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Niethülse aus einem festen oder hochfesten Werkstoff mit einer Streckgrenze von mehr als 1.000 N/mm2, bevorzugt mehr als 1.200 N/mm2, besonders bevorzugt mehr als 1.400 N/mm2 gebildet ist. Die Verwendung von Niethülse aus einem derart weitergebildeten Werkstoff zeichnet sich dadurch aus, dass die unter Verwendung derartiger Niethülsen hergestellten Nietverbindungen eine besonders hohe Scherfestigkeit aufweisen, welche es ermöglichen, auf alternative Verbindungsverfahren, bspw. Schweißverfahren zu verzichten.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das freie Ende des Nietdorns einen durch eine Niethohlrauminnenfläche und einen Niethohlraumgrund begrenzten Niethohlraum aufweist. Die vorteilhafte Ausgestaltung des freien Endes des Niets mit einem Niethohlraum weist eine Vielzahl von Vorteilen auf, die sowohl die Verarbeitung wie auch die durch den Niet hergestellte Verbindung betreffen. So erlaubt die weitergebildete Nietgeometrie eine Reduzierung der Fügekräfte zur Herstellung der durch den Niet hergestellten Verbindung. Weitere positive Eigenschaften sind ein gleichmäßiges Aufspreizverhalten, wodurch eine Gefahr von Beschädigungen der zu verbindenden Bauteile deutlich reduziert werden kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Niethülse an ihrem dem Nietdornkopf gegenüberliegenden Ende eine sich an den Niethülsenschaft anschließenden und radial über diesen hinausragenden Niethülsenflansch aufweist. Durch die Verwendung eines Niethülsenflanschs, welcher von der dem Nietdorn gegenüberliegenden Seite in die Öffnung der zu verbindenden Bauteile eingesetzt wird, besitzt der derart weitergebildete Niet eine definierte Nietkopfform mit einer vordefinierten Anlagefläche an einem der zu verbindenden Werkstücke. Durch den Nietdornkopf, welcher auf der dem Niethülsenflansch gegenüberliegenden Seite an den zu verbindenden Werkstücken anliegt, weist die Nietverbindung sowohl auf der Schließ- als auch auf der Setzseite eine vordefinierte Kopfform auf. Dies betrifft sowohl den Kopfdurchmesser als auch die Kopfhöhe, welche unabhängig von evtl. Blechdickentoleranzen ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der Niethülsenflansch einen umlaufenden, an die Durchgangsöffnung angrenzenden Absatz aufweist. Die Ausgestaltung des Niethülsenflansches mit einem eine Durchgangsöffnung angrenzenden Absatz definiert einen vorbestimmten Bereich, in dem der Nietkopf beim Setzen des Niets ausgebildet wird. Der Absatz gewährleistet somit in ergänzender Weise, dass der Niet beidseitig eine vordefinierte Form nach dem Setzen besitzt.
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Zur Herstellung der Nietverbindung können der Nietdorn und die Niethülse separat voneinander an den zu verbindenden Werkstücken angeordnet werden, wobei nach einer Anordnung der Niethülse an den Werkstücken anschließend der Nietdorn in die an den Werkstücken platzierte Niethülse eingeschoben wird. Im Falle der Verwendung einer Niethülse mit einem umlaufenden Niethülsenflansch werden Niethülse und Nietdorn von gegenüberliegenden Seiten in die Werkstücke eingesetzt.
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Im Falle der Verwendung einer Niethülse ohne Niethülsenflansch ist nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Niethülse kraftschlüssig mit dem Nietdorn verbunden ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung erleichtert die Anordnung des Niets, nachdem auf eine separate Anordnung des Nietdorns in der Niethülse verzichtet werden kann. Die Ausgestaltung der kraftschlüssigen Verbindung ist dabei derart, dass eine stabile Nietverbindung hergestellt werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht zweier zu verbindender Werkstücke mit einem in einer Öffnung der Werkstücke angeordneten Niet in einem nicht gesetzten Zustand;
- 2 eine perspektivische Ansicht der Werkstücke von 1 im durch den gesetzten Niet verbundenen Zustand;
- 3 eine perspektivische Ansicht zweier Werkstücke mit einer weiteren Ausführungsform eines Niets im ungesetzten Zustand und
- 4 eine perspektivische Ansicht der Werkstücke von 3 im gesetzten Zustand des Niets.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines Niets 1a dargestellt, welche einen Nietdorn 5 sowie eine koaxial zu dem Nietdorn 5 angeordnete Niethülse 2a aufweist. In 1 ist dabei der Niet 1a in einer Öffnung zweier zu verbindender Werkstücke 14a, 14b angeordnet, wobei der Niet 1a sich im ungesetzten Zustand befindet. Im ungesetzten Zustand liegt ein Nietdornkopf 8 des Nietdorns 5 außenseitig an dem Werkstück 14b und dem Niethülsenschaft 4 an und ein Nietdornschaft 6 des Nietdorns 5 erstreckt sich durch den Niethülsenschaft 4 und ragt mit einem freien Ende 7 über die Oberseite des Werkstücks 14a hinaus. Zur Herstellung einer Nietverbindung erfolgt eine Verformung des freien Endes 7 durch ein hier nicht dargestelltes Nietwerkzeug, wobei das freie Ende soweit plastisch verformt wird, bis der in 2 dargestellte Nietkopf 15 ausgebildet ist. Die Ausgestaltung des freien Endes 7 mit einem durch einen Niethohlraumgrund 11 und einer Niethohlrauminnenfläche 10 abgegrenzten Niethohlraum 9 ermöglicht dabei eine einfache und zuverlässige Verformung des freien Endes 7 zu einem Nietkopf 15, wie in 2 dargestellt.
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Eine zweite Ausführungsform eines Niets 1b ist in den 3 und 4 im ungesetzten und gesetzten Zustand dargestellt. Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten Niet 1a weist der Niet 1b eine Niethülse 2b auf, welche an dem dem Nietdornkopf 8 gegenüberliegenden Ende einen auf einer Oberseite des Werkstücks 14a aufliegenden umlaufenden Niethülsenflansch 12 besitzt. Der Niethülsenflansch 12 besitzt ferner einen an die Durchgangsöffnung 3 des Niethülsenschafts 4 angrenzenden Absatz 13, welcher zur Aufnahme des Nietkopfs 15 des gesetzten Niets 1b ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1a,1b
- Niet
- 2a, 2b
- Niethülse
- 3
- Durchgangsöffnung
- 4
- Niethülsenschaft
- 5
- Nietdorn
- 6
- Nietdornschaft
- 7
- freies Ende
- 8
- Nietdornkopf
- 9
- Niethohlraum
- 10
- Niethohlrauminnenfläche
- 11
- Niethohlraumgrund
- 12
- Niethülsenflansch
- 13
- Absatz
- 14a, 14b
- Werkstück
- 15
- Nietkopf
