DE2348140A1

DE2348140A1 - Niete mit kronenkopf, nietverbindung und nietverfahren

Info

Publication number: DE2348140A1
Application number: DE19732348140
Authority: DE
Inventors: Eugene R Speakman
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1974-03-28
Also published as: JPS504456A; JPS5499861A; IT994324B; FR2200069B1; JPS5517849B2; JPS5520087B2; SE405157B; DE2348140B2; GB1390480A; FR2200069A1; CA981073A; DE2348140C3

Description

Es ist in der Flugzeugindustrie gegenwärtig üblich, Flugzeuge aus Bauteilen zu bauen, die durch Nieten mit einander verbunden werden. Die Köpfe der Nieten an den Außenseiten des Flugzeuges sind der Einwirkung einer hochgeschwinden Luftströmung ausgesetzt und daher so ausgestaltet, dass sie mit den Außenseiten im wesentlichen fluchten. Dies führt zu einem wesentlich, geringerem Luftwiderstand als bei Nieten mit vorstehenden Köpfen.

Die Außenbauteile werden üblicherweise mit külden, Aussenkungen oder mit Vertiefungen versehen, die die Nitenköpfe so aufnehmen, dass sie mit der Außenseite fluchten. Zu diesem Zweck wird daher meistens ein Verfahren angewendet, bei dem Nieten mit übergroßen Köpfen benutzt werden. Das überschüssige Material des übergroßen Kopfes wird dann abgehobelt oder abgeschliffen, bis der Hietenkopf lait der umgebenaen Fläche nahezu fluchtet. Dieses annähernde jedoch nicht absolute Fluchten des Sietenkopfes, das an sich unerwünscht ist, wird diktiert von der Eotwendigkeit

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xroduktionstolerariz vorsehen zu müssen, so dass mit Sicherheit eine Beschädigung der den iiietenkopi" umgebenden Fläche vermieden wird, da exne solcne Beschädigung erfolgt, wenn die Metenköpfe unbeabsichtigterweise bis unter diese Fläche abgeschliffen werden. Die vorstehende Kante des abgeschliffenen Metenkopfes stellt für die hochgeschwinde Luftströmung eine scharfe Kante dar, deren Luftwiderstand unerwartet groß werden kann, wenn die scharfe Kante durch nachgeben der Nietverbindung angehoben wird. Es ist ferner schwierig, mit Sicherheit eine vollständige Expansion des JcJietenkopfes und des Schaftes einer Mete zu erreichen, die abgeschliffen werden soll. .Nachdem einmal die Mete eingesetzt worden ist, steht kein befriedigender und nicht zerstörendwirkender Test zur Verfügung, um fehlerhaft eingesetzte Meten herauszufinden. Während der Entwicklungsarbeiten muss berücksichtigt werden, dass einige Y/andungen der Metenlöcher von der Mete nicht bis zur günstigsten Größe expandiert werden, welcher Umstand bedeutet, dass Bauteile entsprechend ausgestaltet werden müssen.

en Die Schwierigkeiten beim Setzen herkömmlicher iTieten werd im

allgemeinen verursacht durch die Überlappung des Metenkopfes am Hand, der vom niethammer gegen die Fläche an der Kante der Aussenkung geschlagen wird, wobei der Hammer abgestützt und verhindert wird, dass der erwünschte Fluss des Metenkopf mate rials in die Aussenkung una in das Loch hinein erfolgt. Vergleichsuntersuchungen haben die Überlegenheit der Erfindung erwiesen und gezeigt, dass der fehlende Fluss des Eietenkopfmaterials an der abgeschliffenen fluchtenden Niete eine viel geringere Ermüdungsfestigkeit eier Nietverbindungen zur Folge hatte. Bei der abgeschliffenen fluchtenden Mete besteht noch die weitere Schwierigkeit, da durch das Abschleifen die in der kitte vorgesehene Einprägung oder ein anderes Kennzeichen entfernt wird, die (das) normalerweise zum Kennzeichnen des Materials vorgesehen wird, aus dem die Iviete hergestellt ist. Wird ein Metenkopf in eine au flache Ausnehmung eingesetzt, so wird durch das Abschleifen die Überprüfungsfähigkeit des Fehlers zerstört, und es wird vom Metenkopf zu viel katerial entfernt. Dies kann im Betrieb zu einem Ausfall des Metenkopfes führen.

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anderer Umstand besteht darin, dass derartige Bieten aus MMSL oder aus anderen verhältnismäßig harten Laterialien, die bei neuzeitlichen Titan-Konstruktionen benötigt werden, fünfmal so teuer sind wie Abschleifaluminiumnieten. Gegenwärtig betragen die Kosten von Aluminiumnieten bei großen Flugzeugen ungefähr 20.000.- $ pro Flugzeug.

Die normale Niete besteht aus einem zylindrischen Schaft mit einem Kopf an dem einen ünde, der einen kegelstumpf förißigen Unterkörper aufweist, der sich vom Schaft aus gleichmäßig nach außen erstreckt und von einer Oberseite abgegrenzt wird, die der kleinere Teil eines gefüllten Ringkörpers ist. Der ITietenkopf sitzt in einer ausgehöhlten oder vertieften Öffnung, die für diesen Zweck an der Oberseite des Werkstückes vorgesehen ist, wobei der in der Mitte gelegene Kopfteil sich etwas oberhalb der Fläche und der Kopfrand sich etwas unterhalb der Fläche befindet. Durch diese Ausgestaltung wird gesichert, dass während des iüinsetzens der Niete das Kopfmaterial niemals mit der angrenzenden Fläche um die Vertiefung herum in Berührung gelangen kann· Das Kopf material fließt daher, wie gewünscht, nach unten und nach außen, füllt die Öffnung und die Vertiefung vollständig aus und dehnt den Nietenschaft genügend stark aus, so dass mit Sicherheit auf das die Wandungen der öffnung bildende Material die günstigsten Druckkräfte ausgeübt werden. In diesem Falle wird die Ermüdungsfestigkeit der Nietverbindung wesentlich erhöht. Die erfindungsgemäße, mit einer Krone am Kopf versehene Niete sucht sich von selbst einzumitten und weicht von der Mitte nicht ab, wie dies zuweilen der Fall ist, wenn eine abgeschliffene und fluchtende Niete oder eine nach oben gewölbte Niete ohne eine ebene Kittelflache verwendet wird·

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der beiliegenden Zeichnung ist die

Fig.1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Niete vor dem Treiben oder Stauchen zum Befestigen von zwei einander überlappenden Platten an einander, die als Querschnitt dargestellt sind, und die

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Figo2 ein querschnitt durch die in der Fi^. 1 dargestellte Anordnung nach dem stauchen oder dein Erzeugen des ochließkopfes der ITiete.

Die Figol zeigt eine mit einem Kronenkopf versehene und fluchtende Mete nach der Erfindung 10 &it einem Metenkopf 12 von der Höhe G, der einen Teil eines zylindrischen Schaftes 14 mit dem Durchmesser A bildet. Each dem Treiben wirkt der Kopf 12 mit dein oohaft 14 zusammen, um zwei oder mehr Bauteile 16 und 18 fest mit einander au verbinden.

Der Eietenkopf 12 weist eine kegelförmige Unterseite 20 auf, die sich von zylindrischen Schaft 14· aus gleichmäßig nach außen erstreckt. Die kegelförmige Unterseite 20 setzt sich in einer gekrümmten Oberseite 22 fort, die allgemein einem Teil eines Ringkörpers gleicht, dessen iuittelteil ausgefüllt ist, wobei eine ebene kittelfläche 23 mit dem Durchmesser 0 gebildet wird. Die Oberseite 22 v/eist ferner einen Oberflächenteil 24 auf, der sich über eine Strecke F nach oben ki'ümmt, einen Krümmungsradius R aufweist und sich von der Handkante 26 mit dem größten Durchmesser B aus zwischen der Fläche 22 und der Unterseite 26 erstreckt und sich stufenlos mit dem ebenen kittelflächenteil 23 vereinigt. 7»ird die Mete in ein Metenloch 28 eingesetzt, dessen Aussenkung 32 den größten Durchmesser D und einen Winkel gleich dem Winkel der kegelförmigen Unterseite 20 aufweist, so ruht die Randkante 26 des Metenkopfes 12 in der Aussenkung 32 unterhalb der freiliegenden Fläche 34· am Glied 16 vor und nach dem Stauchen der Mete 10. Hierdurch wird verhindert, dass der Metenkopf 12 die Aussenkung überkragt, in welchem Falle bei herkömmlichen fluchtenden Meten eine Kraftübertragung von der Kante des Metenkopfes aus auf das Glied 16 erfolgt, ohne dass die Mete 10 ordnungsgemäß verformt wird. Die Mittelfläche 23 des Metenkopfes 12, an der das Metwerkzeug angesetzt wird, ragt über die Fläche 34 um eine Strecke E hinaus. Nach dem Stauchen der Mete 10 wird die Höhe der Mittelfläche 23 von 0,075 ^m bis auf 0,0 mm herabgesetzt, so dass sie mit der Fläche 34 fast fluchtet, und zwar als Folge der Strömung des Metenkopfmaterials in die Aussenkung 32 und in das Loch 23 an den Gliedern 16 und 18 hinein» Dieser

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Materialfluss ist in der Fig.2 durch die Pfeile 37 dargestellt, wobei zu Vergleichszwecken die ursprüngliche Form der Fläche 22 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist.

Der Schaft 14 weist eine ebene Stauchfläche 38 und einen gekrümmten Teil 39 am .Ende 40 auf. Der ebene Teil 38 weist vorzugsweise den Durchmesser G" auf und verläuft parallel zum Mittelteil 23» so dass die Stauchkräfte durch gleiche Kontaktbezirke an den entgegengesetzten .Enden der Niete 10 ausgeglichen werden. Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, sind die ebenen Flächen 23 und 38 während des Treibens der Mete allgemein gleich groß. Der Mittelteil 23 mit der ebenen Oberseite unterstützt das Halten der Metpistole in der ordnungsgemäßen Stauchstellung, wobei der genannte Eräfteaüsgleich sichert, dass unter der Einwirkung der Bietpistolenenergie das Metenmaterial axial nach innen und radial nach außen fließt, so dass alle Hohlräume an der Verbindungsstelle ausgefüllt werden. Der ebene Mittelteil 23 und der ebene Teil 38 sichert ferner eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung der Kraft der Metpistole in der Mete im Gegensatz zu aufgewölbten und fluchtenden Meten, bei denen der Anfangsschlag der Metpistole nur über eine kleine Säule durch die Mitte der Mete hindurch wirksam ist. Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, wird bei dem Stauchen der Mete die in der Mitte gelegene Einkerbung oder Vertiefung 41 nicht zerstört und kann später als Identifizierungsmittel oder als Zentrum dienen, wenn die Mete 10 ausgebohrt werden soll.

Sowohl für Spannungskopf- als auch für Abseherkopfnieten können die günstigsten Abmessungen gewählt werden, wobei die Abmessungen für typische Meten in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellt sind:

Tabelle I

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Tabelle I

	A Durehm. + 0,05 - 0,025	B Durchm + 0,05	!Fluchtende	Spannungskopfnie t en	0,05 0,25	mit Krone	G (EEF)	E radius ¹ 0,125	I cn
	2,387	3,81		(kafie in killimeter)	0,05 0,25		0,915	3,175	ι
Schaft Durehm.	3,175	4,98	σ eben (REj?)	D E Durchm. vor dem O'Aussen- Treiben kung	0,05 0,25	F ±0,025	Ί,067	4,775
2,38	3,96	6,53	1,117	4,064 4,318	0,05 0,25	0,3	1,5	6,35
3,2 .C-	4,75	8,23	1,625	5,232 5,486	0,05 0,25	0,3	1,78	7,92
cd 3,97 OD	6,35	11,35	2,59	6,78 7,03	0,3	2,41	8,81
ω 4,76		3,86	8,47 8,73	0,3
S 6,35 "<! 3.		6,58	11,61 11,86	0,3

Tabelle II

Fluchtende Absoherkopfnieten mit Urone (Laße in killimeter)

Schaft ABCDEFGR RAD

Durchm· Durchm. Durchm. eben Durchm. vor dem (RBF)

+0,05 (RUF) O'Aussen- Treiben ±0,025 ±0,125

- 0,025 - 0,05 kung

2,38 2,38 2,97 1,09 3,43 0,05 0,3 0,53 1,6

^ .3,55 0,2

g3,2 3,175 ·. 4,19 1,5 4,44 0,05 0,3 0,74 3,2

' 4 7 Π P '

co *>f U»^

-^3.97 4,21 5,36 2,13 5,74 0,05 0,3 0,94 4,77

^ · 5,99 0,2

°4,76 4,75 6,93 3,02 7,19 0,05 0,3 1*17 6,4

^ 7,44 0,2

^6,35 6,35 9,3 4,93 9,55 0,05 0,3 1,52 7,93

9,8 .0,2

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Obwohl die Tabellen I und II Interpoliert werden können, so sind in diesen die Ergebnisse von Ermüdungs- und JFestigkeitsuntersuchungen zusammengestellt, während der die Abmessungen der verschiedenen Nieten für Aluminium und MOBBL und für die normalen Produktionstoleranzen mit dem günstigsten Wert gewählt wurden.

Nieten mit den in den Tabellen angeführten Abmessungen füllen die Hohlräume vollständig aus und bewirken eine Torbelastung der Aussenkung 32 und des Loches 28.

Nach dem Setzen der Niete 10 bleibt eine kleine Vertiefung 42 zurück, die konzentrisch zum Nietenkopf 12 gelegen ist. Die Breite und Tiefe der Vertiefung 42 kann ausgemessen werden, um sicher zu gehen, dass die Niete 10 innerhalb der Produktionstoleranzen eingesetzt worden ist. Obwohl aerodynamische Untersuchungen ergeben haben, dass die kleine Vertiefung 42 und die 0,0 bis O, 0,075 am hohe Krone, die zurückbleibt, einen geringeren aerodynamischen Widerstand erzeugt als Verbindungen mit normalen fluchtenden Nieten, so kann die erfindungsgemäße Niete trotzden abgeschliffen werden unter Benutzung der in der Mitte gelegenen Vertiefung 41 oder der konzentrischen Vertiefung 42, die als Zentrierungsv.ertiefung dient. Hiernach wird die Vertiefung mit einem geeigneten Material, wie Farbe oder Kitt ausgefüllt, so dass eine glatte Außenseite erzeugt wird.

Vorstehend wurden neue Nieten mit fluchtendem Kopf, Nietvervindungen und Verfahren zum Herstellen solcher Verbindungen beschrieben, die die von der Erfindung angestrebten. Ziele vollständig erreichen. An der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens natürlich Änderungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt· ^a

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen von Verbindungen zwischen mehreren Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich gleichmäßig aufweitende AusSenkung mit einem größten und einem kleinsten Durchmesser an einem der Bauteile vorgesehen wird, dass an den Bauteilen axial auf einander ausgerichtete zylindrische öffnungen mit einem vorherbestimmten Durchmesser vorgesehen werden, der gleich dem kleinsten Durchmesser der Aussenkung ist, und die auf die Aussenkung ausgerichtet sind, dass durch die auf einander ausgerichteten öffnungen eine Niete eingesetzt wird, die einen Schaft und einen Eopf aufweist, welche Elemente komplementär zu den genannten öffnungen ausgestaltet sind, dass der JNietenkopf eine Oberseite aufweist, die allgemein gleich dem kleineren !Teil eines gefüllten Eingkörpers ausgestaltet ist und eine Krone mit einem allgemein ebenen Mittelteil bildet, der oberhalb der Ebene des den größten Durchmesser aufweisenden Eandes der Aussenkung gelegen ist und von dieser einen Abstand von mindestens .0)05 ium aufweist, dass die Mete unter Anwendung einer Druckkraft bis zu dem Ausmaß verformt wird, dass das Material ±n der Niete axial nach innen und radial nach außen fließt, so dass der allgemein ebene Mittelteil um nicht mehr als 0,075 iBiB oberhalb der Ebene des den größten Durchmesser aufweisenden Eandes der AusSenkung gelegen ist·

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niete in die auf einander ausgerichteten öffnungen so eingesetzt wird, dass die Ebene des den größten Durchmesser aufweisenden Eandes des Nietenkopfes unterhalb der Ebene des den größten Durchmesser aufweisenden Eandes der Aussenkung gelegen ist.

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3. Verfahren' nach. Anspruch 1 oder 2_y dadurch gekennzeichnet, dass der genannte, allgemein ebene Mittelteil in der Litte mit einer Vertiefung versehen ist, und dass diese Vertiefung bei der Verformung nicht beseitigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietverbindung überprüft wird, ob um den Nietenkopf herum eine kontrische Vertiefung vorhanden ist, die ein Maß für die Herstellung einer ordnungsgemäßen Nietverbindung ist.

5· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrische Vertiefung mit einem geeigneten Füllmaterial ausgefüllt wird.

6. Nietverbindung zum Verbindenden mehrerer Glieder mit einander, gekennzeichnet durch ein erstes Glied, das eine sich gleichmäßig aufweitende AusSenkung mit einem größten und mit einem kleinsten Durchmesser und eine zylindrische öffnung aufweist, die auf die Aussenkung axial ausgerichtet ist, durch ein zweites Glied mit einer zylindrischen öffnung, die der zylindrischen öffnung des ersten Gliedes gegenübersteht und auf diese ausgerichtet ist, und durch eine Niete, die in die einander gegenüberstehenden öffnungen eingesetzt ist, welche Niete einen Schaft und einen Kopfaufweist, welche Bauteile komplementär zu den genannten öffnungen ausgestaltet sind, in diesen einen axialen !Druck ausüben und die Öffnungen radial expandieren, wobei der Niete.nkopf vor dem Treiben eine Oberseite aufweist, die allgemein gleich dem kleineren Teil eines gefüllten Ringkörpers ausgestaltet ist und eine Krone mit einem allgemein ebenen kittelteil bildet, welcher ebene Mittelteil um nicht mehr als 0,075 mm über die Ebene des den größten Durchmesser aufweisenden Randes der Aussenkung nach dem Treiben hinausragt.

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7. M et verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene des den größten Durchmesser aufweisenden Randes des Metenkopfes unterhalb der Ebene des den größten , Durchmesser aufweisenden Randes der Aussenkung gelegen ist.

8. Metverbindung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der Metenkopf mit der Aussenkung am ersten Glied eine konzentrische'Vertiefung um den Bietenkopf herum bildet·

9β nietverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte konzentrische Vertiefung mit einem Füllmaterial ausgefüllt ist.

10· Mete mit einem Schaftteil und mit einem Kopfteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil eine kegelstumpfförmige Unterseite aufweist, die sich vom Schaft aus gleichmäßig nach außen erstreckt, sowie eine Oberseite, die einen kleineren Teil eines gefüllten Ringkörpers der Form nach bildet, so dass die Oberseite einen ebenen Mittelteil und einen sich um diesen herum erstreckenden konzentrischen gekrümmten Teil aufweist, dass der ebene Mittelteil einen Durchmesser aufweist, der mindestens ein Viertel des Außendurchmessers des Metenkopfes beträgt.

11. Mete nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte ebene Mittelteil um 0,28 bis 0,31 mm oberhalb der Ebene des Außenrandes des Metenkopfes gelegen ist.

12· Mete nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet dass der Krümmungsradius des gekrümmten Teiles der Oberseite der Niete kleiner ist als der Durchmesser des Außenrandes des Nietenkopfes und größer als der Durchmesser dee Metenschaftes.

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Eiete nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft einen ebenen Mittelteil und einen sich um diesen herumerstreckenden konzentrischen gekrümmten Teil aufweist, und dass der Durchmesser des ebenen Littelteiles des Schaftes gleich dem Durchmesser des ebenen Litteltfeiles des Metehkopfes ist.

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