DE69420039T2 - Selbstbohrender blindniet und verfahren zur herstellung einer druckdichten und nietartigen verbindung mittels eines solchen blindniets - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das Blindnieten und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer druckdichten Nietverbindung mittels eines selbstbohrenden Blindniets gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1, der auf dem in US-A-4,920,833 offenbarten Verfahren beruht, das weiter unten erläutert wird.
• Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen selbstbohrenden Blindniet gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 2, der ebenfalls auf dem oben genannten US- Patent beruht.
• Das Blindnieten ist ein äußerst nützliches Verbindungsverfahren, das ursprünglich am Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt wurde. Das Verfahren eignet sich besonders für die Verbindung von Blechen.
• Beim herkömmlichen Blindnieten wird ein Loch durch zwei einander überlappende Bleche, die miteinander verbunden werden sollen, vorgebohrt oder gestanzt, und anschließend wird der Blindniet in das Loch eingeführt. Der Blindniet umfaßt einen Bolzen sowie eine Hülse bzw. einen Hohlniet, der über den Bolzen geschoben wird und einen röhrenförmigen Schaft sowie einen Nietkopf hat. Außerhalb des Endes des Nietschaftes ist der Bolzen mit einem verdickten Abschnitt versehen, der, wenn Zugkraft auf den Bolzen wirkt, in den angrenzenden Endabschnitt des Schaftes hineingezogen wird und ihn ausdehnt. Beim weiteren Wirken der Zugkraft wird die Bruchfestigkeit des Bolzens erreicht, und der Bolzen bricht im Inneren der Hülse, so daß die Nietverbindung hergestellt wird.
• Ein Nachteil des herkömmlichen Blindnietens besteht darin, daß vorgebohrt werden muß und damit zwei Werkzeuge erforderlich sind, das heißt eine Bohrmaschine und ein Ziehwerkzeug, eine sogenannte Nietzange (rivet pliers). Ein Vorschlag zur Umgehung dieses Nachteils ist in DE-A-2,554,577 beschrieben, in dem ein selbstbohrender Blindniet beschrieben wird. Die Selbstbohrfunktion wird erreicht, indem das untere Ende des Bolzens mit einem Bohrer versehen wird. Beim Eintreiben werden der Bolzen und die Hülse gleichzeitig durch Drehmoment-Absorptionseinrichtungen in Form planer Flächen an dem Bolzen gedreht.
• Mit dem Blindniet gemäß der obenerwähnten DE-Veröffentlichung wird jedoch keine druckdichte Verbindung hergestellt, da normalerweise so viel Spiel zwischen der Hülse und dem gebohrten Loch besteht, daß Luft hindurchtreten kann. In der Praxis kommt es darüber hinaus häufig dazu, daß sich der Bohrer löst und von der verformten Hülse abfällt, so daß Luft ungehindert durch die Hülse strömen kann. Dies führt zu weiteren Problemen, wenn beispielsweise Teile einer Lüftungsleitung vernietet werden, da der abgerissene Bohrer in die Leitung fällt.
• In US-A-4,990,042, das einen selbstbohrenden Blindniet offenbart, werden zwar fluiddichte Nietverbindungen beschrieben, es wird jedoch keine spezielle Vorkehrung vorgeschlagen, mit der verhindert wird, daß sich der Bohrer während des Nietens oder danach löst. Die Hauptaufgabe der Erfindung dieses US-Patents besteht darin, eine spezielle Schwächung des Materials des Bolzens zu ermöglichen, so daß eine erhebliche Zugkraft ausgeübt werden kann, und daher die Hülse vollständig verformt ist, bevor der Bolzen bricht. Dies wird mit einer Reihe schräger Rillen in dem Bolzen erreicht.
• US-A-4,920,833, das einleitungshalber erwähnt wird, offenbart einen ähnlichen Blindniet mit ineinandergreifenden Gewindegängen an der Grenzfläche zwischen dem Bolzen und der Hülse. Beim Einsetzen des Niets wird der Bohrer vollständig in eine Aufweitung der Hülse hineingezogen. Es gibt jedoch keine Verbindung zwischen dem Bohrer und der Hülse vor dem Einsetzen des Niets.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obenerwähnten Nachteile mit einem wirkungsvollen Verfahren zur Herstellung einer druckdichten Nietverbindung mittels eines selbstbohrenden Blindniets zu umgehen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen selbstbohrenden Blindniet zu schaffen, mit dem die oben erwähnten Nachteile umgangen werden, und mit dem eine druckdichte Nietverbindung hergestellt werden kann.
• Diese und andere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, sind mit einem Verfahren erfüllt worden, das von dem einleitungshalber erwähnten Typ ist, und das darüber hinaus die in dem kennzeichnenden Abschnitt des beigefügten Anspruchs 1 definierten Merkmale aufweist.
• Die Aufgaben werden des weiteren mit einem selbstbohrenden Blindniet erfüllt, der von dem einleitungshalber erwähnten Typ ist, und der darüber hinaus die in dem kennzeichnenden Abschnitt des beigefügten Anspruchs 2 definierten Merkmale aufweist.
• Bevorzugte Varianten und Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
• Die Erfindung wird im folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die einige nicht-einschränkende Ausführungen zeigen.
• Fig. 1 zeigt in schematischer Schnittanschicht, wie ein selbstbohrender Blindniet in ein Werkstück eingeführt wird.
• Fig. 2 zeigt den Blindniet vollständig eingeführt.
• Fig. 3 zeigt, wie der Niet verformt wird.
• Fig. 4 zeigt die fertige Nietverbindung.
• Fig. 5-7 zeigen verschiedene Alternativen des Querschnitts des Blindnietes.
• Fig. 8 zeigt in leicht vergrößertem Maßstab den unteren Teil eines selbstbohrenden Blindniets gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vor der Verformung.
• Fig. 9 zeigt in noch größerem Maßstab den Blindniet in Fig. 8 nach der Verformung.
• Fig. 1 zeigt einen Blindniet, der einen Hohlniet bzw. eine Hülse umfaßt, die allgemein mit 1 gekennzeichnet ist, und einen Bolzen 2, der sich durch sie hindurch erstreckt. Auf her kömmliche Weise (vgl. DE-A-2,554,557) besteht die Hülse 1 aus einem röhrenförmigen Schaft 3 und einem radial vorstehenden Umfangsflansch 4. Der obere Endabschnitt des Bolzens 2 erstreckt sich über die Hülse 1 hinaus und wird mit einem schematisch dargestellten Werkzeug 5 ergriffen, das weiter unten ausführlicher beschrieben ist. Das andere Ende des Bolzens 2 ist mit einem Bohrer 6 versehen, der die Selbstbohrfunktion erfüllt. Des weiteren weist der Bolzen 2 eine Schwachstelle 7 auf, die sich in der Hülse 1 befindet.
• Die dargestellte Nietverbindung verbindet beispielsweise zwei einander überlappende Bleche, die der Einfachheit halber gemeinsam als Werkstück 8 bezeichnet werden. Es versteht sich, daß die Nietverbindung auch zum Verbinden anderer Gegenstände eingesetzt werden kann.
• Im folgenden wird das Blindnietverfahren beschrieben. Der Bohrer 6 des Blindniets wird mit der Oberseite des Werkstücks 8 in Kontakt gebracht und der Bolzen 2 wird mit dem Werkzeug 5, das ihn ergreift, gedreht. Da der Bolzen 2 enganliegend in der Hülse 1 sitzt, bilden die Hülse 1, der Bolzen 2 und sein Bohrer 6 eine Einheit, die gedreht werden kann. Wenn der Bolzen 2 gedreht wird, wird diese Einheit schnell durch das Werkstück 8 an die in Fig. 2 dargestellte Position hindurchgeführt. So wird die Hülse 1 in das Loch in dem Werkstück 8 eingeführt, das von dem Bohrer 6 gebohrt wird. Der gesamte Blindniet wird so gedreht, daß die Hülse 1 in einem Vorgang durch das Werkstück 8 gezogen wird, wobei der Bohrer 6 das Werkstück vollständig durchbohrt. Vorzugsweise ist die Hülse 1 auf herkömmliche Weise zylindrisch, und die maximale Durchschnittsabmessung des Bohrers 6 hat die gleiche Größe, ist jedoch etwas größer als der Außendurchmesser der Hülse 1.
• Wenn der Bolzen 2 mit dem Werkzeug 5, das der Einfachheit halber in Fig. 2-4 nicht dargestellt ist, weiter gedreht wird, schlägt der Flansch 4 an dem Werkstück 8 an, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Nunmehr wird die Drehung des Werkzeugs 5 unterbrochen, und eine Art Anschlagelement (nicht dargestellt), das möglicherweise mit dem Werkzeug 5 verbunden ist, schlägt an dem Flansch 4 an, um die Hülse 1 an dem Werkstück 8 zu halten.
• Mit dem Werkzeug 5 wird der Bolzen 2 ohne Drehung in der Richtung entgegengesetzt zur Bohrrichtung gezogen, das heißt aus der Position in Fig. 2 an die Position in Fig. 3, so daß der Bohrer 6 vollständig in den umgebenden Endabschnitt der Hülse 1 hineingezogen wird und ihn ausdehnt. Eine dauerhafte Vergrößerung des Blindniets wird direkt außerhalb des Werkstücks hergestellt. Vorzugsweise wird ungefährt die Hälfte des Schaftes 3 verformt. Da sich der Bohrer 6 in der Ausgangsposition in direktem Kontakt mit dem umgebenden Ende der Hülse 1 befindet, beginnt die Verformung unmittelbar mit dem Einwirken der Zugkraft.
• Wenn eine bestimmte Zugkraft ausgeübt wird, wird der Bolzen 2 an der Schwachstelle 7 im Inneren der Hülse 1 abgerissen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, womit die Nietverbindung fertiggestellt ist. Die Schwachstelle 7 ist vorzugsweise ein Abschnitt mit verringertem Durchmesser.
• Der in Fig. 1-4 dargestellte Bolzen 2 kann ein Standardbolzen mit kreisförmigem oder ovalem Querschnitt sein, wobei das Loch in der Hülse 1 einen Querschnitt hat, der ihn enganliegend umschließt. Um einen besonders guten Drehmomentabsorbierungseffekt zu erzielen, können der Bolzen und die Hülse mit zusammenwirkenden Eingriffseinrichtungen versehen sein. Die Schnittansichten zeigen Beispiele für diese Eingriffseinrichtung in Fig. 5-7 der Abschnitte zwischen der Schwachstelle und dem Bohrer.
• Fig. 5 zeigt eine Variante, bei der der Bolzen 2a mit Vorsprüngen 9 versehen ist, die mit passenden Aussparungen 10 in dem Hülsenschaft 3a in Eingriff kommen. Die Vorsprünge, die eine bestimmte axiale Ausdehnung haben, dienen während der Drehung des Bolzens zum Bohren als Mitnehmer. Die Torsionsspannung, die beim Bohren auftritt, wird durch die Eingriffseinrichtung 9, 10 absorbiert, und daher kann die Schwachstelle 7 hauptsächlich unter Berücksichtigung der Zugkraft dimensioniert werden, die auf den Bolzen 2a wirken sollte, wenn er am Ende des Nietvorgangs abgerissen wird. Die Gefahr, daß der Bolzen 2a auf unerwünschte Weise beim Bohren an der Schwachstelle 7 bricht, wird mit den zusammenwirkenden, drehmomentabsorbierenden Eingriffseinrichtungen 9, 10 ausgeschlossen.
• Eine weitere Variante, bei der die Eingriffseinrichtungen dadurch entstehen, daß der Bolzen 2b eine vieleckigen Querschnitt hat und das Loch des Schafts 3b einen entspre chenden Querschnitt hat, so daß eine gute Drehmomentabsorption erreicht wird, ist in Fig. 6 dargestellt. Eine weitere Variante, die auf dem gleichen Prinzip vieleckiger Querschnitte beruht, ist in Fig. 7 dargestellt, wobei hier der Bolzen 2c und das Loch des Schaftes 3c quadratischen Querschnitt haben.
• Die Eingriffseinrichtungen, das heißt die Vorsprünge 9 und die Aussparungen 10 bzw. die Abschnitte 2b, 2c, 3b, 3c mit vieleckigen Querschnitt müssen natürlich nur in dem axialen Abschnitt ausgebildet sein, in dem sich der Schaft in der Hülse befindet. Der Rest des Bolzens kann einen anderen Querschnitt haben, so beispielsweise einen kreisförmigen.
• Fig. 8-9 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Erfindung auf der Grundlage des in Fig. 1-7 dargestellten Verfahrens.
• Fig. 8 zeigt, wie der Bohrer 6 bei dieser Ausführung mit dem umgebenden Ende des Schaftes 3 der Hülse 1 verbunden ist. Diese dauerhafte Verbindung 11 wird vorzugsweise durch Löten erreicht, es versteht sich jedoch, daß andere äquivalente Verbindungsverfahren möglich sind. Die Verbindung 11 muß jedoch so sicher sein, daß sie der Belastung beim Nietvorgang widersteht. Eine druckdichte Verbindung wird beispielsweise durch Löten um den Umfang herum hergestellt. Wichtig ist, daß der Bohrer 6 fest in der Aufweitung gehalten wird.
• Fig. 9 zeigt, wie der untere Abschnitt des Schaftes 3 der Hülse 1 aufgrund der oben genannten Verbindung 11 verformt wird. Der Bohrer 6 wird, wie oben beschrieben, vollständig in die Hülse 3 hineingezogen, die auf charakteristische Weise verformt wird. Um das Bohrloch herum wird ein Umfangsabschnitt 12 der Außenseite der Aufweitung in engen Kontakt mit der Unterseite des Werkstücks 8 gebracht.
• Mit der erfindungsgemäßen Ausführung, wie sie in Fig. 8-9 dargestellt ist, wird eine druckfeste Nietverbindung hergestellt, in die aufgrund des Eingriffabschnittes 12 oder auch aufgrund der engen und dauerhaften Verbindung mit dem Bohrer 6, die sich nicht löst, über die Hülse 1 keine Luft eintreten kann.
• Die Erfindung bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Der selbstbohrende Blindniet ist außerordnentlich einfach aufgebaut und daher kostengünstig, das heißt ohne Gewindegänge, die die Kosten erhöhen würden. Der kompakte Aufbau des Niets, bei dem der Bohrer mit dem umgebenden Ende der Hülse verbunden ist, ermöglicht einen schnellen Nietvorgang, bei dem der gesamte Niet als eine Einheit gedreht wird. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß der gesamte Bohrer so in die Hülse hineingezogen wird, daß die Spitze des Bohrers nicht vorsteht. Auch wird die Bohrspitze nicht abgebrochen, was als Nachteil bei einigen der Nietverfahren auftritt, die in der Einleitung erläutert wurden. Die besonderen Vorteile, die aufgrund der Eingriffseinrichtungen an dem Bolzen und in der Hülse erzielt werden, sind bereits weiter oben erläutert.
• Ein und dasselbe einfache Werkzeug kann zum Nieten gemäß der Erfindung eingesetzt werden. Das Werkzeug sollte in der Lage sein, den Schaft sowohl zu drehen als auch zu ziehen. Das Werkzeug kann beispielsweise mit spannfutterartigen Klauen versehen sein, um den Bolzen zu ergreifen. Diese Klauen sind mit speziellen inneren Rillen, das heißt, einerseits axialen Rillen, die bei der Drehung wirken, und andererseits Querrillen, die beim Ziehen wirken, versehen.
• Abschließend ist hervorzuheben, daß die Erfindung in keiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt ist, und verschiedene Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs der erfindungsgemäßen Idee, die durch die Ansprüche definiert wird, möglich sind. Die zu dem Blindniet gehörenden Teile bestehen aus geeigneten Materialien, wobei der Bolzen in jedem Fall leicht verformbar sein sollte und der Bohrer natürlich die erforderliche Härte haben sollte. Vorzugsweise besteht der Bohrer aus anlaßgehärtetem Stahl.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen einer Nietverbindung mittels eines selbstbohrenden Blindniets, der eine Hülse (1) und einen Bolzen (2), der sich durch sie hindurch erstreckt, umfaßt, wobei die Hülse an einem Ende einen radial vorstehenden Umfangsflansch (4) hat und sich ein Ende des Bolzens (2) über den Flansch (4) hinauserstreckt, während sich an dem anderen Ende des Bolzens (2) ein Bohrer (6) an dem Ende der Hülse (1) gegenüber dem Flanschende befindet, und das Verfahren die Schritte des Aufsetzens des Bohrers (6) des Blindniets (1, 2) auf eine Seite eines Werkstücks (8), das vernietet werden soll, des Drehens des gesamten Blindniets (1, 2) und damit des Bohrens des Bohrers (6) in einer Bohrrichtung vollständig durch das Werkstück (8) hindurch bis an eine Position außerhalb der gegenüberliegenden Seite desselben, wobei gleichzeitig die Hülse (1) in das durch den Bohrer (6) in das Werkstück (8) gebohrte Loch hineingezogen wird, bis der Flansch (4) an einer Seite des Werkstücks (8) anschlägt, des Haltens der Hülse (1) in dieser Position, während der Bolzen (2) in einer Richtung entgegensetzt zu der Bohrrichtung gezogen wird, so daß der Bohrer (6) in den benachbarten Endbereich der Hülse (1) hineingezogen wird und ihn ausdehnt, wobei durch diese Ausdehnung eine dauerhafte Aufweitung des Blindniets (1, 2) direkt außerhalb der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks (8) entsteht, um die Nietverbindung herzustellen, sowie des Ziehens des Bolzens (2) weiter in der entgegengesetzten Richtung umfaßt, bis er in der Hülse (1) abgerissen wird, wobei die Nietverbindung dadurch druckdicht wird, daß der Bohrer (6) während der Ausdehnung vollständig in die Aufweitung hineingezogen wird, deren Außenseite (12) in engen und dauerhaften anliegenden Kontakt mit der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks (8) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Bohrers (6), der der Hülse (1) zugewandt ist, vor dem Schritt des Vernietens enganliegend und dauerhaft (in 11) mit dem benachbarten Ende der Hülse (1) verbunden ist, so daß der Bohrer (6) nach dem Schritt des Vernietens, der diese Ausdehnung einschließt, durch diese Verbindung (11) dauerhaft in der Aufweitung gehalten wird.

2. Selbstbohrender Blindniet, der eine Hülse (1) und einen Bolzen (2), der sich durch sie hindurch erstreckt, umfaßt, wobei die Hülse an einem Ende einen radial vorspringenden Umfangsflansch (4) hat, der an einem Werkstück (8) anliegt, das vernietet werden soll, und sich ein Ende des Bolzens (2), das mit einem Ziehwerkzeug (5) in Eingriff kommt, sich über den Flansch (4) hinauserstreckt, während das andere Ende des Bolzens (2) einen Bohrer (6) zum Durchbohren des Werkstücks (8) in einer Bohrrichtung aufweist, wobei sich der Bolzen (2) enganliegend in der Hülse (1) befindet oder der Bolzen (2) und die Hülse (1) drehmomentabsorbierende Eingriffseinrichtungen aufweisen, so daß die Hülse (1), der Bolzen (2) und sein Bohrer (6) eine Einheit bilden, die gedreht werden kann, der Bohrer (6) in direkter Verbindung mit dem Ende der Hülse (1) steht, das dem Flanschende gegenüberliegt, und der Bohrer (6) vollständig in die Hülse (1) hineingezogen wird und sie verformt, wenn eine Zugkraft auf den Bolzen (2) in einer Richtung entgegensetzt zu der Bohrrichtung ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Bohrers (6), der der Hülse (1) zugewandt ist, vor dem Schritt des Vernietens enganliegend und dauerhaft (in 11) mit dem benachbarten Ende der Hülse (1) verbunden ist.

3. Blindniet nach Anspruch 2, wobei die dauerhafte Verbindung (11) des Bohrers (6) mit dem Ende der Hülse (1) durch Umfangslöten hergestellt wird.

4. Blindniet nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Eingriffseinrichtungen dadurch gebildet werden, daß der Bolzen (2a) wenigstens einen Vorsprung (9) aufweist, der in eine passende Aussparung (10) in der Hülse (1a) eingreift.

5. Blindniet nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Eingriffseinrichtungen dadurch gebildet werden, daß der Bolzen (2b, 2c) einen vieleckigen Querschnitt hat, und das Loch der Hülse (1b, 1c) den entsprechenden vieleckigen Querschnitt hat.

6. Blindniet nach einem der Ansprüche 2-5, wobei der Bolzen (2) eine Schwachstelle (7) im Inneren der Hülse (1) hat, an der der Bolzen (2) abgerissen wird, wenn eine Zugkraft mit einem entsprechenden Betrag in einer Richtung entgegengesetzt zu der Bohrrichtung ausgeübt wird.

7. Blindniet nach Anspruch 6, wobei die Schwachstelle des Bolzens (2) ein Abschnitt mit verringerten Querschnitt ist.

8. Blindniet nach einen der Ansprüche 2-7, wobei die Hülse (1) zylindrisch ist und die maximale Querschnittsabmessung des Bohrers (6) die gleiche Größe hat, jedoch etwas größer ist als der Außendurchmesser der Hülse (1).