DE2106107A1

DE2106107A1 - Selbstbohrender Zug Niet

Info

Publication number: DE2106107A1
Application number: DE19712106107
Authority: DE
Inventors: Peter Henry Sydenham London James
Original assignee: QUARTZ INVESTMENTS Ltd
Current assignee: QUARTZ INVESTMENTS Ltd
Priority date: 1970-02-11
Filing date: 1971-02-09
Publication date: 1971-08-19
Also published as: AU2516771A; BE762760A; NL7101690A; ZA71692B; SU376961A3; FR2078443A5

Description

Unsere Zeichen: A 19 71, A 20 71 B/He 8. Februar I97I

Firma QUARTZ INVESTMENTS LIMITED, Shirley Street, P.O. Box 247, Nassau, Bahamas, V.St.A.

Selbstbohrender Zug-Niet

Die Erfindung betrifft einen selbstbohrenden Zug-Niet bestehend aus einem an einem Ende mit einem Flansch versehenen verformbaren Rohr und aus einem das Rohr axial durchsetzenden Dorn, der einen angeformten Kopf mit einer Bohrspitze aufweist.

Zug-Nieten enthalten üblicherweise ein Rohr, das an einem Ende zu einem Flansch verformt ist. Dieses Rohr besteht aus einem Metall mit guter Verformbarkeit. Ferner enthalten die Zug-Nieten einen Dorn mit größerer Länge als die Rohrlänge, der in axialer Richtung das Rohr durchsetzt. Der Dorn hat einen angeformten Kopf mit größerem Durchmesser als das Rohr. Dieser Kopf befindet sich an dem Vorende, das dem Flansch abgewandt ist, und

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es besteht der Dorn mit dem angeformten Kopf aus einem sehr harten Metall mit geringer Verformbarkeit. Nieten dieser" Art sind seit einigen Jahren bekannt. Sie können zur Befestigung zweier Teile dienen, wobei der Dorn mit dem ihn umgebenden Rohr durch axial ausgerichtete Löcher in den zu befestigenden Teilen hindurchgesteckt wird, wobei der Flansch in Anlage mit einem der Teile kommt. Mit Hilfe eines handbetätigten oder kraftbetätigten Werkzeuges wird dann der Dorn axial in solcher Richtung durch das Rohr gezogen, daß der Kopf des Domes das dem Flansch abgewandte Rohrende auseinander spreizt und so einen zweiten Flansch solcher Art bildet, wie er vorher an dem gegenüberliegenden Ende vorgesehen war. Die beiden Teile werden so miteinander verbunden, und es wird dann der vorspringende Teil des Domes abgebrochen, wobei der Kopf des Domes und ein kurzer Teil des Domes innerhalb des mit Flanschen versehenen Rohres verbleibt, damit der Niet einen dauerhaften Kern erhält. Wenn ein dauerhafter Kern nicht erforderlich ist, kann der Niet auch so ausgebildet sein, daß der ganze Dorn entfernt wird, so daß die genietete Verbindung nur durch das verformte Rohr aufrechterhalten wird.

Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, selbstbohrende Zug-Nieten herzustellen, die den vorbeschriebenen Nieten ähnlich sind, mit der Ausnahme, daß der Kopf

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des Domes mit einer Bohrspitze versehen ist, so daß der Niet durch Drehung dazu benutzt werden kann, sein eigenes Loch durch zwei oder mehr aneinander liegende Elemente, die miteinander zu verbinden sind, zu bohren, bevor der Dorn axial durch das Rohr gezogen wird. Dies hat natürlich den Vorteil, daß ein Arbeitsschritt bei der Herstellung der Niet-Verbindung vermieden wird und daß eine genaue Ausrichtung von vorgebohrten Löchern in Platten oder Tafeln oder anderen miteinander zu verbindenden Elementen nicht mehr erforderlich sind. In der USA-Patentschrift 3·412.594 sind sowohl ein selbstbohrender Zug-Niet als auch ein Werkzeug für die Befestigung solcher Nieten gezeigt, jedoch ist der beschriebene und dargestellte Niet insofern nachteilig, als sein Dornkopf das zugehörige Rohr nicht in solcher.Weise aufspreizt, daß eine einfache Befestigung erreichbar ist, wie sie mit den bekannten, nicht selbstbohrenden Zug-Nieten erreichbar ist. Trotz verschiedener Versuche, geeignete selbstbohrende Zug-Nieten herzustellen, wie sie z.B. in der USA-Patentschrift 3.412.59²I- angegeben sind, ist keiner von diesen wirtschaftlich ausgewertet worden, und zwar in erster Linie im Hinblick auf deren Kosten, die im Vergleich mit den seit mehreren Jahren bekannten Nieten, die in Großbritannien

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unter dem Warenzeichen "POP" bekannt sind, hoch liegen, und dies obwohl diese üblichen Zug-Nieten ein Vorbohren der miteinander zu verbindenden Werkstücke und eine genaue Ausrichtung der Bohrungen vor Beginn der Nietung erfordern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und wirksamen selbstbohrenden Zug-Niet zu schaffen, der mit geringem Preis herstellbar ist und ihn in wirtschaftlicher Hinsicht attraktiv im Vergleich zu den bekannten nicht selbstbohrenden Zug-Nieten macht.

Es ist festgestellt worden, daß bei der Herstellung von in wirtschaftlicher Hinsicht interessanten selbstbohrenden Zug-Nieten verschiedene Hauptfaktoren auftreten. Der wichtigste dieser Paktoren ist die Form der Verbindung zwischen dem Dornkörper und dem Dornkopf, der mit der Bohrspitze versehen ist. Andere wichtige Paktoren sind die Materialien, aus denen die Nieten hergestellt sind, und die besondere Ausbildung der verwendeten Bohrspitze. Es ist selbstverständlich wichtig, daß das verformbare Rohr durch

e den Kopf ohne Aufreißen wirksam aufgesprizt werden kann und daß der mit einer Bohrspitze versehene Dornkopf das leistet, was für eine einzige Bohrung und für das nachfolgende Aufspreizen des Rohres erforderlich ist. Die Bohr-

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spitze muß schnell und mit geringen Kosten unter Massenproduktionsbedingungen hergestellt werden können,, wobei sie aber für die Bohrung eines einzigen Loches durch zwei oder mehrere aneinander liegende Werkstücke aus beliebigem Material ausreichend wirksam sein muß, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Werkstücke gegebenenfalls aus einem einen großen Bohrwiderstand bietenden Material bestehen können.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Dornkopf einstückig in den Dornkörper mit kleinerem Durchmesser mittels eines Halses übergeht, der aus zwei entgegengesetzt gekrümmten Übergangsflächen besteht, von denen die dem Dornkopf näher gelegene Übergangsfläche einen Krümmungsradius hat, der gleich oder im wesentlichen gleich dem Radius des zylindrischen Dornkopfes ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt dieser Fläche im wesentlichen mit der Längsachse des Domes zusammenfällt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Inner Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Dornkopfes und eines Teiles des Domes eines selbstbohrenden Zug-Nietes gemäß der Erfindung, wobei das Nietrohr gestrichelt gezeichnet ist,

Pig. 2 eine Seitenansicht des Dornkopfes des Nietes nach Figur 1 und

Fig. J eine Draufsicht auf den Dornkopf in Richtung des Pfeiles 3 in Figur 2.

Der in der Zeichnung dargestellte selbstbohrende Zug-Niet besitzt einen Dorn 18, welcher in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Länge von etwa 18,5 mm hat. Der Dorn hat einen Durchmesser D (Figur 2) von ungefähr 2 mm. Ein angeformter Kopf 19 ist an einem Ende des Domes 18 ausgebildet. Dieser Kopf kann mit den übrigen Teilen des Nietes während des Nietvorganges in Richtung des in Figur 3 mit 20 bezeichneten Teiles gedreht werden. Der Kopf 19 ist vorzugsweise kreiszylindrisch ausgebildet und besitzt einen Durchmesser 2R (Figur 3) von ungefähr 4 mm.

Wie aus den Figuren hervorgeht, hat die Bohrspitze, mit welcher der Kopf 19 versehen ist, eine zentrale Kante 21, die sich rechtwinklig zur Längsachse des Domes 18 erstreckt. Zwei Spannuten 24 sind in die sich . verjüngende Oberfläche der Bohrspitze des Kopfes 19 einge-

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schnitten, und es sind diese Spannuten flankiert von zwei etwa konisch geneigten Schneidkanten 22. In Bezug auf die vorgesehene Drehrichtung 20 ist hinter jeder Kante 22 ein rückwärts geneigter Tragbereich 23 vorgesehen. Der Niet enthält ein verformbares Metallrohr 16, das in Figur 1 gestrichelt gezeigt ist und das an dem vom Dornkopf 19 abliegenden Ende mit einem angeformten Plansch I7 versehen j ist. Das Rohr 16 selbst hat im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie der Kopf 19· Es ist nicht notwendig, das mit einem Flansch versehene Rohr mit weiteren Einzelheiten zu besehreiben, weil es im wesentlichen in seiner Konstruktion identisch mit den verformbaren Rohren bekannter Zug-Niete ist, z.B. mit solchen, die in Großbritannien unter dem Warenzeichen "POP" verkauft werden. Nachdem die Bohrspitze koaxiale Bohrungen durch zwei ödere mehrere Platten oder andere durch den Niet miteinander zu verbindende Werkstücke gebohrt hat und nachdem der Flansch I7 " in Anlage gegen eines dieser Werkstücke gebracht worden ist, wird der Dorn 18 in Richtung des Pfeiles 25 (Figur 1) gezogen. Durch diese Bewegung bewirkt der Kopf 19 ein Kaltfließen des verformbaren Rohres 16.

Damit das Kaltfließen des Rohres 16 in richtiger

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Weise erfolgt, d.h. derart, daß das Rohr ohne Aufreißen in eine flanschartige Form mit etwa dem gleichen Durchmesser wie der Plansch 17 aufgespreizt wird, geht die Basis des Kopfes 19 in den Körper des Dornes 18 mittels eines Halses 26 über, der in den Seitenansichten der Figuren 1 und 2 der Zeichnung die Form zweier entgegengesetzt gerichteter, gekrümmter Übergangsflächen hat. Die in der Zeichnung obere, konvex gekrümmte Fläche hat einen Krümmungsradius Rl, während die in der Zeichnung untere, konkav gekrümmte Fläche einen Krümmungsradius R2 besitzt, wobei das KrümmungsZentrum der erstgenannten Fläche im wesentlichen mit der Längsachse des Dornes 1& zusammenfällt. Gemäß der Erfindung ist der Krümmungsradius Rl gleich oder im wesentlichen gleich dem Radius R (Figur 3) des zylindrischen Kopfes 19, denn es ist festgestellt worden, daß das verformbare Rohr 16 mit größtem Wirkungsgrad und mit einer den Dorn 18 in die Richtung 15 ziehenden geringsten Zugkraft aufgespreizt werden kann, wenn diese Bedingung erfüllt ist. Es ist wünschenswert, daß der Krümmungsradius R2 ebenfalls gleich oder im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius Rl und dem Radius des zylindrischen Kopfes 19 ist, obgleich dies nicht von so großer Wichtigkeit ist.

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Um eine Neigung zum Aufreißen des Rohres zu verhindern, sollte in den gleichförmig gekrümmten Flächen'des Halses 26 kein Bruch auftreten. So sollten z.B. die Endteile der Spannuten 24 nicht in die obere, konvex gekrümmte Fläche des Halses 26 eindringen. Andererseits ist es wünschenswert, wenn auch nicht notwendig, daß die überschüssige Fläche zwischen Hals 26 und Basis der Spannuten 24 so klein wie möglich ist, da jede zusätzliche Fläche die Reibung zwischen dem Kopf 19 und dem Rohr Ib während der Bewegung des ersteren in Richtung des Pfeiles 25 die für diese Bewegung erforderliche Kraft erhöht. Es ist also erwünscht, daß der Abstand in Längsrichtung zwischen der zentralen Schneidkante 21 und dem Hals 26 so kurz wie möglich ist, um nochmals den Reibungswiderstand auf einem Minimum zu halten. Dies wird dadurch verwirklicht, daß die axiale Länge des Kopfes 19 im Vergleich mit den in den Zeichnungen dargestellten Proportionen verringert wird.

Selbstverständlich können selbstbohrende Zug-Nieten sowohl mit größeren als auch mit geringeren Abmessungen hergestellt werden, als sie in der vorliegenden Beschreibung angegeben sind. Bei ungewöhnlich großen Nieten kann eine Bewegung des Dornkopfes 19 in Richtung des Pfeiles 25 in Bezug auf das Rohr 16 mit geringerem Energieverbrauch erfolgen,

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r wenn vorher auf den Hals 26 des Domes ein Hochdruckschmiemittel, und zwar vorzugsweise ein festes Schmiermittel, wie z.B. Molybdän^ Disulphid oder Graphit, aufgebracht wird.

Ganz gleich, was für eine Bohrspitze verwendet wird, ob es nun eine der beschriebenen Art ist oder nicht, so sollte der gesamte Dorn 18 mit seinem einstückigen Kopf 19 aus einem harten metallischen Material hergestellt werden, das nicht übermäßig teuer ist. Bei Anwendung der besonderen Abmessungen, die für das beschriebene Beispiel gegeben sind, sollten das metallische Material, das für den Dorn 18 und seinen Kopf 19 verwendet ist, eine Mindest-Zugfestigkeit von etwa 12,6 t pro cm haben. Die folgende Tabelle zeigt verschiedene Stähle, die alle als geeignet für die Herstellung von Dornen mit den für das vorbeschriebene Beispiel angegebenen Dimensionen als geeignet befunden worden sind. Die angegebenen Stähle beziehen sich alle auf die allgemein bekannte British Standard Specification No. 970 und die äquivalente ebenso bekannte DTD Specifi-

Palle cation. Die Mindestzugfestigkeit und in einem die Streck-

grenze sind jeweils in Tonnen pro cm angegeben. Diese

Werte beziehen sich auf die DTD-Specification mit Ausnahme des in der Liste zuerst angegebenen Stahles.

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ο co co

British Standard Specification

EN

Entsprechende DTD Specification

DTD

215

5A

115 5A

Streckgrenze , Tonnen rcro cm*

10,1

Mindestzugfestigkeit Bruch-Tonnen pro cm² dehnung

12,ό
18,9/25,2

15/18,9

14,2/10,5 15/18,9

10

4a 14,2/17,3

Ferner sollte zur Erzielung einer Mindestzugfestigkeit

p
von 12,6 t/cm und einer Mindeststreckgrenze von etwa 10,1 t/cm der verwendete Stahl oder ein anderes metallisches Material so beschaffen sein, daß es bearbeitet und gehärtet werden kann, ohne daß ein merkbarer Kristallisationgrad auftritt. Das verwendete Metall ist vorzugsweise so gewählt, daß es für eine induktive Wärmebehandlung geeignet ist, da dies ein einfacher und billiger Weg ist, die Härte des Kopfes 19 in Bezug auf den übrigen Dorn 18 zu erhöhen, wenn dies notwendig sein sollte. Es ist wünschenswert, daß das gewählte Material einen möglichst kleinen Bruchdehnungsfaktor aufweist, um Schwierigkeiten bei der Anwendung des Werkzeuges für das Anbringen des Nietes zu vermeiden.

In den weitaus meisten Fällen kann der Dorn 18 entfernt werden. Zu diesem Zweck wird eine in der Zeichnung nicht dargestellte Sollbruchstelle in einiger Entfernung von dem Kopf 19 ausgebildet, wobei die Entfernung vom Kopf von den Abmessungen des verformbaren Rohres 16 abhängt, mit welchem der Dorn 18 zusammenwirken soll. Bei einem typischen Beispiel, wie es z.B. in der Zeichnung dargestellt ist, können Bruchkerben in Form von zwei dia-

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metral gegenüberliegenden Eindrückungen in dem Dorn 18 vorgesehen sein, wobei diese Eindrückungen sehr nahe dem Hals 26 angeordnet sind, so daß der Dorn abgebrochen werden kann, um den Kopf 19 wegzuwerfen. Wahlweise können, wenn für den Niet ein harter Kern erforderlich ist, die diametral gegenüberliegenden Eindrückungen auf dem Kern IS in einer Entfernung von einigen Millimetern vom Hals 26 weg angeordnet werden, so daß der Kern ungefähr auf der Höhe mit dem Plansch 17 abgebrochen werden kann. Die diametral gegenüberliegenden Eindrückungen sollten, im Querschnitt gesehen, mit schwachen Krümmungen versehen sein, so daß keine scharfen Ecken oder Kanten auftreten, wo die Eindrückungen in die Oberfläche des Domes 18 übergehen. Auch die Innenteile der Eindrückungen sollen nur mit schwachen Krümmungen versehen sein, deren Krümmungsradien so groß wie möglich sein sollen. Ein vorzeitiges Abbrechen des Domes tritt weniger leicht auf, wenn diese Form von Bruchkerbenanordnung verwendet wird. Der Querschnitt des Domes sollte an den Bruchstellen wirklich vermindert sein anstatt daß das Metall nur seitlich abgespreizt wird, da anderenfalls ein Bruch an einer nicht gewünschten Stelle auftreten kann. Es ist natürlich nicht wesentlich, daß der Dorn 18 entfernbar ist, sondern er kann in dem deformierten verformbaren Rohr 16 vorspringend ver-

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bleiben, wenn es für einen besonderen Zweck erforderlich ist.

Um den Preis des Nietes möglichst gering zu halten, so daß seine selbstverständlichen Vorteile wirtschaftlich interessant werden, sollte das verformbare Rohr 16 auch aus einem metallischen Material bestehen, das so billig wie möglich ist. Das vorzugsweise verwendete Metall hängt bis zu einem gewissen Grad natürlich von der Größe des Nietes und von der erforderlichen Festigkeit der Befestigungen ab, die der Niet herstellen soll, jedoch können das Rohr 16 und sein Plansch 17 aus unlegiertem Stahl oder aus einer leicht verformbaren Legierung hergestellt werden, z.B. aus einer in Großbritannien unter der Bezeichnung "H 50 WP" bekannten Legierung.

Es ist zu erwähnen, daß es unabhängig von der für die Bohrspitze eines Kernes eines erfindungsgemäßen Nietes gewählten Form nur erforderlich ist, eine einzige Bohrung durch normalerweise aneinanderliegende Metallplatten oder andere harte Werkstücke vorzunehmen. Infolgedessen ist es völlig unwirtschaftlich, eine Bohrspitze herzustellen, die für mehrere Bohrvorgänge geeignet ist.

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Es ist festgestellt worden, daß selbstbohrende Zug-Niete mit Bohrspitzen der beschriebenen und dargestellten Art, die aus einem der erwähnten Metalle bestehen, gut der Abnutzung widerstehen können, die bei einem einzigen Bohrvorgang erheblichen Schwierigkeitsgrades in Bezug auf die Abstumpfung der Bohrspitze auftritt. Die verwendeten Metalle sind nur wenig, wenn überhaupt, teurer als diejenigen, die für übliche, nicht selbstbohrende Zug-Niete verwendet werden, und die Form der beschriebenen Bohrspitze bietet sich von selbst für eine billige Massenproduktion an.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte besondere Form der Bohrspitze beschränkt, sondern es können eine Anzahl anderer einfacher Formen von Bohrspitzen verwendet werden, die für eine Massenproduktion geeignet sind und die während eines einzigen Bohrvorganges nicht zu stumpf werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Cl 7" Selbstbohrender Zug-Niet bestehend aus einem an einem Ende mit einem Plansch versehenen Rohr und aus einem das Rohr axial durchsetzenden Dorn mit einem eine Bohrspitze aufweisenden angeformten Kopf, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Dornkopf (19) einstückig in den Dornkörper (18) mit kleinerem Durchmesser mittels eines Halses (26) übergeht, der aus zwei entgegengesetzt gekrümmten Übergangsflächen besteht, von denen die dem Dornkopf (19) näher gelegene Übergangsfläche einen Krümmungsradius (Rl) hat, der gleich oder im wesentlichen gleich dem Radius (R) des zylindrischen Dornkopfes (19) ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt dieser Fläche im wesentlichen mit der Längsachse des Dornes

(18) zusammenfal1t.
2. Selbstbahrender Zug-Niet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R2) der dem Dornkopf (19) abgelegenen Übergangsfläche ebenfalls gleich oder im wesentlichen gleich dem Radius (R) des Dornkopfes

(19) ist.

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3· Selbstbohrender Zug-Niet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (18) und sein Kopf (19) aus einem Metall mit einer Mindestzugfestigkeit von

etwa 12,6 t pro cm und einer Mindeststreckgrenze von

ρ
etwa 10,1 t pro cm besteht.
4. Selbstbohrender Zug-Niet nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein in der British Standard Specification No. 970 folgendermaßen bezeichneter Stahl ist:

EN 19, EN 42, EN 42A, EN 42B, EN 42C, EN 42D,

EN 45, EN 49A, EN 49B, EN 49C, EN 49D oder EN 50.
5. Selbstbohrender Zug-Niet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Rohr (16) und sein Plansch (1?) aus unlegiertem Stahl oder aus einer in Großbritannien unter der Bezeichnung

¹¹H 30 WP" bezeichneten Metallegierung besteht.
6. Selbstbohrender Zug-Niet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (18) mit einer Sollbruchstelle versehen ist, an welcher er nach dem Nietvorgang abbrechbar ist.

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7. Selbstbohrender Zug-Niet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle aus zwei diametral gegenüber liegenden Eindrückungen unmittelbar am Dornhals (26) oder in geringem Abstand von diesem Hals im Dorn selbst besteht.
8. . Selbstbohrender Zug-Niet nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die diametral gegenüber liegenden Eindrückungen im Querschnitt schwach gekrümmte Übergänge aufweisen und an ihren Verbindungen mit der Dornaußenfläche und an ihren Innenteilen frei von scharfen Ecken oder Spitzen sind.
9. Selbstbohrender Zug-Niet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Dornhals (26) ein Hochdruckschmiermittel aufgebracht ist.
10. Selbstbohrender Zug-Niet nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochdruckschmiermittel Molybdändisulphid oder Graphit ist.
11. Selbstbohrender Zug-Niet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (18) 18,5 mm lang ist, daß der Dornkörper einen Durchmesser (D)

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von etwa 2 mm hat und daß sowohl der Dornkopf (I9) als auch das verformbare Rohr (16) einen Außendurehmesser (2R) von etwa 4 mm haben.
12. Selbstbohrender Zug-Niet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrspitze des Dornkopfes (I9) mit einer zentrischen diagonalen Hauptschneide (21) versehen ist, die an gegenüber liegenden Enden von Spannuten (24) und an gegenüber liegenden Seiten von in Bezug auf die vorgesehene Drehrichtung der Bohrspitze rückwärts geneigten Tragbereichen (25) für zwei angenähert konisch geneigte Schneidkanten (22) flankiert ist, die an den Übergängen zwischen den Tragbereichen (23) und den Spannuten (24) gebildet sind.

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