EP2281121A1 - Vollniet zum fügen von composit-bauteilen - Google Patents

Vollniet zum fügen von composit-bauteilen

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Publication number
EP2281121A1
EP2281121A1 EP09728441A EP09728441A EP2281121A1 EP 2281121 A1 EP2281121 A1 EP 2281121A1 EP 09728441 A EP09728441 A EP 09728441A EP 09728441 A EP09728441 A EP 09728441A EP 2281121 A1 EP2281121 A1 EP 2281121A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rivet
head
intermediate portion
end portion
solid rivet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09728441A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Vas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
Publication of EP2281121A1 publication Critical patent/EP2281121A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/56—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
    • B29C65/60—Riveting or staking
    • B29C65/601—Riveting or staking using extra riveting elements, i.e. the rivets being non-integral with the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00—Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04—Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/06—Solid rivets made in one piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/04—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of riveting
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    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts

Definitions

  • the invention relates to a solid rivet and in particular, but not exclusively a solid rivet for the joining of composite components according to the preamble of claim 1.
  • the majority of solid rivets currently in use are made of aluminum alloys (2017-T42, 21 17-T42 and 7050-T73), for special applications full rivets made of titanium or titanium alloys are used. Full rivets made of steel are no longer used in aircraft construction.
  • bi-metallic rivets e.g. from the company Cherry. This rivet consists of a shaft made of a high-strength titanium alloy (Ti6AI4V) and a shaft end of a soft titanium alloy (Ti45Nb). Both components are connected by friction welding during the manufacture of the rivet.
  • the installation of the rivet is done by forming the soft shaft end.
  • these connecting elements are also suitable for joining components made of fiber-reinforced plastics (FRP), ie to form FRP / FRP structures.
  • FRP fiber-reinforced plastics
  • solid aluminum rivets can not be used, instead a titanium alloy (TiNb45) is used as the rivet material.
  • An anchoring rivet is known from US Pat. No. 2,358,728, in which a shaft comprises a stepped head, a pin with a smaller diameter that adjoins the shaft, a groove extending transversely to the shaft directly next to the pin, and an additional slot for receiving material.
  • a method of making a riveted joint is known in which a rivet is used with one or more annular grooves in the shank of the rivet.
  • the groove serves to retard the transition of the rivet into a mushroom shape thereby shortening the central portion of the rivet so that the material is forced substantially evenly outwardly.
  • Object of the present invention is to provide a rivet, with which the mentioned disadvantages can be avoided and which allows a firm and reliable connection of FRP components with each other, without this means an increased manufacturing cost.
  • An essential aspect of the invention is that in the solid rivet according to the prior art, a recess, a groove or bevel is provided in the shaft of the solid rivet, which is located at the level of the back of the closing head side material. While the FVK component delaminates from the bore edge during the installation of a conventional solid rivet without such a recess or chamfer, the chamfer in the solid rivet according to the invention prevents contact of the rivet at the bore edge with the component to be joined, so that delamination of the FVK component is prevented. Component is avoided in this area.
  • the solid rivet according to the invention with a setting head and a shaft, which is aligned axially with the setting head, wherein the maximum diameter of the setting head is greater than the outer diameter of the shaft, characterized in that the shaft has at least one end portion, an intermediate portion and a head portion, wherein the outer diameter of the intermediate portion is smaller than the outer diameter of the end portion.
  • the solid rivet according to the invention has as one or - as far as is technically possible and reasonable - as several features that:
  • the end portion tapers, wherein it has a smaller outer diameter at its free end;
  • the end portion is made of a soft material and the intermediate portion and / or the head portion is made of a high-strength material;
  • the end portion tapers, wherein it has a smaller outer diameter at its free end;
  • the transition between the head section and the intermediate section and / or between the intermediate section and the end section is step-shaped
  • the transition between the head section and the intermediate section and / or between the intermediate section and the end section has only one edge
  • the difference between the diameters of the head portion and the intermediate portion is dependent on the length of the intermediate portion
  • the rivet according to the invention offers i.a. the following advantages: it is installed just like the "classic" rivet, i.
  • the known tools can be used and the joining of components with the solid rivet according to the invention can be carried out in exactly the same way as in the prior art. Furthermore, you can achieve a weight savings through a correspondingly deep chamfer or groove.
  • Fig. 1 shows a solid rivet according to the prior art before deformation.
  • Fig. 2 shows the solid rivet according to Fig. 1 after deformation.
  • FIG 3 shows an embodiment of the solid rivet according to the invention before deformation.
  • FIG. 4 shows the solid rivet according to FIG. 3 after the deformation.
  • FIGS. 5 to 8 show further preferred embodiments of the solid rivet according to the invention.
  • Fig. 1 shows a solid rivet according to the prior art, with which an upper component 1 and a lower component 2 are to be connected, of which only one section is shown.
  • a bore 3 is provided, which extends through both components.
  • a solid rivet 4 is inserted, where it is prevented on the one hand by a setting head 5 from slipping completely through the hole 3.
  • a shaft 6 connects, which is aligned axially with the setting head 5 and is so long that it projects beyond the setting head 5 opposite side of the bore 3.
  • the setting head can preferably be sunk in the surface of the upper component 1, so that it is flush with the surface of the component 1. Its maximum diameter is greater than the inner diameter of the bore 3 and larger than the outer diameter of the shaft 6.
  • the component 2 when the shaft 6 is deformed at its free end to the closing head 7, the component 2 may be impaired.
  • the strength of the laminate structure of the component 2 is impaired.
  • it can also lead to a depression of the component 2 in the vicinity of the bore 3, as indicated by the dashed lines in Fig. 2, which show the original thickness of the component or its ideal state after joining.
  • the solid rivet 4 is provided with a chamfer or groove at the level of the outlet edge of the bore 3.
  • a first embodiment of such a solid rivet according to the invention is shown in FIG.
  • the uniform shaft 6 is replaced by three different sections.
  • the head 5 is followed by a head section 9.
  • This is followed in the direction of the free end of the solid rivet, an intermediate portion 10, and this in turn is followed by an end portion 1 1, which forms the free end of the solid rivet 4.
  • the individual sections are marked or differ from each other in that they all have a different diameter from the respectively adjacent section.
  • the outer diameter of the intermediate portion 10 is smaller than the outer diameter of the end portion 1 1.
  • the outer diameter of the intermediate portion 10 is smaller than the outer diameter of the head portion 9.
  • the relationship of the diameter of the head portion 9 and end portion 11 is arbitrary.
  • the head portion 9 may have a larger diameter than the end portion 11, as indicated in Fig. 3, but it is also possible to choose the diameter of the end portion 11 is equal to or slightly larger than that of the head portion 9 (not shown ).
  • the diameter of the intermediate portion 10 is indicated in Fig. 3 with "a".
  • the three sections 9, 10 and 1 1 are shown in Fig. 3 and Fig. 4 are each cylindrical. However, this is not a requirement for the solid rivet according to the invention.
  • the intermediate section 10 only has a smaller diameter in regions than its adjacent sections 9 and 11.
  • its cross-sectional shape in the direction of the axis of symmetry shown in dashed lines in FIGS. 1 to 4 would thus not be circular, but for example elliptical or rectangular with rounded corners or a circle with two opposite flattenings etc.
  • FIGS. 5 to 8 Further modifications of the solid rivet according to the invention are shown in FIGS. 5 to 8.
  • Fig. 5 the embodiment of FIG. 3 is shown again.
  • the feature of the solid rivet, which varies in Figs. 5 and 6, is the transition between the individual sections.
  • the transition between the sections is step-shaped, ie there are two edges between the intermediate section 10 and the head section 9 and between the intermediate section 10 and the end section 1 1.
  • the embodiment according to FIG. 5 differs from the embodiment according to FIG 6 in that the transition between the head portion 9 and the intermediate portion 10 and between the intermediate portion 10 and the end portion 1 1 is rounded, so that each transition has only one edge.
  • This embodiment is easier to realize in terms of manufacturing technology, since a groove is produced here only with a simple tool must be, while in the embodiment of Fig. 5, the diameter of the intermediate portion 10 must be reduced by milling.
  • the introduction of the chamfer can thus be done by machining (for example by turning) or introduced by forming. Both processes can be carried out by the rivet manufacturer or even by the riveting user.
  • FIG. 7 Another embodiment of the solid rivet according to the invention is shown in FIG.
  • the end portion 11 tapers to have a smaller outer diameter at its free end.
  • his handle when setting in the hole 3 is easier.
  • the embodiment of the solid rivet 4 according to FIG. 7 differs from the preceding embodiments in that its intermediate section 10 is extended.
  • the choice of the dimension of the intermediate section 10 (and also of the other sections) in the axial direction depends essentially on the strength requirements of the respective section and with the diameter "a" of the intermediate section 10 together.
  • FIG. 8 an embodiment is shown in Fig. 8, which has a plurality of intermediate portions and end portions: in addition to the first intermediate portion 10, a second intermediate portion 12 is provided, which adjoins the first end portion 11. This embodiment is completed by a second end portion 13. This embodiment is particularly useful when different components 1 and 2 are to be assembled with a rivet of different thickness, but on the other hand not different rivets are to be kept in stock.
  • the respective materials can also be selected such that they are optimally suited for the particular application of the solid rivet 4.
  • the solid rivet does not have to be monolithically made of a material but, for example, the end portion 11 may be made of a soft material and the intermediate portion 10 or the head portion 9 may be made of a high strength material. In this way it is achieved that the end portion 1 1 absorbs a large part of the deformation work and is reduced in length while increasing its width. Examples of materials are the high strength Ti6AI4V and the softer Ti45Nb. references

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vollniet mit einem Setzkopf (5) und einem Schaft (6), der axial mit dem Setzkopf (5) ausgerichtet ist, wobei der maximale Durchmesser des Setzkopfes größer als der Außendurchmesser des Schaftes (6) ist. Um eine feste und zuverlässige Verbindung auch von FVK-Bauteilen miteinander zu ermöglichen, ohne dass dies einen erhöhten Fertigungsaufwand bedeutet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Schaft (6) wenigstens einen Endabschnitt (11), einen Zwischenabschnitt (10) und einen Kopfabschnitt (9) aufweist, wobei der Außendurchmesser des Zwischenabschnittes (10) kleiner als der Außendurchmesser des Endabschnittes (11) ist.

Description

Vollniet zum Fügen von Composit-Bauteilen
Die Erfindung betrifft ein Vollniet und insbesondere, aber nicht ausschließlich ein Vollniet für das Fügen von Composit-Bauteilen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Vollniete werden seit Beginn der Luftfahrt in großen Stückzahlen im Flugzeugbau eingesetzt. Auch moderne Flugzeuge wie der A380 werden mit diesen Elementen gefügt, insbesondere in der Schalenmontage ist das Vollniet wegen der niedrigen Kosten und der guten Automatisierbarkeit weit verbreitet.
Der Großteil der derzeit verwendeten Vollniete besteht aus Aluminium-Legierungen (2017-T42, 21 17-T42 bzw. 7050-T73), für spezielle Anwendungen werden Vollniete aus Titan bzw. Titanlegierungen verwendet. Vollniete aus Stahl werden im Flugzeugbau nicht mehr verwendet. Darüber hinaus gibt es bi-metallische Niete, z.B. von der Firma Cherry. Dieses Niet besteht aus einem Schaft aus einer hochfesten Titanlegierung (Ti6AI4V) und einem Schaftende aus einer weichen Titanlegierung (Ti45Nb). Beide Komponenten werden bei der Herstellung des Niets mittels Reibschweißen verbunden.
Die Installation des Niets erfolgt durch Umformung des weichen Schaftendes. Unter gewissen Randbedingungen sind auch diese Verbindungselemente zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) geeignet, also um FVK/FVK- Strukturen zu bilden. Aus Korrosionsgründen können dabei keine Vollniete aus Aluminium verwendet werden, stattdessen kommt eine Titanlegierung (TiNb45) als Nietwerkstoff zum Einsatz.
Das Problem bei den herkömmlichen Nieten besteht darin, dass beim Verformen eines Niets große Kräfte auftreten, die dazu führen, dass das Material des Niets in der Bohrung radial nach außen verdrängt wird. Das nach außen verdrängte Material kann insbesondere an den Rändern der Bohrung für den Niet das Material des Fügebauteils beschädigen. Während dies bei Fügebauteilen aus Metall zu einer Verformung des Metalls führt, durch die die Stabilität und Eignung des Bauteils allenfalls geringfügig beeinträchtigt wird, kommt es bei FVK-Bauteilen im Bereich des Schließkopfes aufgrund der sehr hohen Drücke bei der Nietinstallation zu einer Delamination der einzelnen FVK- Lagen. Neben der Delamination von Laminatschichten können auch Risse in dem FVK- Bauteil entstehen. Um die Delamination und Rissbildung zu vermeiden, wird daher schließkopfseitig ein metallischer Werkstoff vorgeschrieben. Diese Anforderung kann erfüllt werden, indem FVK/FVK-Strukturen unter Einsatz von metallischen Unterlegscheiben gefügt werden, was jedoch einen hohen Fertigungsaufwand bedeutet.
Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist somit das Fügen von FVK/FVK-Strukturen mittels Vollnieten nicht möglich.
Aus der US 2 358 728 ist ein Verankerungsniet bekannt, bei dem ein Schaft einen abgesetzten Kopf, einen an den Schaft anschließenden Zapfen mit kleinerem Durchmesser als jener, eine transversal zum Schaft verlaufende Nut unmittelbar neben dem Zapfen sowie einen Zusatzschlitz zur Aufnahme von Material umfasst.
Aus US 3 634 928 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Nietverbindung bekannt, bei dem ein Niet mit einer oder mehreren ringförmigen Nuten im Schaft des Niets verwendet wird. Die Nut dient dazu, dass der Übergang des Niets in eine Pilzform verzögert wird und dadurch der mittlere Abschnitt des Niets gekürzt wird, so dass das Material im wesentlichen gleichmäßig nach außen gedrückt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Niet zu schaffen, mit dem die genannten Nachteile umgangen werden können und das eine feste und zuverlässige Verbindung auch von FVK-Bauteilen miteinander ermöglicht, ohne dass dies einen erhöhten Fertigungsaufwand bedeutet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Vollniet nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, dass in dem Vollniet nach dem Stand der Technik eine Aussparung, eine Nut oder Fase in dem Schaft des Vollniets vorgesehen wird, welche sich in Höhe der Rückseite des schließkopfseitigen Werkstoffes befindet. Während bei der Installation eines klassischen Vollniets ohne eine derartige Aussparung oder Fase das FVK-Bauteil ausgehend von der Bohrungskante delaminiert, verhindert die Fase bei dem erfindungsgemäßen Vollniet den Kontakt des Niets an der Bohrungskante mit dem zu fügenden Bauteil, so dass eine Delamination des FVK-Bauteils in diesem Bereich vermieden wird. Das erfindungsgemäße Vollniet mit einem Setzkopf und einem Schaft, der axial mit dem Setzkopf ausgerichtet ist, wobei der maximale Durchmesser des Setzkopfes größer als der Außendurchmesser des Schaftes ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft wenigstens einen Endabschnitt, einen Zwischenabschnitt und einen Kopfabschnitt aufweist, wobei der Außendurchmesser des Zwischenabschnittes kleiner als der Außendurchmesser des Endabschnittes ist.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Vollniet als eines oder - soweit technisch möglich und sinnvoll - als mehrere Merkmale auf, dass:
- die drei Abschnitte jeweils zylindrisch sind;
- der Endabschnitt konisch zuläuft, wobei er einen kleineren Außendurchmesser an seinem freien Ende aufweist;
- der Endabschnitt aus einem weichen Material hergestellt ist und der Zwischenabschnitt und/oder der Kopfabschnitt aus einem hochfesten Material hergestellt ist;
- der Endabschnitt konisch zuläuft, wobei er einen kleineren Außendurchmesser an seinem freien Ende aufweist;
- der Übergang zwischen dem Kopfabschnitt und dem Zwischenabschnitt und/oder zwischen dem Zwischenabschnitt und dem Endabschnitt stufenförmig ist;
- der Übergang zwischen dem Kopfabschnitt und dem Zwischenabschnitt und/oder zwischen dem Zwischenabschnitt und dem Endabschnitt nur eine Kante aufweist;
- die Differenz zwischen den Durchmessern des Kopfabschnittes und des Zwischenabschnitts abhängig von der Länge des Zwischenabschnittes ist;
- sich an den ersten Endabschnitt ein zweiter Zwischenabschnitt und ein zweiter Endabschnitt anschließt.
Das erfindungsgemäße Niet bietet u.a. die folgenden Vorteile: Es wird genau wie das "klassische" Niet installiert, d.h. es können die bekannten Werkzeuge verwendet werden und das Fügen von Bauteilen mit dem erfindungsgemäßen Vollniet kann genauso erfolgen wie beim Stand der Technik. Ferner erzielt man durch eine entsprechend tiefe Fase oder Nut eine Gewichtsersparnis.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.
Fig. 1 zeigt ein Vollniet nach dem Stand der Technik vor der Verformung. Fig. 2 zeigt das Vollniet nach Fig. 1 nach der Verformung.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vollniets vor der Verformung.
Fig. 4 zeigt das Vollniet nach Fig. 3 nach der Verformung.
Fig. 5 bis 8 zeigen weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vollniets.
Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nicht anders vermerkt.
Fig. 1 zeigt ein Vollniet nach dem Stand der Technik, mit dem ein oberes Bauteil 1 und ein unteres Bauteil 2 verbunden werden sollen, von denen jeweils nur ein Ausschnitt gezeigt ist. Für das Zusammenfügen der Bauteile 1 und 2 wird eine Bohrung 3 vorgesehen, die sich durch beide Bauteile erstreckt. Durch diese Bohrung 3 wird ein Vollniet 4 gesteckt, wobei es auf der einen Seite durch einen Setzkopf 5 daran gehindert wird, ganz durch die Bohrung 3 hindurchzurutschen. An den Setzkopf 5 des Vollniets 4 schließt sich ein Schaft 6 an, der axial mit dem Setzkopf 5 ausgerichtet ist und so lang ist, dass er auf der dem Setzkopf 5 gegenüberliegenden Seite der Bohrung 3 übersteht. Der Setzkopf kann vorzugsweise in der Oberfläche des oberen Bauteils 1 versenkt werden, so dass er plan mit der Oberfläche des Bauteils 1 abschließt. Sein maximaler Durchmesser ist größer als der Innendurchmesser der Bohrung 3 und größer als der Außendurchmesser des Schaftes 6.
In Fig. 2 ist das Niet 4 nach dem Fügen, d.h. nach seiner Umformung gezeigt. Wie erkennbar hat sich an der Form des Setzkopfes 5 nichts geändert, während das freie Ende des Schaftes 6 durch Einwirken eines geeigneten Werkzeuges derart verbreitert wurde, dass der Außendurchmesser des verformten Schaftes 6 an dieser Stelle nun größer als der Innendurchmesser der Bohrung 3 ist. Der verformte Abschnitt des Schaftes 6 bildet damit einen Schließkopf 7, der eine Bewegung des Vollniets 4 in Richtung des Setzkopfes 5 verhindert und dadurch die beiden Bauteile 1 und 2 aneinander hält.
Wie ebenfalls in Fig. 2 erkennbar kann es beim Umformen des Schaftes 6 an seinem freien Ende zu dem Schließkopf 7 zu einer Beeinträchtigung des Bauteils 2 kommen. Durch Druckeinwirkung des Materials des Niets 4, das bei der Umformung verdrängt und verdichtet wird, wird auch Material des Bauteils 2 verdrängt, so dass sich im Bereich der Austrittskante der Bohrung 3 einzelne Laminatschichten 8 des Bauteils 2 voneinander trennen und delaminieren. Damit wird die Festigkeit der Laminatstruktur des Bauteils 2 beeinträchtigt. Darüber hinaus kann es auch zu einer Vertiefung des Bauteils 2 in der Umgebung der Bohrung 3 kommen, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 2 angedeutet ist, die die ursprüngliche Dicke des Bauteils bzw. seinen idealen Zustand nach dem Fügen zeigen.
Um diese unerwünschte Verformung des Bauteils 2 in der Umgebung der Bohrung 3 durch das ausweichende Material des Vollniets 4 zu vermeiden, wird erfindungsgemäß das Vollniet 4 mit einer Fase bzw. Nut in Höhe der Austrittskante des Bohrung 3 versehen. Eine erste Ausführungsform eines solchen erfindungsgemäßen Vollniets ist in Fig. 3 gezeigt.
Bei dem Vollniet 4 nach Fig. 3 ist der gleichförmige Schaft 6 ersetzt durch drei unterschiedliche Abschnitte. Als ein erster Abschnitt schließt sich an den Setzkopf 5 ein Kopfabschnitt 9 an. Diesem folgt in Richtung freies Ende des Vollniets ein Zwischenabschnitt 10, und an diesen schließt sich wiederum ein Endabschnitt 1 1 an, der das freie Ende des Vollniets 4 bildet. Die einzelnen Abschnitte sind gekennzeichnet bzw. unterscheiden sich voneinander dadurch, dass sie alle einen von dem jeweils benachbarten Abschnitt unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Insbesondere ist der Außendurchmesser des Zwischenabschnittes 10 kleiner als der Außendurchmesser des Endabschnittes 1 1. Ferner ist der Außendurchmesser des Zwischenabschnittes 10 kleiner als der Außendurchmesser des Kopfabschnittes 9. Die Beziehung der Durchmesser von Kopfabschnitt 9 und Endabschnitt 11 ist frei wählbar. So kann der Kopfabschnitt 9 einen größeren Durchmesser als der Endabschnitt 11 aufweisen, wie es in Fig. 3 angedeutet ist, es ist aber ebenso möglich, den Durchmesser des Endabschnittes 11 gleich groß wie oder etwas größer als den des Kopfabschnittes 9 zu wählen (nicht gezeigt). Der Durchmesser des Zwischenabschnittes 10 ist in Fig. 3 mit "a" bezeichnet.
Nachdem das Vollniet 4 in der Bohrung 3 wie in Fig. 3 gezeigt positioniert worden ist, wird es wie im Stand der Technik in der Art umgeformt, dass es die beiden Bauteile 1 und 2 fest miteinander verbindet. Die Gestalt des Vollniets 4 nach der Umformung ist in Fig. 4 gezeigt.
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass nach der Umformung des Vollniets der Endabschnitt 1 1 in axialer Richtung gestaucht wurde, so dass seine Länge reduziert wurde und gleichzeitig sein Außendurchmesser um soviel größer wurde, dass ein Durchrutschen des umgeformten Endabschnittes 1 1 durch die Bohrung 3 nicht mehr möglich ist. Durch den Umformungsprozess wurde auch der Zwischenabschnitt 10 verformt, der sich direkt an den Endabschnitt 1 1 anschließt. In der Darstellung in Fig. 4 hat die Umformung des Vollniets 4 bei dem Zwischenabschnitt 10 zu einer Vergrößerung des Durchmessers von "a" auf "b" geführt. Dieses Verhalten entspricht damit genau demjenigen von Vollnieten beim Stand der Technik, mit dem Unterschied jedoch, dass das Material nicht ausreicht, um den Außendurchmesser "a" des Zwischenabschnittes 10 bis zum Innendurchmesser der Bohrung 3 auszudehnen. Und damit wird auch die unerwünschte Verdrängung von Material des Bauteils 2 vermieden, was andernfalls zu dem Delaminieren der einzelnen Laminatschichten 8 nach Fig. 2 führen kann.
Da die bei der Umformung geleistete Arbeit zu einer Verformung des Endabschnittes 11 wie auch des Zwischenabschnittes 10 führt, der eine Schwachstelle des Vollniets 4 bildet, bleibt eine Verformung des Kopfabschnittes 9 aus, d.h. die Bohrung 3 wird auch in tiefer liegenden Bereichen nicht beeinträchtigt.
Die drei Abschnitte 9, 10 und 1 1 sind in Fig. 3 und Fig. 4 jeweils zylindrisch dargestellt. Dies ist jedoch keine Bedingung für das erfindungsgemäße Vollniet. So kann der Zwischenabschnitt 10 in einer weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsform nur bereichsweise einen kleineren Durchmesser als seine benachbarten Abschnitte 9 und 1 1 aufweisen. In diesem Fall wäre seine Querschnittsform in Richtung der in den Fig. 1 bis 4 gestrichelt dargestellten Symmetrieachse also nicht kreisförmig, sondern beispielsweise ellipsenförmig oder rechteckig mit abgerundeten Ecken oder die eines Kreises mit zwei gegenüberliegenden Abflachungen etc.
Weitere Modifikationen des erfindungsgemäßen Vollniets sind in den Figuren 5 bis 8 gezeigt. In Fig. 5 ist noch einmal die Ausführungsform nach Fig. 3 gezeigt. Das Merkmal des Vollniets, was in Fig. 5 und 6 variiert, ist der Übergang zwischen den einzelnen Abschnitten. In Fig. 5 ist der Übergang zwischen den Abschnitten stufenförmig, d.h. es gibt zwei Kanten zwischen dem Zwischenabschnitt 10 und dem Kopfabschnitt 9 bzw. zwischen dem Zwischenabschnitt 10 und dem Endabschnitt 1 1. Von der Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich die Ausführungsform nach Fig. 6 dadurch, dass der Übergang zwischen dem Kopfabschnitt 9 und dem Zwischenabschnitt 10 sowie zwischen dem Zwischenabschnitt 10 und dem Endabschnitt 1 1 abgerundet ist, so dass jeder Übergang jeweils nur eine Kante aufweist. Diese Ausführungsform ist fertigungstechnisch einfacher zu realisieren, da hier nur mit einem einfachen Werkzeug eine Nut gefertigt werden muss, während bei der Ausführungsform nach Fig. 5 der Durchmesser des Zwischenabschnitts 10 durch Fräsen verringert werden muss. Die Einbringung der Fase kann also spanend (z.B. durch Drehen) erfolgen oder durch Umformung eingebracht werden. Beide Vorgänge können bei dem Niethersteller oder aber auch beim Nietanwender erfolgen.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vollniets ist in Fig. 7 gezeigt. In dieser Ausführungsform läuft der Endabschnitt 11 konisch zu, wobei er einen kleineren Außendurchmesser an seinem freien Ende aufweist. Damit ist seine Handhabe beim Setzen in die Bohrung 3 einfacher. Ferner unterscheidet sich die Ausführungsform des Vollniets 4 nach Fig. 7 von den vorangehenden Ausführungsformen dadurch, dass sein Zwischenabschnitt 10 verlängert ist. Die Wahl der Dimension des Zwischenabschnitts 10 (und auch der anderen Abschnitte) in axialer Richtung hängt im wesentlichen von den Festigkeitsanforderungen an den jeweiligen Abschnitt ab und mit dem Durchmesser "a" des Zwischenabschnittes 10 zusammen.
Schließlich ist in Fig. 8 eine Ausführungsform dargestellt, die mehrere Zwischenabschnitte und Endabschnitte aufweist: zusätzlich zu dem ersten Zwischenabschnitt 10 ist ein zweiter Zwischenabschnitt 12 vorgesehen, der sich an den ersten Endabschnitt 11 anschließt. Vervollständigt wird diese Ausführungsform durch einen zweiten Endabschnitt 13. Diese Ausführungsform eignet sich besonders dann, wenn mit einem Niet unterschiedlich dicke Bauteile 1 und 2 zusammengefügt werden sollen, andererseits aber nicht verschiedene Niete auf Lager gehalten werden sollen.
Neben den geometrischen Abmessungen der einzelnen Abschnitte 9, 10, 11 können auch die jeweiligen Materialien so gewählt werden, dass sie optimal für die jeweilige Anwendung des Vollniets 4 geeignet sind. So muss das Vollniet nicht monolithisch aus einem Material hergestellt werden, sondern es kann beispielsweise der Endabschnitt 11 aus einem weichen Material hergestellt sein und der Zwischenabschnitt 10 bzw. der Kopfabschnitt 9 aus einem hochfesten Material hergestellt sein. Auf diese Art wird erreicht, dass der Endabschnitt 1 1 einen Großteil der Verformungsarbeit aufnimmt und in der Länge reduziert wird bei gleichzeitiger Vergrößerung seiner Breite. Beispiele für Materialien sind das hochfeste Ti6AI4V und das weichere Ti45Nb. Bezugsziffern
1 Bauteil oben
2 Bauteil unten
3 Bohrung, durch beide Bauteile gehend
4 Vollniet
5 Setzkopf
6 Schaft
7 Schließkopf
8 Laminatschicht
9 Kopfabschnitt
10 (erster) Zwischenabschnitt
1 1 (erster) Endabschnitt
12 zweiter Zwischenabschnitt
13 zweiter Endabschnitt a Durchmesser von Zwischenabschnitt vor Verformung b Durchmesser von Zwischenabschnitt nach Verformung

Claims

Ansprüche
1. Vollniet mit einem Setzkopf (5) und einem Schaft (6), der axial mit dem Setzkopf (5) ausgerichtet ist, wobei der maximale Durchmesser des Setzkopfes größer als der Außendurchmesser des Schaftes (6) ist, wobei der Schaft (6) wenigstens einen Endabschnitt (1 1 ), einen Zwischenabschnitt (10) und einen Kopfabschnitt (9) aufweist, wobei der Außendurchmesser (a) des Zwischenabschnittes (10) kleiner als der
Außendurchmesser des Endabschnittes (11 ) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (a) des Zwischenabschnittes (10) so gewählt ist, dass bei einer Umformung des Vollniets das Material des Zwischenabschnittes (10) einen
Zwischenraum zwischen dem Zwischenabschnitt (10) und der Bohrung (3) nicht ausfüllt.
2. Vollniet nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die drei Abschnitte (9, 10, 11 ) jeweils zylindrisch sind.
3. Vollniet nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (11 ) konisch zuläuft, wobei er einen kleineren Außendurchmesser an seinem freien Ende aufweist.
4. Vollniet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (11 ) aus einem weichen Material hergestellt ist und der Zwischenabschnitt (10) und/oder der Kopfabschnitt (9) aus einem hochfesten Material hergestellt ist.
5. Vollniet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (11 ) konisch zuläuft, wobei er einen kleineren Außendurchmesser an seinem freien Ende aufweist.
6. Vollniet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem Kopfabschnitt (9) und dem Zwischenabschnitt (10) und/oder zwischen dem Zwischenabschnitt (10) und dem Endabschnitt (11 ) stufenförmig ist.
7. Vollniet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem Kopfabschnitt (9) und dem Zwischenabschnitt (10) und/oder zwischen dem Zwischenabschnitt (10) und dem Endabschnitt (11 ) nur eine Kante aufweist.
8. Vollniet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den Durchmessern des Kopfabschnittes (9) und des Zwischenabschnitts (10) abhängig von der Länge des Zwischenabschnittes (10) ist.
9. Vollniet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den ersten Endabschnitt (1 1 ) ein zweiter Zwischenabschnitt (12) und ein zweiter Endabschnitt (13) anschließt.
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