DE2238190A1 - Selbstkalibrierender presspassender niet und verfahren zu dessen verwendung - Google Patents

Description

VSI Corporation, Pasadena, California, V.St.A.

Selbstkalibrierender presspassender Niet und Verfahren zu dessen Verwendung

Die vorliegende Erfindung betrifft Befestigungsvorrichtungen allgemein und insbesondere Verbesserungen an Befestigungsmitteln in der Art von Nieten, die eine Anzahl ungewöhnlicher Vorteile hinsichtlich des Aufbaus, der Anbringung und der Handhabung bieten.

Für nietartige Befestigungsmittel, wie sie für die Befestigung von dünnen Platten, wie z.B. die Aussenhaut von Luftfahrzeugen, eingesetzt werden, sind folgende Vorteile und Eigenschaften erwünscht: maximale Spannung im Nietj minimale Verwerfung der Kante der Plattenbohrung an der Nietstauchungj kontrollierte Pressung zwischen Niet und Bohrung während des Einsetzens des Niets, um das Werkstück um das Bohrloch herum vorzuspannen, ohne dieses aufzuweiten, und zur Führung des Niets während des Einsetzens; maximale Schubfestigkeit des Niets an der Schnittstelle der beiden Platten oder Bleche (z.B. bis 100 000 p.s.i = 70 kg/mm )j ausreichende Duktilität des Niets, um die Stauchung durch kleine, leichte Werkzeuge bzw. Nietpistolen zu erleichtern, damit die Lärmentwicklung so gering wie möglich bleibt

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und die Platte bzw. das Blech nicht versehentlich beschädigt wird; und andere Vorteile und Eigenschaften. In der Vergangenheit wiesen die für den Zusammenbau von Luftfahrzeug-Aussenblechen verwendeten Nieten einen oder mehrere dieser Vorteile nicht auf. Es traten so Probleme auf, die gelöst werden mussten. Beispielsweise können feste Niete aus Titanlegierung und mit hoher Dauerfestigkeit nicht zufriedenstellend an beiden Enden gestaucht werden, wie es bei herkömmlichen Nieten üblich war.

Es ist ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, durch den Einsatz eines Niets mit einer Anzahl unüblicher Vorteile die oben erwähnten Probleme auszuräumen. Grundsätzlich weist der Niet einen Kopf und einen von diesem abstehenden Schaft auf, der in Längsrichtung eine Folge von Abschnitten mit zunehmend reduziertem Durchmesser hat, wobei der Abschnitt mit dem kleinsten Durchmesser frei in eine im Werkstück vorgesehene Bohrung passt und der mit dem grössten Durchmesser einer vollständigen Einführung des Niets in die Bohrung einen Widerstand entgegensetzt, weil er dieser gegenüber ein Übermass besitzt, und zwischen den Abschnitten mit dem kleinsten und dem grössten Durchmesser ein langgestreckter Mittelteil vorgesehen ist, der den Niet in der Bohrung zentriert, und wobei der Schaftabschnitt mit dem grössten Durchmesser in die Bohrung zwangseingeführt werden kann, um den Kopf mit dem Werkstück abzuschliessen und das Werkstück um die Bohrung herum vorzuspannen, und der kleinste Nietabschnitt so bemessen ist, dass er gestaucht werden kann, um auf der dem Kopf entgegengesetzten Seite des Werkstücks einen Festhalteflansch auszubilden. Dementsprechend führt der Niet beim Einsetzen die Funktionen der Bohrungskalibrierung, der Führung und Zentrierung« des Aneinanderlegens der Platten und der Vorspannung des Werkstücks ausj er lässt sich ohne unerwünschte Verwerfung der Bohrungskante leicht staue hen j und, wie ersichtlich·, werden wird, bietet er eine hohe Scherfestigkeit sowie eine hohe

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Dauerfestigkeit des Werkstücks und verhindert ein Aufreiben · der Bohrung beim Einführen in dieselbe.

Zusätzliche Merkmale .und Vorteile sind, dass der Schaftkonus sich durch die Bohrung hindurch und vorzugsweise über die Schnittfläche zweier Werkstückplatten hinaus erstreckt] dass zwischen der Bohrung in ihrem Ursprungszustand und dem unmittelbar vor dem Konus gelegenen Schaftteil ein Übermass auftritt, der bei Bohrungslängen zwischen 1/8 inch (3,175 mm) und 1 inch (25,4 mm) typischerweise zwischen 0,001 inch (0,0254 mm) und 0,006 inch (0,1524 mm) beträgt; dass zwischen der ursprünglich ausgebildeten Bohrung und dem grössten Durchmesser des Konus ein Übermass im Bereich von 0,005 inch (0,127 mm) und 0,009 inch (o,2286 mm) vorliegt; das Vorliegen einer genieteten Verbindung,wobei die Nietschaftabschnitte sich in entgegengesetzten Richtungen verjüngen, um das Nietgewicht zu verringern; das Vorliegen einer Verjüngung von ca. 0,250 inch (6,35 mm) pro foot (304,8 mm) Abschnittlänge; und das Vorliegen eines solchen Niets, der aus einer Titanlegierung bzw. im wesentlichen aus Titan besteht.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Einzelheiten von zum Zweck der Erläuterung ausführlich beschriebenen Ausführungsformen ergeben sich aus der nun fol<genden Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnung.

Fig. 1 ist ein Schnitt, der das anfängliche Einsetzen des Nietschaftes in ein Werkstück zeigt;

Fig. 2 und 3 sind Ansichten wie die Fig. 1, zeigen jedoch Zwischenstadien des Einsetzens des Niets;

Fig. 4 ist eine Ansicht wie die der Fig. 1, zeigt aber die Vervollständigung der Nietverbindung; und

Fig. 5 zeigt einen abgeänderten Nietaufbau. ,

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Das Werkstück in den Zeichnungen weist zwei Platten 10 und 11 auf, die mit einer geraden, d.h. sich nicht verjüngenden, zylindrischen Bohrung 12 versehen sind; vergl. Fig.l. Ein selbstkalibrierender presspassender Niet 13 hat einen Kopf 14 und einen Schaft 15, der vom Kopf absteht. In Längsrichtung vom Kopf 14 hinweg weist der Schaft eine Folge von Abschnitten 15a, 15b, 15c und 15d auf, deren Durchmesser zunehmend reduziert sind.

Der kleinste Abschnitt, d.h. der Abschnitt 15d, arbeitet als Führungsvorrichtung, indem er anfänglich in die Bohrung 12 frei einsetzbar ist. Andererseits wirkt der mittlere Abschnitt 15c als selbstzentrierende und kalibrierende Vorrichtung insofern, als man auf eine zu grosse Bohrung schliessen kann, wenn er bei der Einführung in die Bohrung nicht angehalten wird. Der Durchmesser des Führungsabschnitts ist geringfügig kleiner als der der Bohrung - d.h. beispielsweise zwischen 0,001 und 0,005 inch (0,025 mm bzw. 0,127 mm), geringer. Der Nenndurchmesser des Abschnitts 15c entspricht dem Durchmesser der Bohrung; ein geringfügiges diametrales Übermass zwischen diesen Teilen kann typischerweise 0,0001 bis 0,0030 inch (0,00254 bis 0,0762 mm) betragen. Typischerweise liegt der Durchmesser der Bohrung zwischen 0,125 und 0,375 inch (3,175 bzw. 9,525 mm); die Gesamtlänge T der Bohrung in den Platten 10 und 11 kann zwischen 1/8 inch und 1 inch (3,175 bzw. 25,4 mm) betragen.

Der Reibschluss des Schaftes In der Bohrung erfolgt durch den grössten und sich verjüngenden Abschnitt 15a uder auch durch einen weiteren mittleren Abschnitt 15b, wobei der Ort des Übergangs 16 zwischen den Abschnitten 15a und 15b veränderlich sein kann, so dass sich die Verjüngung beispielsweise über die Gesamtlänge des Abschnitts 15b, d.h. bis zum Ort 17, erstrecken kann. Der Abschnitt 15a lässt sich in die Bohrung eindrücken, um einen Abschluss des Kopfes 14 mit dem Werkstück herzustellen und das Werkstückmaterial um die Bohrung herum, in die der Abschnitt I5& hineinragt, vorzuspannen, ohne dabei eine KaIt-

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verformung des Materials zu bewirken, um ein Aufweiten der Bohrung zu vermeiden. In der typischen Ausführung erstreckt sich der sich verjüngende Abschnitt 15a durch die Bohrungen in den Platten 10 und 11 hindurch, um das gesamte Material um die Bohrung der Platte 10 herum und mindestens einen Teil des Materials um die Bohrung in der Platte 11 herum vorzuspannen; ; vergl. Fig. 4.. Weiterhin überträgt der Abschnitt 15a Belastung auf das Werkstück und ermöglicht so die Verwendung eines kleineren Kopfes und somit eines leichteren Niets.

Am vorderen Ende der Verjüngung - beispielsweise am Abschnitt 15b - kann der Schaft typischerweise ein diametrales Übermass gegenüber der Bohrung von 0,001 bis 0,006 inch (0,0254 bis 0,1524 mm) haben, wobei man vorzugsweise 0,004 inch (0,1016 mm) vorsieht. Andererseits ist das maximale Übermass des sich verjüngenden Abschnitts 15a in der Bohrung 12 typischerweise von 0,005 bis 0,009 inch (0,127 bis 0,2286 mm), wodurch durch Vorspannung des Werkstüekmaterials in unmittelbarer Nähe des Nietsehaftes in dem Material eine hohe Dauerfestigkeit erreicht wird. Das Werkstückmaterial kann beispielsweise Aussenhautbleeh für Luftfahrzeuge, d.h. Aluminium der Normausführung 7Q75T6 oder Titan oder rostfreier Stahl sein, während der Niet aus einer Titanlegierung (bspw. Beta III) besteht; hierdurch sind an der Schnittfläche 18 zwischen den Platten bzw. Blechen höhere Schubspannungen zulässig. Die Verjüngung des Abschnitts 15a beträgt typisch etwa 0,250 inch (6,35 mm) pro foot (j5O4,8 mm) Abschnitt länge, um ein Aufweiten zu verhindern und in dem Werkstück eine hohe Dauerfestigkeit zu erreichen.

Pig. 5 zeigt als Alternative einen kurzen zylindrischen Abschnitt 15e zwischen dem Kopf 14 und dem Anfang der Verjüngung 15a am Ort I9. Der Durchmesser des Abschnitts 15e entspricht etwa dem maximalen Durchmesser des sich verjüngenden Abschnitts 15a und bietet eine Verlängerung des Niets bei

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tieferen Löchern. Der Nietkopf der Figuren 1st stark konisch, um in die entsprechende Ansenkung 20 in der Platte 10 zu passen. Am anderen Ende des Niets kann der Abschnitt 15c nach der vollständigen Einführung des Niets - vergl. Fig. 4 abgeschnitten oder sonstwie entfernt werden. Die Ebene 21 gibt den Ort an, wo vor dem Stauchen des Niets eine derartige Abtrennung erfolgen kann.

Die Stauchung lässt sich beispielsweise mittels eines Werk zeuges 22 vollziehen, das auf das abgeschnittene Ende des Niets aufschlägt, um einen Flansch bzw. eine Stauchung 23 zu erzeugen* die fest an der Oberfläche 24 des Werkstücks an liegt, um den Niet in seiner Lage zu halten. Wie mit der Be zugszahl 25 angedeutet, kann der Niet durch ein am Kopf an greifendes Werkzeug in die Bohrung eingeschlagen werden. Ein entsprechendes Gegenhaitewerkzeug 26 lässt sich hierbei gegen die Platte 11 halten.

Wie weiterhin ersichtlich, sind die sich verjüngenden Schrittsohultern 27 und 28 zwischen den Abschnitten 15b und 15c und die Abschnitte 15c und 15d leicht winklig (nicht mehr als etwa 15 Grad), um ein Aufdrüoken der Bohrung während des Nietsetzens zu verhindern.

Die Flg. 4 zeigt weiterhin, dass bei der Stauchung zur Ausbildung des Flansches 2? der Nietabschnitt 15b sich ausbauchen kann, wobei die Bohrung 12 sich weitet, um letztere zu verformen und eine umgekehrte Verjüngung, d.h. ein Verjüngung, die sich zum Flansch 2J> hin öffnet, entlang des Abschnitts 15b und der Bohrung auszubilden. Die Abmessungen d?s Kopfes 14 und des Flansches 22 lassen sich daher erheblich reduzieren, da eine Endbelastung sowohl durch die Abschnitte 15a und 15b als auch durch den Kopf und den Flansch auf die Platten 10 und 11 übertragen wird. Hierbei wird eine erhebliche Gewichts-

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minderung jedes Niets erreicht - einwünschenswertes Ziel beim Luftfahrzeugbau. Weiterhin besteht eine wünschenswerte Metall/ Metall-Berührung zwischen den Abschnitten 15a und 15b und dem Werkstück und auch zwischen diesem und dem Kopf und dem Plansch.

Zusätzlich lässt sich der Niet zur Anformung des Flansches 2J stauchen, um die Platten bzw. Bleche 10 und 11 druekmässig vor zubelasten. Die result ierend.e Anordnung ist gekennzeichnet durch eine höhere Schub- und Dauerfestigkeit des Niets.

Patentansprüche

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Claims (5)

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Befestigung eines Niets an einem Werkstückaufbau mit einer durchgehenden Bohrung, wobei der Niet einen Kopf und einen Schaft aufweist, der sich vom Kopf weg verjüngt, um einen Reibschluss in der Bohrung zu erzeugen, und wobei der Schaft langer ist als die Bohrung tief, indem man den Schaft in die Bohrung einführt und ihn nach vorn drückt, damit der sich verjüngende Teil des Schaftes das angrenzende Werkstückmaterial aufweiten kann, und indem man das vom Kopf entfernt liegende Ende staucht, um auf der vom Kopf entgegengesetzten Seite des Werkstücks einen Plansch auszubilden, wobei die Stauchung ausgeführt wird, um den Nietschaftabschnitt vor dem sich verjüngenden Abschnitt zum um diesen Abschnitt herumliegenden Werkstückmaterial hin auszubauchen und eine bezüglich des sich verjüngenden Abschnitts des Schaftes umgekehrt gerichtete Verjüngung zu erzeugen.

2.)Selbstkalibrierender presspassender Niet mit einem Kopf und einem sich von diesem hinwegerstreckenden Schaft, der in Längsrichtung vom Kopf weg eine Folge von Abschnitten mitzunehmendem reduziertem Durchmesser aufweist, wobei der vorderste und kleinste Abschnitt frei in eine Werkstückbohrung passt und der hinterste und grösste Abschnitt dem vollständigen Einführen des Niets in die Bohrung infolge des Reibschlusses mit dem die Bohrung umgebenden Werkstück einen Widerstand entgegensetzt, wobei weiterhin zwischen den Abschnitten mit dem kleinsten und dem grössten Durchmesser ein langgestreckter erster Mittelabschnitt vorgesehen ist, der infolge eines geringen Ubermasses gegenüber der Bohrung den Niet in dieser zentriert, und der grösste Schaftabschnitt in die Bohrung zwangseinführbar ist, um einen Abschluss des Kopfes mit dem Werkstück herzustellen und das Werkstück um die Bohrung herum vorzuspannen, und wobei weiterhin der kleinste Abschnitt des Niets kein Gewinde auf-

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weist und so bemessen ist, dass er zur Ausbildung einesPesthalteflansch.es auf der dem Kopf entgegengesetzten Seite des Werkstücks stauchbar ist.

3.) Niet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem grössten Schaftabschnitt und dem ersten Mittelabschnitt ein zweiter langgestreckter Mittelabschnitt vorgesehen ist und der erste Mittelabschnitt einen Durchmesser mit geringerem Übermass zur Bohrung als der zweite Mittelabschnitt hat, wobei der grösste Abschnitt des Nietschaftes sich zum zweiten Mittelabschnitt hin verjüngt uhd zwischen dem ersten und dem zweiten Mittelabschnitt eine sich nach vorn verjüngende ringförmige Schrittschulter vorgesehen ist.

4.) Niet nach Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft zwischen dem ersten Mittelabsehnitt und dem vordersten und kleinsten Abschnitt eine ringförmige Schrittschulter aufweist.

5.) Niet nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mittelabsehnitt des Schaftes unmittelbar vor dem grössten Abschnitt gegenüber der Bohrung ein Übermass innerhalb eines Bereichs von 0,001 bis 0,006 inch (0,0254-bis 0,1524 mm) und der erste Mittelabsehnitt des Schaftes ein Übermass gegenüber der Bohrung von 0,0001 bis 0,003 inch (0,00254 bis 0,0762 mm) aufweisen.

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