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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Stanznieten, wie in WO 94/14554
(HENROB) beschrieben. Sie ist speziell, aber nicht ausschließlich, bei
einem Verfahren und einer Vorrichtung für das Verbinden von Werkstücken bei
Verwendung von Nieten anwendbar, die einen verringerten Festigkeitsunterschied
zwischen dem Niet und den zu verbindenden Materialien aufweisen,
und sie ist speziell bei der Verwendung von Nieten aus der gleichen
Zusammensetzung wie die Werkstücke
anwendbar.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
Selbstlochen ist ein Verfahren des Nietens, bei dem keine Öffnung in
einem der miteinander zu vernietenden Werkstücke vorher geformt wird, wobei
der Niet selbst zumindest das nächstgelegene Werkstückteil durchdringt.
Im Allgemeinen ist es so angeordnet, dass der Niet nicht das entfernteste Werkstück durchdringt,
so dass die resultierende genietete Verwindung an sich gegen den
Durchgang von Gas oder Flüssigkeiten
abgedichtet wird.
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Das
Stanznieten wurde als eine Alternative zum Punkschweißen entwickelt,
und bietet als solches bestimmte Vorteile. Eine Anzahl von derartigen Stanznietsystemen
steht kommerziell unter den Markennamen FASTRIV und HENROB zur Verfügung. Derartige
Systeme werden in der Patentliteratur beschrieben, beispielsweise
im WO 93/10925 (HENROB), WO 94/14554 (HENROB) und
US 4615475 (NEITEK). Das ist der dem
Anmelder bekannte vertrauteste Stand der Technik, und der Leser
wird auf diese Dokumente betreffs einer allgemeinen Beschreibung
dieses Verfahrens und seiner Vorteile gegenüber dem Punktschweißen hingewiesen.
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Diese
Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik haben bestimmte gemeinsame
charakteristische Merkmale. Erstens nutzen sie einen Niet, der einen
vorgeformten Kopf aufweist, und dieser Kopf muss innerhalb des Gesenks
der Einbringungsvorrichtung aufgenommen werden.
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Zweitens
liefern die vorhandenen Verfahren nicht übereinstimmend zuverlässige Ergebnisse, wenn
die Niete im Wesentlichen nicht fester sind als das zu verbindende
Teil. Es ist wichtig, da dieses Verfahren oftmals bei relativ harten
Werkstücken
aus Aluminiumlegierung zur Anwendung gebracht wird, dass eine Forderung
besteht, Niete zu verwenden, die ebenfalls aus Aluminiumlegierung
bestehen. Das würde
jegliche Tendenz zur chemischen oder galvanischen Korrosion oder
dergleichen vermeiden und würde
die Rückgewinnung
des Aluminiumlegierungsmaterials für die Wiederverwendung vereinfachen. Diese
Forderung kann jedoch gegenwärtig
nicht erfüllt
werden, da es keine ausreichend festere Aluminiumlegierung gibt,
die für
den Niet verfügbar
ist.
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EP-A-0678679
offenbart einen Niet, der bei einer Ausführungsform als ein Stanzniet
verwendet werden kann. Bei dieser Ausführungsform hat er ein scharfkantiges
Nietprofil. Bei einer anderen Ausführungsform wird ein verjüngter Niet
zur Verwendung in vorgeformten Löchern
offenbart. Die Verjüngung wirkt
darauf hin, die Kanten des Niets abzustumpfen, und dieser Niet hat
ebenfalls an einem Ende Taschen in seinem Kopf, um verformtes Werkstückmaterial aufzunehmen,
und ein gerilltes Merkmal, um zu ermöglichen, dass verformtes Werkstückmaterial
den Niet an seinem Platz arretiert.
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Das
GB-A-1378504 offenbart eine Nietvorrichtung, in der der Niet vollständig durch
das Werkstück
hindurchgeht, wobei ein vergrößerter Kopf
außerhalb
einer jeden Fläche
des Werkstückes gebildet wird,
wobei die Seiten des Niets radial eingezwängt werden, wo der Niet in
das Werkstück
eindringt.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen oder mehrere der
vorangehend umrissenen Nachteile zu überwinden oder zu mildern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird ein Stanzniet nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Vorzugsweise
ist die Außenfläche des
Niets in der Gestaltung durchgehend zylindrisch.
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Vorzugsweise
ist der Nietschaft wesentlich geradseitig, wobei die Seiten des
Schafts längs
wesentlich der gesamten Länge
des Niets wesentlich parallel sind. Vorzugsweise schließt der Schaft
des Niets eine Rille ein.
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Vorzugsweise
umfasst die Rille einen wesentlich umlaufenden Kanal.
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Vorzugsweise
ist die Rille derart angeordnet, dass Material aus dem Werkstück nächst dem
Ende des Niets während
des Einsetzens des Niets in das Werkstück in die Rille extrudiert
wird.
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Vorzugsweise
ist eine der Bohrungen mit einem Innengewinde versehen.
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Vorzugsweise
ist der Schaft des Niets im Querschnitt achspolygonal.
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Vorzugsweise
ist der Nietschaft als durchgehende Röhre gestaltet.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine genietete
Verbindung zwischen wenigstens zwei Werkstücken bereitgestellt, geformt durch
einen Stanzniet, wie er hierin beansprucht wird.
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Vorzugsweise
wird das obere Stück
(die oberen Stücke)
der zu verbindenden Werkstücke
durch einen Stanzniet, wie er hierin definiert wird, gelocht, und
das tiefste oder untere am meisten gebrauchte Werkstück nimmt
den Lochungsbereich des Niets auf, und dabei wird der Lochungsbereich
radial nach außen
aufgeweitet.
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Vorzugsweise
wird das obere Teil (die oberen Teile) durch einen solchen Stanzniet
gelocht, wobei der Niet einen Lochungsbereich am Ende des Nietschaftes
aufweist, und das untere Teil nimmt den Lochungsbereich in einer
verbreiterten Form auf, wobei der Lochungsbereich innerhalb des
unteren Teils radial aufgeweitet wird, um eine Nietverbindung zu bilden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung werden jetzt speziell nur als Beispiel
und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
die zeigen:
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1 bis 5 Schnittseitenansichten,
die zeichnerisch die fortlaufenden Schritte bei einem Verfahren
zum Stanznieten veranschaulichen;
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6 bis 9 Schnittseitenansichten
der fortlaufenden Schritte bei einem anderen Verfahren zum Stanznieten;
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10 und 11 Schnittseitenansichten, die
den zusätzlichen
Schritt des Formens eines Niets durch Abschneiden eines Drahtes
und Einführen
des so geformten Niets in ein Gesenk zeigen;
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12 und 13 Schnittdarstellungen,
die die anfänglichen
fortlaufenden Schritte eines Verfahrens zum Stanznieten bei Verwendung
eines Kopfniets veranschaulichen;
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14 einen
Seitenquerschnitt durch einen Stanzniet nach der Erfindung;
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15 und 16 Seitenquerschnittdarstellungen
durch andere Arten von Stanznieten;
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17 bis 20 Schnittseitenansichten der
fortlaufenden Schritte bei einem Verfahren zum Stanznieten.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegenden Ausführungsformen
werden jetzt nur als Beispiel beschrieben.
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1 bis 5 veranschaulichen
die fortlaufenden Schritte bei der Durchführung eines Verfahrens zum
Stanznieten. Die Platten oder Teile 10, 11, die
miteinander verbunden werden sollen, werden zwischen einem Ambos 12 und
einem Gesenk 13 gehalten. Das Gesenk enthält einen
Kanal 14 mit geraden Seiten, der ein fester Gleitsitz für einen
Niet 15 und einen Stempel 16 ist.
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Das
Gesenk und der Ambos klemmen die zwei Platten zusammen, um ein Werkstück zu formen.
Die Klemmkraft kann auf den Aufwärtsdruck vom
Amboss oder, wie in 2 gezeigt wird, auf den Abwärtsdruck
P durch das Gesenk 13 zurückgeführt werden.
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In
diesem Zusammenhang besteht ein Werkstück aus einer beliebigen Anzahl
von Teilen, die miteinander vernietet werden sollen.
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Der
Ambos enthält
einen ringförmigen
Hohlraum, der einen unveränderlichen
Grad an Verformung des Werkstückes
gestattet und ebenfalls bewirkt, dass sich der Niet nach außen aufweitet,
wie nachfolgend beschrieben wird.
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Jetzt
detailliert mit Bezugnahme auf die in 1 bis 5 gezeigte
Folge wird in 2 eine nach unten gerichtete
Druckkraft P auf die Schichten durch das Gesenk angewandt. Die Kraft
F wird danach auf den Stempel angewandt, wodurch bewirkt wird, dass
sich der Niet in die Schichten locht und das Ende des Niets sich
nach außen
durch einen Rückdruck
am Ambos aufweitet. In diesem Stadium verbleibt ein ausreichender
Abschnitt des Niets, der über der
oberen Schicht vorsteht, um den eventuellen Nietkopf zu formen.
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In 3 wird
das Gesenk zurückgezogen, bis
der Boden des Gesenks zum Ende des Stempels eben ist. Das lässt die
verbleibenden Seiten des Niets über
dem Werkstück
ungestützt
und nicht eingezwängt
vorstehen. Der Stempel und das Gesenk bewegen sich dann in Übereinstimmung
nach unten, wie in 4 gezeigt wird, und stauchen
das vorstehende Ende des Niets, um einen Kopf zu formen. Der Kopf
kann mit dem Werkstück
bündig
sein, wie gezeigt wird, oder er kann in Abhängigkeit von den Konstruktionsforderungen
vorstehen.
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Bestimmte
Aspekte und Vorteile dieser Ausführungsform
werden unmittelbar sichtbar. Erstens bestehen die Niete aus Materialrohlingen
mit geraden Seiten. Es besteht keine Notwendigkeit, einen Nietkopf
vorzuformen. In ihrer einfachsten Form können die Niete einfach durch
wiederholtes Abschneiden des Endes einer Drahtlänge geformt werden (siehe nachfolgenden
Hinweis auf 10 und 11). Zweitens
entsprechen die Innenabmessungen des Kanals 14 im Gesenk
im Wesentlichen genau den Außenabmessungen
des Niets. Da das Gesenk aus Material von großer Festigkeit hergestellt wird,
liefert es eine Einzwängung
gegen die unvermeidliche Tendenz zur Verformung des Niets radial nach
außen,
wenn eine Kraft F angewandt wird. Es wirkt daher, um den Niet zu
verfestigen, und die resultierende Wirkung ist, als ob ein Niet
aus einem viel festeren Material verwendet würde. Es ist daher möglich, die
Teile miteinander bei Verwendung von Nieten zu verbinden, die aus
dem gleichen Grundmaterial (z.B. Aluminiumlegierung) wie die Teile
bestehen, aber einen verringerten Festigkeitsunterschied gegenüber dem
Material der Teile aufweisen.
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Dieses
Verfahren funktioniert gut, indem das Gesenk mit dem Werkstück mindestens
während
des Teils des Nietvorganges in Kontakt gehalten wird, bei dem der
Niet einzudringen und das Werkstück
zu durchdringen beginnt. Sobald beide Werkstücke durchdrungen sind, kann
dann die Einzwängung
aufgehoben werden, damit ein Kopf geformt werden kann. Die einfachste
Möglichkeit,
diese Einzwängung aufzuheben,
ist das Anheben von mindestens einem Abschnitt des Gesenks weg vom
Werkstück.
Es wird erkannt werden, dass das Gesenk in einer zweiteiligen Form
mit einem äußeren Klemmteil,
das immer mit dem Werkstück
(nicht gezeigt) in Kontakt bleibt, und einem inneren Teil vorliegen
könnte,
das sich bewegt, wie es in diesen Fig. veranschaulicht wird.
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Bei
Anwendung der Anordnung, die im vorangegangenen Beispiel beschrieben
wird, kann ein Werkstück-
oder ein Teilmaterial aus einer Aluminiumlegierung Güteklasse
5251 im H3-Zustand mit einer Härte
von Hv 85 zufriedenstellend mit einem Stanzniet genietet werden,
der aus einer Aluminiumlegierung Güteklasse 7050 mit einer Härte von
Hv 150 hergestellt wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
dieses Verfahrens wird in 6 bis einschließlich 9 veranschaulicht. 6 und 7 entsprechen
den in 1 und 2 gezeigten Schritten. In 8 wird das
Gesenk jedoch nicht aus dem Werkstück zurückgezogen, sondern stattdessen
wird ein fortgesetzter Druck durch den Stempel 16 angewandt.
Eine fortgesetzte Vorwärtsbewegung
des Stempels bewirkt eine Ausdehnung des Niets, die ausreichend
ist, damit er sicher innerhalb der oberen Platte in Eingriff gebracht werden
kann. Wo der Niet eine vergleichbare Festigkeit relativ zum Werkstück aufweist,
wurde entdeckt, dass die unvermeidliche Verformung innerhalb des Werkstückes erfolgt,
um eher einen eingebetteten Kopf als einen Senkkopf zu formen.
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Bei
vielen Anwendungen kann eine ausreichend sichere Verbindung hergestellt
werden, ohne dass der Niet einen vollständig geformten Kopf aufweisen
muss. Das ist besonders anwendbar, wo Klebstoffe das hauptsächliche
Verbindungsverfahren sind, und wo eine mechanische Befestigung erforderlich
ist, um die Teile miteinander zu sichern, bis der Klebstoff ausgehärtet ist.
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Wo
ein einfacher zylindrischer Niet verwendet wird, kann der Niet im
Nietkopf durch Zuführen von
Draht in den Kopf und Abschneiden des Niets durch einen Abschneidevorgang
und Übertragen
des Niets in das Gesenk hergestellt werden. Das wird in 10 und 11 veranschaulicht.
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Ein
Schneidblock 20 ist angrenzend am Nietgesenk 23 vorhanden,
das eine Öffnung 21 enthält, die
mit einer entsprechenden Öffnung 27 im
Gesenk ausgerichtet ist, wodurch der Niet 25 direkt in
den Kanal 24 geführt
werden kann, während
er geformt wird. Der Draht 22 wird durch den Schneidblock
zugeführt, bis
er einen Drahtanschlag 28 erreicht. Die Position des Drahtanschlags
im Schneidblock ist so regulierbar, dass die Länge des Niets reguliert werden
kann, um sich an eine Vielzahl von Werkstücken anzupassen. Dieses Abschneideverfahren
ist per se bekannt, aber die fortlaufende Bildung von Nieten für das direkte
Zuführen
in ein benachbartes Gesenk wurde früher bei diesem Verfahren nicht
zur Anwendung gebracht. Wohingegen Niete bei diesem Typ von Vorrichtung
und Verfahren im Allgemeinen mittels Magazin oder Band zugeführt werden,
vermeidet diese Ausführungsform
die gesamte Komplexität
dieser früheren
Anordnungen.
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Eine
dritte Ausführungsform
wird in 12 und 13 veranschaulicht.
Es gibt Gelegenheiten, bei denen es bevorzugt wird, einen Niet mit
einem vorgeformten Kopf zu verwenden. Es wurde ermittelt, dass es
möglich
ist, derartige Niete bei diesem Verfahren zu verwenden, vorausgesetzt,
dass der Schaft des Niets eingezwängt wird, während er in das Werkstück eindringt.
Das kann bei Anwendung des in 12 und 13 veranschaulichten
Verfahrens zustande gebracht werden. Bewegliche Köpfe 30, 31 werden
zwischen dem Gesenk 33 und dem Werkstück angeordnet. Die Köpfe sind
so geformt, dass sie dem Umfang des Niets als ein fester Gleitsitz
entsprechen. Der Niet 35 wird danach in das Werkstück getrieben,
bis der Kopf des Niets den beweglichen Köpfen 30, 31 begegnet.
Die Köpfe
werden danach zurückgezogen,
und es wird eine Kraft F' auf
den Stempel 36 angewandt, um den Nietkopf in das Werkstück zu treiben.
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Bei
diesem Beispiel bewegen sich die Köpfe seitlich in der Ebene des
Werkstückes.
Das ist jedoch nur eine Option, und die Köpfe könnten sich gleichermaßen gut
in einer winkeligen Weise bewegen. Das bedeutende charakteristische
Merkmal ist, dass das Ende des Gesenks in Form der Breite des Niets
regulierbar ist, um sowohl die erforderliche Einzwängung als
auch den Durchgang für
den Kopf des Niets zu bewirken. Die Kraft F' kann gleich der Kraft F sein oder nicht.
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17 bis 20 veranschaulichen
eine weitere Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform
enthält
der Schaft des Niets eine Umfangsrille 48 in der Nähe des Endes
des Niets. Die Rille ist vorzugsweise so positioniert, dass sie
sich mit der Materialschicht ausrichtet, die dem Gesenk am Ende
des Nietvorganges am nächsten
ist. Während
der Niet in die Werkstücke
gezwungen wird, wird dann Material 49 aus dem Werkstück 40 in
die Rille 48 extrudiert, wobei der Niet fest an Ort und
Stelle gehalten wird und daher eine festere Verbindung zwischen
den zwei Werkstücken
bildet.
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In 17 bis 20 wird
die Rille 48 als umlaufender Kanal gezeigt. Das ist jedoch
nur eine mögliche
Anordnung. Beispielsweise könnte
die sogenannte Rille aus einer oder mehreren Einkerbungen um den
Umfang des Niets bestehen, wobei jede Einkerbung extrudiertes Material 49 aufnehmen
kann. Es folgt, dass der Begriff „Rille" in diesem Zusammenhang eine breite
Bedeutung aufweist und eine Vertiefung jeglicher Form oder Konfiguration
umfasst, die das gewünschte
Ergebnis des Aufnehmens eines extrudierten oder abgesonderten Teils
des Werkstückes 40 erreichen
kann.
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Bei
dieser Ausführung
wird zu bemerken sein, dass es nicht erforderlich oder wünschenswert ist,
das Gesenk vom Werkstück 40 während des
Nietvorganges bei einem Schritt des Formens des Kopfes zurückzuziehen.
Das heißt,
der in 3 gezeigte Schritt wird weggelassen. Das fördert das
Fließen von
Material aus der Schicht 40 in die Rille 48.
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Die
bisher beschriebenen Beispiele nutzten zylindrische Rohlinge als
Niete, wie in 16 gezeigt wird. Der Rohling
muss jedoch nicht kreisförmig
zylindrisch sein, sondern er könnte
jeden geeigneten Querschnitt aufweisen, einschließlich quadratisch, rechteckig
oder vieleckig. Außerdem
kann das Ende des Niets, das das Werkstück locht, eine Halbhohlform
aufweisen, wie in 15 gezeigt wird. Das heißt, das
Ende des Niets kann eine Bohrung mit einem verjüngten Ende einschließen, um
das Lochen des Werkstückes
und die endgültige
Verformung des Niets auf dem Amboss zu unterstützen. Halbhohlniete bewirken
eine leichtere Durchdringung der Schichten, ein verbessertes Aufweiten
und eine verringerte Verzerrung der Verbindung, weil eine geringere
Materialverschiebung auftritt.
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Nach
der vorliegenden Erfindung enthalten beide Enden des Niets eine
Bohrung, wie in 14 gezeigt wird. Symmetrische
Halbhohlniete eliminieren die Notwendigkeit des Ausrichtens des
Niets während
der Vorlage am Nietkopf.
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Diese
Verfahren und die Vorrichtung sind gleichermaßen bei der Anbringung von
Hohlrohlingen oder -nieten (nicht veranschaulicht) anwendbar. In
diesem Fall wird ein weiterer Stempel, der für einen festen Gleitsitz innerhalb
der Bohrung des Niets konstruiert ist, erforderlich sein, um den
Niet gegen ein inneres Zusammenklappen zu stützen. Die Bohrung des Niets
kann mit Gewinde versehen sein, um ein Befestigungselement oder
einen Stopfen aufzunehmen, um beispielsweise einen elektrischen
Kabelbaum oder einen Kunststoffeinsatz aufzunehmen, um eine bündige Abdeckung über der
Verbindung zu bilden.
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Diese
Verfahren sind bei einer breiten Vielzahl von Materialien anwendbar
und ermöglichen, dass
die Niete aus Materialien konstruiert werden können, die anderenfalls als
zu schwach betrachtet werden, um nützlich zu sein. Daher können ebenso gut
Metalle, Kunststoffmaterialien und Verbundstoffe verwendet werden,
wie sie von den Materialspezialisten ausgewählt werden.
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Der
von dieser Patentbeschreibung angesprochene Fachmann wird auf Patentbeschreibungen
nach dem bisherigen Stand der Technik betreffs allgemeiner Details über Stanznietverfahren
hingewiesen. Es wird zu erkennen sein, dass Veränderungen und Abwandlungen
bei den beschriebenen und veranschaulichten Ausführungen vorgenommen werden
können,
ohne dass man vom Bereich der vorliegenden Erfindung abweicht, wie
er in den folgenden Patentansprüchen
definiert wird.