DE2130643C3 - Vorrichtung zur Herstellung einer Nietverbindung - Google Patents
Vorrichtung zur Herstellung einer NietverbindungInfo
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Description
Vorgehen wird das Ermüdungsverhalten der Verbindung merklich verbessert, weil sie bei geeigneter Bemessung
des konischen Loches in den Blechen Druck- oder Preßkräfte über die gesamte Schaftlänge des Niets
hervorruft. Diese Pressungen sind jedoch außerhalb der dem zweiten Nietkopf benachbarten Zonen, wo sie
infolge der Ausweitung des Niets einen erhöhten Wert haben, über die Länge des Schaftes sehr ungleichmäßig
verteilt. Im Lauf der Zeit kommt es dann in den Blechen in der Nähe des vorgeformten Kopfes des
Niets zum Reißen oder zu einem Bruch. Versuche haben in dei Tat gezeigt, d:.ß gerade in dieser Zone die
höchsten wechselnden Zugbeanspruchungen auftreten.
Ferner ist dazu zu sagen, daß die Herstellung konischer Löcher mit genauen Abmessungen in den
Blechen eine spezielle und kostspielige Bearbeitung notwendig macht und besondere Vorkehrungen bedingt,
wie z. B. eine sehr genaue Kontrolle der F.indringtiefe des verwendeten Werkzeuges.
Um bei einer Nietverbindung einen günstigen Verlauf
der Quervorspannungen im Nietschaft zu erzielen, ist in der deutschen Offeniegungsschrift 1 943 811 vorgeschlagen
worden, auf der Seite des zu bildenden Schließkopfes des Niets einen dessen Formung beeinflussenden
Einsatzring anzuordnen und den vorgeformten Nietkopf mit einer überschüssigen Materialmenge
zu versehen, die sich vor der Herstellung der Nietung außerhalb des den Niet aufnehmenden Loches
befindet und die beim Nieten durch einen besonderen Stempel in das Lochinnere hineingedrückt werden soll,
um dadurch eine Verdickung des Niets an seinem dem Schließkopf entgegengesetzten Ende innerhalb des
Loches zu erreichen. Bei einem Senkniet ist /u diesem Zweck der vorgeformte konische Kopf auf seiner
Stirnseite mit einer Erhöhung in Form eines Kugel-■.lhsrhnittes
oder eines Kegels versehen. Ein derartiger Niet, der im Oberbegriff des Patenianspuu-'ncs α!., ζν.
verbessernder Stand der Technik angegeben wurde, soll außer einem zylindrischen Schaft auch einen gleichmäßig
verjüngten oder auch einen nur teilweise verjüngten Schaft haben können. Der Durchmesser des in
den Blechen vorgesehenen Loches, in das der unverformte
Niet eingesetzt wird, ist dabei immer größer als der Durchmesser des Nietschaftes.
Eine Nietverbindung dieser Art erfordert mit dem Einsatzring einen zusätzlichen Teil, der einwandfrei
justiert werden muß. Darüber hinaus kann ein solcher Einsatzring in den mit ihm in Berührung stehenden
Bereichen der Bleche Zonen von verringerter Festigkeit entstehen lassen und eine einwandfreie Verteilung der
Vorspannungen behindern. Auf der Seite des vorgeformten Kopfes muß das überschüssige Material an
der Außenseite desselben beim Nietvorgang von diesem Kopfende her zum Fließen in Längsrichtung gebracht
werden. Dies erfordert besondere Einrichtungen zur Aufbringung der dazu benötigten hohen Kräfte. Es ist
dabei nicht auszuschließen, daß größere Materialverschiebungen sich an einzelne Stellen ungünstig auf
die Qualität der Nietverbindung auswirken.
Um bei der Herstellung einer Nietverbindung die Bildung des Schließkopfes zu erleichtern und im
Bedarfsfall auch ein leichtes Abtrennen desselben zu ermöglichen, ist in der britischen Patentschrift 263 421
vorgeschlagen worden, das Ende des Nietschaftes mit einer im Querschnitt V-förmigen Kreuznut zu versehen.
Bei der dargestellten Ausführung ist der Nietschaft dabei über seine gesamte Länge leicht konisch.
Zur Verhinderung von Querkräften bei Nietverbindungen mit sich überlappenden Teilen sieht die
deutsche Patentschrift 335 213 einen formschlüssigen Eingriff der zu diesem Zweck entsprechend profilierten
Berührungsflächen vor. Die Verbindung selbst ist durch übliche Doppelkopf-Nieie bewirkt, deren Köpfe
von vor dem Nieten konisch eingesenkten Löchern aufgenommen werden.
Die Aufgabe dei Erfindung besteht darin. Vorrichtungen
der durch die deutsche Offenlegungsschrift
ίο 1 943 811 bekanntgewordenen und im Oberbegriff des
Anspruchs i angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß der durch das Verfahren mit der Vorrichtung
erreichte Endzustand der Blechverbindung in wesentlich einfacher Weise mit einfachen Mitteln erreicht w ird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Durchmesser des den Niet aufnehmende!!
Loches im wesentlichen /wischen einerseits dem Durchmesser des kleinen Querschnitts des konischen Teile*
des Niets und andererseits dem mittleren Wert I ., !
' 2
der Durchmesser des großen Querschnitts und des
kleinen Querschnitts dieses konischen Teiles liegt, wobei der konische Teil des Niets eine im wesentlichen
zwischen 1 und 15U/O liegende Neigung aufweist, während
das Verhältnis des Durchmessers seines großen Querschnitts zum Durchmesser seines kleinen Querschnitts
im wesentlichen /wischen 1,05 und 1,25 ließt (1.05 < /)/</<
1,25).
Nach der Einführung des Niets in das zylindrische Loch und vor der Bildung des Schließkopfes haben
die Pressungen und damit die Quervorspannungen ihre größten Werte unterhalb des vorgeformten Kopfes
und vermindern sich von dieser Zone an bis hin zu demjenigen Querschnitt des Niets, von dem aus der
unter Kraftwirkung eingesetzte, aber noch nicht gestauchte Schaft nicht mehr in Berührung mit den
m»,-hpn ist. Die Bildung des zweiten Kopfes führt zur
Schaffung neuer Pressungen und i^uervui:>|>uri.ii.n;;er·.,
die ihren Maximalwct unter diesem zweiten Kopf haben und von dort aus abnehmen. Die endgültige
Verteilung der Vorspannungen ergibt sich aus der Zusammensetzung der genannten beiden Einzelverleilungen.
Die resultierenden, über die Länge des Nietschaftes nicht gleichmäßig verteilten Vorspannungen
sind am geringsten im mittleren Teil der Verbindung und nehmen von dort aus zu den beiden Rändern
derselben hin zu, um ihre maximalen Werte jeweils unter dem vorgeformten Kopf und unter dem Schließkopf
erreichen.
Ein solcher Verlauf der Quervorspannungen, der für die Dauerfestigkeit und den Ermüdungswiderstand
der Verbindung von wesentlicher Bedeutung ist und durch den insbesondere auch Brüche unterhalb des
vorgeformten Kopfes des Niets verhindert werden, wird mit tier Erfindung auf einfache und praktische
Weise erreicht, ohne daß dazu komplizierte Vorrichtungen oder Hilfsmittel benötigt werden. Die Herstellung
zylindrischer Löcher mit Durchmessern in den angegebenen Grenzen stellt einen Arbeitsgang üblicher
Art dar, der weder den Einsatz spezieller Werkzeuge noch sonstige besondere Vorkehrungen erfordert.
Die Quervorspannungen, die ihre Maximalwerte unter den beiden Nietköpfen haben, verbessern die
Dauerfestigkeit und den Ermüdungswiderstand der Verbindung in erheblichem Maße. Versuche haben
insbesondere gezeigt, daß die Bleche bei solchen Verbindungen längs des Schaftes keine Zonen aufweisen,
in denen der Widerstand gegenüber wechselnden Zug-
bcanspruchungcn merklich geringer als in anderen
Zonen ist. Trotz der sehr großen Anzahl von Lastwechseln, denen die Probestücke unterworfen wurden,
konnten insbesondere auch keine Brüche unterhalb der Nietköpfe festgestellt werden.
Dies alles zeigt den wesentlichen Vorteil der gemäß der Erfindung ausgebildeten Verbindungen, die sich
im Vergleich zu bekannten Verbindungen durch einen um das Zwei- bis Zehnfache höheren Wert der Daucrfcstigkeit
bzw. des Ermüdungswiderstandes auszeichnen und deren Herstellung bei alledem keinerlei besondere
Schwierigkeiten mit sich bringt.
Bei einer zweck mäßigen Ausführung setzt sich der konische Teil des Niets in einem zylindrischen Teil
fort, dessen QucrschniUsdurchmcsser gleich demjenigen des kleinen Querschnitts des konischen Teiles
ist. Hierdurch kann der gleiche Niet für Verbindungen von Blechen unterschiedlicher Stärke verwendet
werden. Damit ergibt sich ein großer Anwendungsbereich des Niets und eine erhebliche Verringerung
der Zahl der erforderlichen Typenreihcn. Es werden
somit Vorteile bei der Lagerung erzielt, und es wird die Zahl der Fcrtigungswerkzeuge klein gehalten.
Das vorstehende Ende des zylindrischen Teiles des Niets gestattet außerdem beim Setzen desselben ein
einwandfreies und praktisches Zentrieren des Niets in seinem Loch.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnun im einzelnen erläutert, bs zeigen
K i g. 1 und 2 schematisch eine übliche Nietung, wie sie bereits erläutert wurde.
F i g. 3 und 4 zwei Ausführungsformen eines Niets, der die Herstellung der Nietverbindung gestattet und
F-" i g. 5, 6 und 7 schematisch in verschiedenen Stufen die Herstellung einer Verbindung.
Der in F i g. 3 dargestellte Niet 7 umfaßt einen Senkkopf 8 und einen Schaft mit einem konischen
Teil 9 von der Länge L und einem zylindrischen Endteil 10. In ähnlicher Torrn weist der in F i g. 4 wiedergegebene
Niet 11 einen runden abgeflachten Kopf 12 und einen Schaft mit einem konischen Teil 13 von der
Länge L und einem zylindrischen Endteil 14 auf.
Die großen Querschnitte der konischen Teile dieser Niete haben einen Durchmesser D, während die kleinen
Querschnitte jeweils einen Durchmesser (/ aufweisen.
Als Beispiele sind in der nachstehenden Tabelle jeweils in Millimetern die Werte der Größen L, ti, D
und ihre Toleranzen für eine Reihe von Nieten aus Titan angegeben, die zur Verbindung von Blechen aus
einer Aluminiumlegierung bestimmt sind, wie sie üblicherweise in der Luftfahrt verwendet werden. Dabei
bedeutet das Zeichen ·. ■■ den Nenndurchmesser der zur Aufnahme der Niete bestimmten Löcher.
1.8 | L | 0,2 | 2,40 | d | 0,04 | 2,63 | D | 0.05 | |
.0 2·50 | 2,4 | f- | 0.2 | 3,20 | \ | 0,05 | 3.43 | \ | 0,05 |
3.30 | 2.70 | -1 | 0.25 | 3,60 | \- | 0,05 | 3,83 | 4 | 0,05 |
3.70 | 3.00 | \ | 0.25 | 4,00 | Y | 0.06 | 4,23 | f | 0,05 |
4.10 | 3.60 | \ | 0,25 | 4,80 | {· | 0.06 | 5,03 | + | 0.05 |
4.90 | 4.20 | \- | 0,25 | 5,60 | f | 0,06 | 5,83 | 0.05 | |
,c 5.70 | i | T | |||||||
F i g. 5 zeigt schematisch zwei miteinander zu verbindende Bleche 15 und 16 mit einem durch dieselben
hindurchgehenden zylindrischen Loch 17. Mit gcstrichelten Linien ist dabei ein Niet angedeutet, der
zur Herstellung der Verbindung dient und mit Bezug auf das Loch 17 so dimensioniert ist, wie es die vorstehende
Tabelle angibt. Beim Setzen des Niets wird dieser unter Krafteinwirkung in das zylindrische
Loch 17 eingetrieben (F i g. 6). Dabei erfahren die Bleche 15 und 16 eine Verformung in denjenigen
Zonen, die dem konischen Teil des Schaftes in seinem den Lochdurchmesser überschreitenden Durchmesserbereich
gegenüberliegen. Bereits vor der Bildung des zweiten Kopfes liegt das verformte Blech in diesen
Zonen ohne Spiel und unter der Wirkung von Einzwäng- oder Preßkräften an dem entsprechenden Teil
des Schaftes an.
Die Verteilung der Pressungen bzw. Quervorspannungcn
ist in dem der F i g. 6 zugeordneten Diagramm schematisch durch die Kurve C1 gezeigt. Diese Verteilung
hat ihren maximalen Wert unter dem vorgeformten Nietkopf und fällt dann bis zu einem bestimmten
Querschnitt ab.
Die durch die Bildung des Schließkopf« hervorgerufenen
Pressungen bzw. Quervorspannungen in den den gestauchten Partien benachbarten Zonen 18 sind
in ihrer Verteilung längs des Nietschaftes in dem der F i g. 7 zugeordneten Diagramm schematisch durch
die gestrichelte Linie C? angedeutet. Damit ergibt sich
eine resultierende Verteilung det Preßkräfwi bzw. Qucrvorspannungen.
wie sie in diesem Diagramm durch die Kurve C3 angegeben ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einander vereinigen soll. Das Spiel, welches der Niet
zur Herstellung einer Blechverbindung mit aus 5 in seinem Aufnahmeloch hat, ist in dieser r-igur SL1^
Metall oder einer Legierung mit erhöhten mecha- übertrieben dargestellt.
nischen Eigenschaften oder Festigkeitswerten, ins- Das Stauchen des vorstehenden hndt-s des schaum
besondere aus Titan oder einer Titanlegierung be- verformt den Niet und die Bleche, wie es schematise!,
stehendem, einen vorgeformten Kopf und einen in F i g. 2 dargestellt ist. Der Niet nimmt dabei cmc
am Ende zur Bildung eines Schließkopfs dienenden io leicht konische, sich zum zweiten Kopt hin eiw .nenu-Schaft
aufweisendem Niet, wobei der Niet, der Form an. In denjenigen Bereichen, die nahe den inzwischen
dem vorgeformten Kopf und einem End- stauchten Zonen liegen, wie z. B. an der Meile 5. m.ü
teil seines Schaftes einen konischen Teil mit auf der Niet eine starke Verbreiterung oder Durchmesser
der Seite des Kopfes liegendem großem Querschnitt zunähme erfahren (in Ι· ι g. 2 übertrieben dargeslelh ;
aufweist, in ein zylindrisches Loch in den Blechen 15 Sein Schaft befindet sich hier in dichter Berührung n,:.
eingesetzt wird, danach am Schaftende ein zweiler den Blechen, die durch die Ausdehnung des hchafi. .
Nietkopi durch Preßkräfte gebildet wird und dabei im Verlauf der Stauchoperation verformt worden sin·.:.
das Schaftmaterial in die Blechvvände derart hinein- Diese Erscheinung führt zu Einpreßwirkungen /v.
deformiert wird, daß in Schaftlängsrichtung der- sehen den Blechen und dem Schaft, die im Hin-ii.s
artige Quervorspannungen gebildet werden, daß 20 auf eine Dauerbeanspruchung und das trmudum
im Hinblick auf die Betriebsspannungen beim verhalten sehr vorteilhaft sind. Dagegen ist in de·, praktischen Einsatz der Blechverbindung an jedem jenigen Bereichen, wie /. B. an der Stelleo, die dem Schaftquerschnitt die günstigsten Festigkeitsvei- vorgeformten Kopf des Niets benachbart sind u:· i hältnisse entstehen, dadurch gekenn- damit von der gestauchten Zone weiter weg liegt-.·:, zeichnet, daß der Durchmesser des Loches 25 eine Veiformung des Niels nicht wahrnehmbar, so dt'. (17) im wesentlichen zwischen einerseits dem nach dem Nietvorgang in diesem Bereich ein gewiss , Durchmei er des kleinen Querschnitts (d) des Spiel zwischen dem Niet und den Blechen besteh.:; konischenTeiles(9.13)de* Niets(7,ll)undanderer- bleiben kann und jedenfalls Einpreßwirkungen pra!
im Hinblick auf die Betriebsspannungen beim verhalten sehr vorteilhaft sind. Dagegen ist in de·, praktischen Einsatz der Blechverbindung an jedem jenigen Bereichen, wie /. B. an der Stelleo, die dem Schaftquerschnitt die günstigsten Festigkeitsvei- vorgeformten Kopf des Niets benachbart sind u:· i hältnisse entstehen, dadurch gekenn- damit von der gestauchten Zone weiter weg liegt-.·:, zeichnet, daß der Durchmesser des Loches 25 eine Veiformung des Niels nicht wahrnehmbar, so dt'. (17) im wesentlichen zwischen einerseits dem nach dem Nietvorgang in diesem Bereich ein gewiss , Durchmei er des kleinen Querschnitts (d) des Spiel zwischen dem Niet und den Blechen besteh.:; konischenTeiles(9.13)de* Niets(7,ll)undanderer- bleiben kann und jedenfalls Einpreßwirkungen pra!
• ■ ·.,, ,,, /D ( i/\ . _. . tisch nicht existieren,
se.ts dem mittleren V, ert ( , ) der Durchmesser 3o pas Vorhandensem eines solchen Spiels uor
(D und ä) des großen Querschnitts und des kleinen Zwischenraumes beeinträchtigt natürlich die Dichth. u
Querschnitts dieses konischen Teiles (9,13) liegt, der Verbindung. Wie Dauerversuche gezeigt haben,
wobei der konische Teil (9,13) des Niets eine im führt das Fehlen einer Ausdehnung des Schaftes auf
wesentlichen zwischen 1 und 15% liegende Nei- der Seite des ersten Nietkopfes darüber hinaus noch
gung aufweist, während das Verhältnis des Durch- 35 zu einem ganz besonders schwerwiegenden Nachteil,
messers (D) seines großen Querschnitts zum Durch- Wird die Verbindung einer Wechselbeanspruchung
messer (rf) seines kleinen Querschnitts im wesent- unterworfei , so zeigt eine umci Verwendung »w.,
liehen zwischen 1,05 und 1,25 liegt (1,05 < D\d Titarmieten üblicher Art genietete Probe einen erher»-
< 1,25). lieh kleineren Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitswert
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 40 (etwa zwei- bis zehnmal geringer) als eine gleiche
kennzeichnet, daß der konische Teil (9, 13) des Probe, welche mit Nieten genietet ist, bei denen über
Schaftes sich in einem zylindrischen Teil (10, 14) ihre ganze Länge Ein/wängkräfte oder Preßwirkungen
foitsetzt, dessen Querschnitts-Durchmesser (el) zwischen den Blechen und dem Schaft hervorgerufen
gleich demjenigen des kleinen Querschnitts des werden.
konischen Teils (9, 13) ist. 45 Die Konstrukteure, die leichte Verbindungen mit
hoher Festigkeit schaffen müssen, wie z. B. in der Luftfahrt, stehen deshalb vor folgender Alternative.
Sie können einerseits Niete aus einem Material mit
erhöhten mechanischen Festigkeitseigenschaften ver-5twenden.
In diesem FnII kann, wie vorstehend eiläuten
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung der wurde, nach dem Nietvorgang ein Spiel zwischen den
im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art. Blechen und dem Niet verbleiben, und es sind in
Bei hochbeanspruchten Nietverbindungen, wie sie jedem Fall die hervorgerufenen Einzwängkräfte oder
in der Luftfahrt und auch auf anderen Gebieten be- Preßwirkungen derart gering, daß die Dauerfestigkeit
nötigt werden, müssen die Niete aus Metallen oder 55 bzw. der Ermiidungswiderstand stark herabgesetzt ist.
Legierungen mit erhöhten mechanischen Eigenschaften Die andere Möglichkeit besteht in der Verwendung
oder Fesligkeitswerten bestehen, wobei deren Grenze »weicherer« Nieten, die sich beim Nietvorgang ausnur
durch die Notwendigkeit gegeben ist, beim Niet- reichend verformen, um den Zwischenraum zwischen
Vorgang einen zweiten Kopf zu bilden. Die Art des den Flächen auszufüllen und Einzwängkräfte oder
Metalls muß daher so sein, daß sie die Ausführung 60 Preßwirkungen herbeizuführen. In diesem Fall erweist
dieses Formvorganges gestattet. sich jedoch die mechanische Festigkeit solcher Niete
Bei den herkömmlichen Nieten mit erhöhten Festig- als unzureichend im Hinblick auf die Beanspruchungen,
keitseigenschaften ist der Durchmesser des Schaft- denen sie unterworfen werden,
querschnitts geringfügig kleiner als derjenige des Um dieser Alternative zu entgehen, ist seitens des
querschnitts geringfügig kleiner als derjenige des Um dieser Alternative zu entgehen, ist seitens des
Loches, welches den Schaft aufnimmt, derart, daß das 65 Erfinders daran gedacht worden, Niete mit einem
Spiel zwischen den beiden Oberflächen in der Größen- konischen Teil zu verwenden, die vor der Bildung des
Ordnung einiger hundertste! Millimeter bis zu einem zweiten Kopfes in konische, in den Blechen vorge-
oder zwei zehntel Millimetern liegt. sehene Löcher eingeführt werden. Durch ein solches
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