WO2009000563A1 - Nietverbindung und nietvorrichtung zur herstellung der nietverbindung - Google Patents

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WO2009000563A1
WO2009000563A1 PCT/EP2008/052686 EP2008052686W WO2009000563A1 WO 2009000563 A1 WO2009000563 A1 WO 2009000563A1 EP 2008052686 W EP2008052686 W EP 2008052686W WO 2009000563 A1 WO2009000563 A1 WO 2009000563A1
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rivet
workpiece
shank
connection
spacer
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PCT/EP2008/052686
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English (en)
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Inventor
Eiko Hasse
Wolfgang Barthel
Barbara Grossmann
Original Assignee
Henkel Ag & Co. Kgaa
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    • 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
    • F16B19/00—Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04—Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/08—Hollow rivets; Multi-part rivets
    • F16B19/10—Hollow rivets; Multi-part rivets fastened by expanding mechanically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B21J15/04—Riveting hollow rivets mechanically
    • B21J15/046—Riveting hollow rivets mechanically by edge-curling

Definitions

  • the invention relates to a riveted joint with a first workpiece and with at least one second workpiece, and with a rivet connecting the workpieces. Furthermore, the invention relates to a riveting device, by means of which the riveted joint can be produced.
  • a rivet connection with a rivet which comprises a rivet head and a rivet shank, which extends through two workpieces to be riveted and merges into a rivet ring formed by a riveting process with a plurality of radially outwardly directed rim elements. After the riveting process, the rim elements abut against the workpiece with a point facing the rivet crown. The rivet head engages behind the other workpiece so that the rivet connects the two workpieces in a form-fitting manner.
  • the rivet connection in the longitudinal direction of the rivet that is claimed along the longitudinal axis of the rivet shank by, for example, the two workpieces are pulled apart in this direction, there is a risk that the tips of the ring elements penetrate into the material of the first workpiece. This is especially true when it is a soft material, such as cardboard or cardboard.
  • the penetration of the ring elements causes small cracks or other damage in the material, from which cracks can propagate, causing the workpiece to tear and thus destroying the riveted joint.
  • the invention is therefore based on the object to provide a riveted joint, which is easy to manufacture and which has a high strength, even if softer materials are used for the workpieces.
  • Another object of the invention is to provide a device by which the riveted joint can be easily manufactured.
  • each ring element is substantially shaped as a circular arc, which attaches to the rivet shank and has an angular range of at least 270 °.
  • substantially each ring element has the shape of a non-closed circle in cross-section. It should be emphasized that the shape of the Wreath element is not a circular arc in the strict sense, but a curved element whose bending radius is approximately constant.
  • the ring element has an angular range of at least 270 °, it can be avoided that a tip of the ring element in axial load of the rivet into the rivet facing workpiece (second workpiece) penetrates, which can be damaged. Such penetration of the tip is not possible, which does not point the tip in the direction of the second workpiece, but runs parallel thereto or even points away from the second workpiece.
  • the angular range is more than 300 °, in a particularly preferred embodiment more than 315 °.
  • the ring element is an almost completely closed circular arc with the tip of the ring element clearly pointing away from the rivet head.
  • the second workpiece rests on the ring element with a crown-side upper side, such as a tangent, so that there is little danger that the ring element will penetrate into the material of the second workpiece.
  • the rivet collar can comprise eight ring elements. This represents a good compromise between the complexity of the tool for forming the rivet ring and the deformability and load capacity of the individual ring elements. Of course, other numbers of ring elements can be selected, for example 4, 6, 10 or 12. Also an odd number of ring elements conceivable.
  • the rivet shank is hollow cylindrical in its entire length.
  • the rivet can be made by a simple rivet sleeve which is formed at a head end to receive a separate rivet cover, e.g. can be flanged.
  • the rivet may also be formed in one piece, wherein the entire rivet head preferably results from reshaping of the rivet shank at the head end.
  • Another end of the rivet shank may serve to be formed into the rivet rim with the plurality of rim elements.
  • axial slots can be provided at the end remote from the rivet head, which divides the sleeve end into a plurality of circumferential segments, the number then with the number of wreath segments to be formed coincides.
  • a ratio of a mean outer diameter of the circular arc to an inner diameter of the rivet shank may be in a range between 0.5 and 0.75. If, for example, the inner diameter of the shank is 4 mm, then a width or an outer rivet rim diameter of 8 to 10 mm results for the rivet collar.
  • the outer Nietkranz tomesser can be 1, 5 to 2.5 times greater than an outer diameter of the rivet shank. Particularly good results are provided by a riveted joint, in which the outer rivet rim diameter is 2 to 2.4 times larger than the outer diameter of the rivet shank.
  • the second workpiece which rests against the individual rim elements during the rivet connection, can be made of a soft material, such as cardboard or cardboard. Due to the special shape of the ring elements a damaging penetration of the tips of the circular elements in the material of the second workpiece can be reliably avoided, so that, as already described above, the second workpiece and thus the entire rivet connection is protected.
  • the first workpiece on which the rivet head rests can also be cardboard or cardboard, but also of another material, such as sheet metal or plastic.
  • the riveting device serves for the production of the above-described riveted joint.
  • the riveting device comprises a punch, by means of which a rivet semi-finished product used for producing the rivet, together with the workpieces through which a rivet shank of the rivet semi-finished product engages, can be pressed along a rivet longitudinal axis against a tool base bearing a forming mandrel, through which a free end of the rivet shank of the rivet shank Rietietzeugs in the rim segments of the rivet to be produced is deformable.
  • a movable spacer is provided, which is supported by a spring device on the lower tool part and provides for a gap between the forming mandrel and the workpieces.
  • each shroud segment when forming the free end of the rivet shank of the rivet semi-finished product, can be brought substantially unimpeded into the shape of the circular arc with the angular range greater than 270 °. It is thereby avoided that the tips of the ring elements are pressed during molding in the second workpiece, causing material damage already in the production of the riveted joint.
  • the spacer is formed as a spacer sleeve, which is arranged coaxially to the forming mandrel.
  • One end of the spacer sleeve can serve as a support for the workpieces, while another end face of the socket is connected to the spring means.
  • a height of the gap in an end position of the spacer may correspond approximately to the mean outer diameter of each rim segment.
  • the spring device may comprise a coil spring.
  • the helical spring can be designed as a compression spring, which is supported on the one hand on the lower tool part and on the other hand on the spacer sleeve.
  • the coil spring pushes the spacer bushing away from the tool lower part.
  • Via a radially inwardly directed collar of the spacer bush, which cooperates with a stop of the tool lower part, an initial position of the spacer can be defined, in which the spacer bushing is at the beginning of the riveting process.
  • an inner diameter of the spacer bush may be approximately twice the mean outer diameter of each circle segment plus the inner diameter of the rivet shank.
  • the inner diameter of the spacer bush is approximately equal to the outer diameter of the rivet ring to be formed.
  • a shell inner surface of the spacer bush can thus function as a guide for the rim segments during the bending process, since it limits an expansion of the rim segments in the radial direction.
  • the rivet connection described above is particularly suitable for the connection of workpieces, one of which is relatively soft or has a low surface hardness.
  • a preferred use of the rivet joint described above in its different embodiments consists in attaching a carrying handle, preferably made of plastic, on a side wall of a detergent container made of cardboard or cardboard.
  • the rivet invention has sufficiently high strengths, especially in cases where the carrying handle is pulled in the vicinity of the rivet in the direction Nietlssensachse to heranzu laterally or turn the detergent container. This pulling or twisting can be associated with great forces, especially when the detergent container is in the stack with other detergent containers arranged above it, the weight of which bears on the detergent container to be moved.
  • Figure 1 is a perspective view of a detergent container with carrying handle
  • FIG. 2 shows a rivet crown of a rivet from below
  • FIG. 4 schematically shows a riveting device for producing the
  • FIG 5 shows the riveting device of Figure 4 in another position.
  • FIG. 1 Shown is a cuboid container 1 for receiving detergent, which can be folded from one or more blanks made of cardboard or cardboard.
  • the container 1 comprises a band-shaped handle 2, which is connected at its two ends 3 in each case with a side wall 4 of the container 2.
  • the connection between the respective end 3 of the handle 2 and the associated side wall 4 takes place via a rivet connection 5, which is shown in Figure 1 only as a black dot.
  • the rivet connection 5 is subjected to shearing in the container 1. If the container 1 is lifted by means of the handle 2, then a lifting force in the direction X is introduced via the rivet connection 5 into the side wall 4.
  • the rivet 5 can also be claimed to train, for example, when for lateral displacement of the container 1, the handle 2 is pulled in the direction of Y in the region of the end 3.
  • Such loading cases may arise when the container 1 has to be moved or rotated within a stack on a pallet with other containers in the stack for customer-oriented orientation.
  • the container 1 of Figure 1 has a conventional construction with the already mentioned above side walls 4. Furthermore, a front wall 6 and a hinged lid 9 can be seen. A bottom 8 and a rear wall 7 are hidden in the perspective view of FIG.
  • FIGs 2 and 3 show the rivet connection 5 of Figure 1 in detail, wherein Figure 3 is a sectional view and Figure 2 is a view taken along the line M-II in Figure 3.
  • the Rivet connection 5 comprises a rivet 10, which has a rivet head 1 1 and a rivet shank 12.
  • the rivet shank 12 extends through two layers, the upper of which is the handle 2 and the lower side wall 4 of the container 1.
  • the rivet 10 is constructed symmetrically to a rivet longitudinal axis 13.
  • the rivet shank 12 has the rivet head 11 a bent or flanged edge 14, which serves to receive a head cover 15.
  • the disc-shaped, slightly curved head cover 15 engages around the edge 14 from the outside with inwardly bent ends 16, so that the head cover 15 is permanently connected to the rivet shank 12.
  • the end 16 rests on the handle 2.
  • the rivet collar 17 comprises eight wreath elements 18 extending in the radial direction. They form a uniform star in the illustration of FIG. On the production of Nietkranzes 17 will be discussed later.
  • each ring element 18 essentially has the shape of a circular arc 19 which, in the exemplary embodiment of FIGS. 2 and 3, forms a virtually closed circle.
  • the circular arc 19 in this case has an angular range of about 330 °, wherein this angular range begins at a transition 20 between the rivet shank 12 and the circular arc 19 and reaches up to a tip 21 of the circular arc 19.
  • the tip 21 is directed in the direction of the longitudinal axis 13 and points away from the rivet head 11.
  • An imaginary extension line 22 and the longitudinal axis 13 enclose an angle ⁇ , which is approximately 30 °.
  • the circular arc 19 rests with an outer circumference 23 on the side wall 4.
  • a support 24 of the circular arc 19 is located in the circumferential direction seen 270 ° away from the transition 20 between rivet shank 12 and the circular arc 19.
  • the transition 20 can be defined as the point on the rivet shank 12 at which an outer surface of the rivet shank 12 begins to expand as seen from the rivet head 11. From this point, the shell inner surface no longer runs parallel to the longitudinal axis of the rivet.
  • a mean outer diameter D E of the ring element 18 is located.
  • the outer diameter D E is approximately 80% of an inner diameter l s of the rivet shank 1 1.
  • a ratio between an outer diameter D NK of the rivet collar 17 and an outer diameter of the rivet shank 11 is approximately 2.25 here.
  • FIGS. 4 and 5 illustrate a device 25 for producing the rivet connection 5.
  • FIGS. 4 and 5 show different positions of the riveting device 25.
  • the riveting device 25 comprises a punch 26, which is arranged to be movable along an axis 27. Furthermore, the riveting device 25 comprises a fixed tool lower part 28, on which a forming mandrel 29 is arranged.
  • a half-finished rivet 30 with a rivet shank 31 is inserted into the riveting device 25, which engages through the handle 2 and the side wall 4.
  • the rivet semi-finished product 30 is used to produce the rivet 10 of Figures 2 and 3.
  • a rivet head 32 corresponds in shape and structure of the rivet head 11 of the rivet 10, so that reference is made to the above description.
  • the rivet 30 and the handle 2 and the side wall 4 are held in the riveting device 25 by a spacer bushing 33, which is like the punch 26 along the axis 27 movably arranged. Between the spacer bushing 33 and the lower tool part 28, a coil spring 34 is connected, which presses the spacer bush 33 with a frontal collar 35 against a stop 36 of the lower tool part 28, whereby an initial position of the spacer bushing 33 is defined.
  • the process for producing the rivet 10 from the rivet semi-finished product 30 is clear from the synopsis of Figures 4 and 5.
  • the punch 26 is pressed in the direction of the tool lower part 28, wherein a free end 37 of the rivet shank 31 of the half-finished rivet 30 is pressed against the forming mandrel 29.
  • the mandrel 29 is designed such that on the one hand divides the free end 37 into a plurality of ring elements 18 and on the other hand, this wreath elements deformed so that ultimately a Nietkranz 17 is formed, as shown in Figures 2 and 3.
  • the spacer bushing 33 ensures that a sufficiently large intermediate space remains between the forming mandrel 29 and the side wall 4, so that the ring elements 18 can form as circular arcs 19.
  • the spacer bushing 33 has reached an end position. In this end position, the gap between the mandrel 29 and the side wall 4 is dimensioned so that it corresponds to the mean outer diameter of the circular arc 19 or even a little smaller.
  • the arc 19 is slightly compressed in the longitudinal direction of the axis 27, so that the rivet 10 without play the handle 2 and the side wall 4 holds together and the rivet connection 5 has a certain bias.
  • the end position of the spacer sleeve 5 can be done for example via a blocking position of the spring 34.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung (5) mit einem ersten Werkstück (2) und mit wenigstens einem zweiten Werkstück (4) sowie mit einem die Werkstücke (2, 4) verbindenden Niet (10), der einen Nietkopf (11) und einen Nietschaft (12) umfasst, der sich durch die Werkstücke (2, 4) erstreckt und an dem sich ein durch einen Nietprozess geformter Nietkranz (17) mit mehreren Kranzelementen (18) anschließt, wobei der Nietkopf (11) an dem ersten Werkstück (2) und die Kranzelemente (18) an dem zweiten Werkstück (4) mit oder ohne Spiel anliegen. Die Nietverbindung (4) zeichnet sich dadurch aus, jedes Kranzelement (18) im Wesentlichen die Form eines Kreisbogens (19) annimmt, der an dem Nietschaft (12) ansetzt und einen Winkelbereich von mindestes 270 Grad aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einer Nietvorrichtung (25) zur Herstellung der Nietverbindung (5).

Description

Nietverbindung und Nietvorrichtung zur Herstellung der Nietverbindung
Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung mit einem ersten Werkstück und mit wenigstens einem zweiten Werkstück, sowie mit einem die Werkstücke verbindenden Niet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Nietvorrichtung, durch die sich die Nietverbindung herstellen lässt.
Aus der DE 103 20 189 A1 ist eine Nietverbindung mit einem Niet bekannt, der einen Nietkopf und einen Nietschaft umfasst, der sich durch zwei zu vernietende Werkstücke erstreckt und in einen durch einen Nietprozess geformten Nietkranz mit mehreren radial nach außen gerichteten Kranzelementen übergeht. Nach dem Nietprozess liegen die Kranzelemente mit einer Spitze an dem Werkstück an, das dem Nietkranz zugewandt ist. Der Nietkopf hintergreift das andere Werkstück, so dass der Niet die beiden Werkstücke formschlüssig miteinander verbindet.
Wenn die Nietverbindung in Längsrichtung des Niets, also entlang der Längsachse des Nietschafts beansprucht wird, indem beispielsweise die beiden Werkstücke in dieser Richtung auseinander gezogen werden, besteht die Gefahr, dass die Spitzen der Kranzelemente in das Material des ersten Werkstücks eindringen. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich um ein weiches Material, wie beispielsweise Karton oder Pappe handelt. Durch das Eindringen der Kranzelemente entstehen im Material kleine Risse oder andere Beschädigungen, von denen aus sich Risse fortpflanzen können, sodass das Werkstück einreißt und somit die Nietverbindung zerstört wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nietverbindung bereitzustellen, die sich einfach herstellen lässt und die eine große Festigkeit aufweist, auch wenn weichere Materialien für die Werkstücke verwendet werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die sich die Nietverbindung einfach herstellen lässt.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch Anspruch 1 und Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungen können den übrigen Ansprüchen entnommen werden.
Die Nietverbindung gemäß Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass jedes Kranzelement im Wesentlichen als Kreisbogen geformt ist, der an dem Nietschaft ansetzt und einen Winkelbereich von mindestens 270° aufweist. Somit weist im Wesentlichen jedes Kranzelement im Querschnitt die Form eines nicht geschlossenen Kreises auf. Zu betonen ist, dass es sich bei der Form des Kranzelements nicht um einen Kreisbogen im engeren Sinne handelt, sondern um ein gebogenes Element, dessen Biegeradius in etwa konstant ist.
Dadurch, dass das Kranzelement einen Winkelbereich von mindestens 270° aufweist, kann vermieden werden, dass eine Spitze des Kranzelementes bei axialer Belastung der Nietverbindung in das dem Nietkranz zugewandten Werkstück (zweite Werkstück) eindringt, wodurch dieses beschädigt werden kann. Ein derartiges Eindringen der Spitze ist nicht möglich, das die Spitze nicht in Richtung zweites Werkstück zeigt, sondern dazu parallel verläuft oder sogar von dem zweiten Werkstück weg zeigt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkelbereich mehr als 300°, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel mehr als 315°. Somit handelt es sich bei dem Kranzelement um einen fast vollständig geschlossenen Kreisbogen, wobei die Spitze des Kranzelements von dem Nietkopf deutlich weg zeigt. Das zweite Werkstück liegt dabei mit einer kranzseitigen Oberseite wie eine Tangente auf dem Kranzelement auf, so dass die Gefahr gering ist, dass das Kranzelement in das Material des zweiten Werkstück eindringt.
Ein weiterer Vorteil der kreisbogenförmigen Kranzelemente mit einem Winkelbereich größer 270° besteht darin, dass bei axialer Zugbelastung der Nietverbindung, also in Richtung entlang der Längsachse des Nietschafts, die Kranzelemente wie eine Blattfeder wirken. Somit können Belastungsspitzen durch die Kranzelemente abgefedert werden, wodurch das zweite Werkstück und somit die gesamte Nietverbindung geschützt wird.
Der Nietkranz kann acht Kranzelemente umfassen. Dies stellt einen guten Kompromiss zwischen der Komplexität des Werkzeugs zum Formen des Nietkranzes und der Verformbarkeit und Tragfähigkeit der einzelnen Kranzelemente dar. Natürlich können auch andere Anzahlen von Kranzelementen gewählt werden, beispielsweise 4, 6, 10 oder 12. Auch eine ungerade Anzahl von Kranzelementen ist denkbar.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Nietschaft in seiner gesamten Länge hohlzylindrisch ausgebildet. Somit lässt sich der Niet durch eine einfache Niethülse herstellen, die an einem kopfseitigen Ende zur Aufnahme eines separaten Nietdeckels umgeformt, z.B. umgebördelt sein kann. Der Niet kann auch einstückig ausgebildet sein, wobei sich der gesamte Nietkopf vorzugsweise durch Umformen des Nietschafts am kopfseitigen Ende ergibt.
Ein anderes Ende des Nietschafts, also das vom Nietkopf abgewandte Ende, kann dazu dienen, zu dem Nietkranz mit den mehreren Kranzelementen umgeformt zu werden. Um ein Umformen kontrollierter ablaufen zu lassen, können an dem dem Nietkopf abgewandten Ende axiale Schlitze vorgesehen sein, die das Hülsenende in mehrere Umfangssegmente teilt, deren Anzahl dann mit der Anzahl der zu formenden Kranzsegmente übereinstimmt. Es haben sich jedoch auch gute Ergebnisse mit einer ungeschlitzten Niethülse erzielen lassen.
Ein Verhältnis eines mittleren Außendurchmessers des Kreisbogens zu einem Innendurchmesser des Nietschafts kann in einem Bereich zwischen 0,5 und 0,75 liegen. Beträgt beispielsweise der Innendurchmesser des Schafts 4 mm, so ergibt sich für den Nietkranz eine Breite oder ein äußerer Nietkranzdurchmesser von 8 bis 10 mm.
Der äußere Nietkranzdurchmesser kann 1 ,5 bis 2,5-fach größer sein als ein Außendurchmesser des Nietschafts. Besonders gute Ergebnisse liefert eine Nietverbindung, bei der der äußere Nietkranzdurchmesser 2 bis 2,4-fach größer als der Außendurchmesser des Nietschafts ist.
Das zweite Werkstück, das bei der Nietverbindung an den einzelnen Kranzelementen anliegt, kann aus einem weichen Material wie Pappe oder Karton sein. Durch die besondere Formgebung der Kranzelemente kann ein schädigendes Eindringen der Spitzen der Kreiselemente in das Material des zweiten Werkstücks zuverlässig vermieden werden, so dass, wie oben bereits beschrieben, das zweite Werkstück und somit die gesamte Nietverbindung geschützt wird.
Das erste Werkstück, an dem der Nietkopf anliegt, kann ebenfalls Pappe oder Karton sein, aber auch aus einem anderen Material, wie Blech oder Kunststoff.
Die Nietvorrichtung gemäß Anspruch 8 dient zur Herstellung der oben beschriebenen Nietverbindung. Die Nietvorrichtung umfasst einen Stempel, durch den ein zur Herstellung des Niets dienenden Niethalbzeug gemeinsam mit den Werkstücken, durch die ein Nietschaft des Niethalbzeugs greift, entlang einer Nietlängsachse gegen ein Werkzeugunterteil drückbar ist, das ein Umformdorn trägt, durch den ein freies Ende des Nietschafts des Niethalbzeugs in die Kranzsegmente des herzustellenden Niets umformbar ist. Als Abstützung für die Werkstücke ist ein bewegbarer Abstandshalter vorgesehen, der sich über eine Federeinrichtung an dem Werkzeugunterteil abstützt und für einen Zwischenraum zwischen dem Umformdorn und den Werkstücken sorgt. In dem Zwischenraum lässt sich beim Umformen des freien Endes des Nietschafts des Niethalbzeugs jedes Kranzsegment im Wesentlichen ungehindert in die Form des Kreisbogens mit dem Winkelbereich größer 270° bringen. Es wird dadurch vermieden, dass die Spitzen der Kranzelemente beim Einformen in das zweite Werkstück gedrückt werden, wodurch Materialschädigungen schon bei der Herstellung der Nietverbindung entstehen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abstandshalter als Abstandsbuchse ausgebildet, die koaxial zum Umformdorn angeordnet ist. Eine Stirnseite der Abstandsbuchse kann dabei als Auflage für die Werkstücke dienen, während eine andere Stirnseite der Buchse mit der Federeinrichtung verbunden ist. - A -
Eine Höhe des Zwischenraums kann in einer Endstellung des Abstandshalters in etwa dem mittleren Außendurchmesser jedes Kranzsegmentes entsprechen. Dies führt dazu, dass am Ende des Nietprozesses, bei dem der Abstandshalter seine Endstellung erreicht, das zweite Werkstück auf den Kreisbogen jedes Kranzsegments aufsetzt. Dadurch kann eine im Wesentlichen spielfreie Nietverbindung zwischen dem Niet und den Werkstücken erreicht werden. Zudem kann der Zwischenraum so bemessen sein, dass die einzelnen Kranzsegmente leicht eingedrückt und somit elastisch vorgespannt sind. Dies ist dann der Fall, wenn der Zwischenraum geringfügig kleiner ist als der mittlere Außendurchmesser jedes Kranzsegments.
Die Federeinrichtung kann eine Schraubenfeder umfassen. Die Schraubenfeder kann dabei als Druckfeder ausgebildet sein, die sich einerseits an dem Werkzeugunterteil und andererseits an der Abstandsbuchse abstützt. Somit drückt die Schraubenfeder die Abstandsbuchse von dem Werkzeugunterteil weg. Über einen radial nach innen gerichteten Bund der Abstandsbuchse, der mit einem Anschlag des Werkzeugunterteils zusammenwirkt, kann eine Anfangsstellung des Abstandshalters definiert werden, in der sich die Abstandsbuchse am Anfang des Nietprozesses befindet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Innendurchmesser der Abstandsbuchse in etwa dem zweifachen mittleren Außendurchmesser jedes Kreissegments zuzüglich dem Innendurchmesser des Nietschafts entsprechen. Somit gleicht der Innendurchmesser der Abstandsbuchse in etwa dem Außendurchmesser des zu formenden Nietkranzes. Eine Mantelinnenfläche der Abstandsbuchse kann somit als Führung für die Kranzsegmente beim Umbiegeprozess fungieren, da sie eine Ausweitung der Kranzsegmente in radialer Richtung beschränkt.
Die oben beschriebene Nietverbindung eignet sich insbesondere für die Verbindung von Werkstücken, von denen eins relativ weich ist oder eine geringe Oberflächenhärte aufweist. Eine bevorzugte Verwendung der oben beschriebenen Nietverbindung in ihren unterschiedlichen Ausführungen besteht im Befestigen eines Tragegriffs, vorzugsweise aus Kunststoff, an einer Seitenwand eines Waschmittel-Behälters aus Karton oder Pappe. Hier weist die erfindungsgemäße Nietverbindung ausreichend hohe Festigkeiten auf, insbesondere in den Fällen, in denen der Traggriff in der Nähe der Nietverbindung in Richtung Nietlängsachse gezogen wird, um den Waschmittel-Behälter seitlich heranzu oder zu drehen. Dieses Heranziehen oder Drehen kann mit großen Kräften verbunden sein, insbesondere dann, wenn sich der Waschmittel-Behälter im Stapel mit anderen darüber angeordneten Waschmittel- Behältern befindet, deren Gewicht auf den zu bewegenden Waschmittel-Behälter lastet. Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in perspektivischer Ansicht einen Waschmittel-Behälter mit Traggriff;
Figur 2 einen Nietkranz eines Niets von unten;
Figur 3 im Schnitt eine Nietverbindung mit dem Niet gemäß Figur 2;
Figur 4 in schematischer Weise eine Nietvorrichtung zur Herstellung der
Nietverbindung gemäß Figur 3; und
Figur 5 die Nietvorrichtung der Figur 4 in einer anderen Stellung.
Eine mögliche Anwendung für eine erfindungsgemäße Nietverbindung, die weiter unten näher beschrieben wird, zeigt Figur 1. Dargestellt ist ein quaderförmiger Behälter 1 zur Aufnahme von Waschmittel, der sich aus einem oder mehreren Zuschnitten aus Pappe oder Karton falten lässt. Der Behälter 1 umfasst einen bandförmigen Handgriff 2, der an seinen zwei Enden 3 jeweils mit einer Seitenwand 4 des Behälters 2 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem jeweiligen Ende 3 des Handgriffs 2 und der zugehörigen Seitenwand 4 erfolgt dabei über eine Nietverbindung 5, die in Figur 1 lediglich als schwarzer Punkt dargestellt ist.
Üblicherweise wird die Nietverbindung 5 bei dem Behälter 1 auf Scherung beansprucht. Wird der Behälter 1 mit Hilfe des Handgriffs 2 angehoben, so wird eine Hebekraft in Richtung X über die Nietverbindung 5 in die Seitenwand 4 eingeleitet. In besonderen Fällen kann die Nietverbindung 5 auch auf Zug beansprucht werden, beispielsweise dann, wenn zum seitlichen Verschieben des Behälters 1 der Handgriff 2 im Bereich des Endes 3 in Richtung Y gezogen wird. Derartige Belastungsfälle können sich dann ergeben, wenn der Behälter 1 innerhalb eines Stapels auf einer Palette mit weiteren Behältern im Stapel zwecks kundenorientierter Ausrichtung verschoben oder verdreht werden muss.
Der Behälter 1 der Figur 1 weist einen üblichen Aufbau mit den bereits oben erwähnten Seitenwänden 4 auf. Des Weiteren sind eine Frontwand 6 und eine klappbarer Deckel 9 zu erkennen. Ein Boden 8 sowie eine Rückwand 7 sind in der perspektivischen Ansicht der Figur 1 verdeckt.
Die Figuren 2 und 3 zeigen die Nietverbindung 5 der Figur 1 im Detail, wobei Figur 3 eine Schnittzeichnung und Figur 2 eine Ansicht entlang der Linie M-Il in der Figur 3 ist. Die Nietverbindung 5 umfasst einen Niet 10, der einen Nietkopf 1 1 und einen Nietschaft 12 aufweist. Der Nietschaft 12 erstreckt sich durch zwei Schichten, von denen die obere der Handgriff 2 und die untere die Seitenwand 4 des Behälters 1 sind.
Der Niet 10 ist zu einer Nietlängsachse 13 symmetrisch aufgebaut. Der Nietschaft 12 weist zum Nietkopf 11 einen umgebogenen oder umgebördelten Rand 14 auf, der zur Aufnahme eines Kopfdeckels 15 dient. Der scheibenförmige, leicht gewölbte Kopfdeckel 15 umgreift den Rand 14 von außen mit nach innen gebogenen Enden 16, so dass der Kopfdeckel 15 unlösbar mit dem Nietschaft 12 verbunden ist. Das Ende 16 liegt dabei auf dem Handgriff 2 auf.
An dem Nietschaft 12 ist ein Nietkranz 17 einstückig angeformt. Der Nietkranz 17 umfasst dabei acht sich in radialer Richtung erstreckende Kranzelemente 18. Sie bilden in der Darstellung der Figur 2 einen gleichmäßigen Stern. Auf die Herstellung des Nietkranzes 17 wird später näher eingegangen.
Im Schnitt weist jedes Kranzelement 18 im Wesentlichen die Form eines Kreisbogens 19 auf, der in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 einen nahezu geschlossenen Kreis bildet. Der Kreisbogen 19 weist dabei einen Winkelbereich von ca. 330° auf, wobei dieser Winkelbereich an einem Übergang 20 zwischen dem Nietschaft 12 und dem Kreisbogen 19 beginnt und bis zu einer Spitze 21 des Kreisbogens 19 reicht. Die Spitze 21 ist dabei in Richtung der Längsachse 13 gerichtet und zeigt von dem Nietkopf 11 weg. Eine gedachte Verlängerungslinie 22 und die Längsachse 13 schließen einen Winkel α ein, der rund 30° beträgt.
Der Kreisbogen 19 liegt mit einem äußeren Umfang 23 an der Seitenwand 4 an. Eine Auflagestelle 24 des Kreisbogens 19 befindet sich dabei in Umfangsrichtung gesehen 270° von dem Übergang 20 zwischen Nietschaft 12 und dem Kreisbogen 19 entfernt. Der Übergang 20 kann dabei als die Stelle am Nietschaft 12 definiert werden, an der eine Mantelinnenfläche des Nietschafts 12 vom Nietkopf 11 aus gesehen beginnt, sich auszuweiten. Ab dieser Stelle verläuft die Mantelinnenfläche nicht mehr parallel zur Nietlängsachse.
Wird die Nietverbindung 5 auf Zug beansprucht, in dem der Handgriff 2 und somit auch der daran anliegende Nietkopf 11 von der Seitenwand 4 abgehoben wird, werden die Kranzelemente 18 mit ihren jeweiligen Auflagestellen 24 gegen die Seitenwand 4 gedrückt. Jedes kreisbogenförmige Kranzelement 18 wirkt dabei wie eine Blattfeder, so dass gewisse Belastungsspitzen von dem Nietkranz 17 aufgenommen werden. Aufgrund der abgerundeten Auflagestellen 24 kann vermieden werden, dass bei Zugbelastung der Nietverbindung 5 die Kranzelemente 18 in ungewünschter Weise in das Material der Seitenwand 4 eindringen und dort aufgrund der Materialschädigung zu Belastungsspitzen führen. In Figur 3 ist ein mittlerer Außendurchmesser DE des Kranzelements 18 eingezeichnet. Der Außendurchmesser DE beträgt dabei rund 80 % eines Innendurchmessers ls des Nietschafts 1 1. Ein Verhältnis zwischen einem äußeren Durchmesser DNK des Nietkranzes 17 ist und einem Außendurchmesser des Nietschafts 11 beträgt hier rund 2,25.
Die Figuren 4 und 5 stellen eine Vorrichtung 25 zum Herstellen der Nietverbindung 5 dar. Die Figuren 4 und 5 zeigen dabei unterschiedliche Stellungen der Nietvorrichtung 25.
Die Nietvorrichtung 25 umfasst einen Stempel 26, der entlang einer Achse 27 verfahrbar angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Nietvorrichtung 25 ein feststehendes Werkzeugunterteil 28, auf dem ein Umformdorn 29 angeordnet ist.
In Figur 4 ist ein Niethalbzeug 30 mit einem Nietschaft 31 in die Nietvorrichtung 25 eingesetzt, der durch den Handgriff 2 und die Seitenwand 4 greift. Das Niethalbzeug 30 dient zum Herstellen des Niets 10 der Figuren 2 und 3. Ein Nietkopf 32 entspricht dabei in Form und Aufbau dem Nietkopf 11 des Niets 10, so dass hier auf die obige Beschreibung verwiesen wird.
Das Niethalbzeug 30 sowie der Handgriff 2 und die Seitenwand 4 werden in der Nietvorrichtung 25 von einer Abstandsbuchse 33 gehalten, die wie der Stempel 26 entlang der Achse 27 beweglich angeordnet ist. Zwischen der Abstandsbuchse 33 und dem Werkzeugunterteil 28 ist eine Schraubenfeder 34 geschaltet, die die Abstandsbuchse 33 mit einem stirnseitigen Bund 35 gegen einen Anschlag 36 des Werkzeugunterteils 28 drückt, wodurch eine Anfangsstellung der Abstandsbuchse 33 definiert wird.
Der Prozess zum Herstellen des Niets 10 aus dem Niethalbzeug 30 wird aus der Zusammenschau der Figuren 4 und 5 deutlich. Der Stempel 26 wird in Richtung Werkzeugunterteil 28 gedrückt, wobei ein freies Ende 37 des Nietschafts 31 des Niethalbzeugs 30 gegen den Umformdorn 29 gedrückt wird. Der Dorn 29 ist dabei so ausgebildet, dass er einerseits das freie Ende 37 in mehrere Kranzelemente 18 aufteilt und andererseits diese Kranzelemente so verformt, dass letztlich ein Nietkranz 17 entsteht, so wie er in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist.
Die Abstandsbuchse 33 sorgt beim Runterfahren des Stempels 26 dafür, dass zwischen dem Umformdorn 29 und der Seitenwand 4 ein genügend großer Zwischenraum verbleibt, so dass sich die Kranzelemente 18 als Kreisbögen 19 ausbilden können. In Figur 5 hat die Abstandsbuchse 33 eine Endstellung erreicht. In dieser Endstellung ist der Zwischenraum zwischen Umformdorn 29 und der Seitenwand 4 so bemessen, dass er dem mittleren Außendurchmesser des Kreisbogens 19 entspricht oder sogar ein wenig kleiner ist. Dadurch wird der Kreisbogen 19 in Längsrichtung der Achse 27 ein wenig zusammengedrückt, so dass der Niet 10 ohne Spiel den Handgriff 2 und die Seitenwand 4 zusammenhält und die Nietverbindung 5 eine gewisse Vorspannung aufweist. Die Endstellung der Abstandsbuchse 5 kann beispielsweise über eine Blockstellung der Feder 34 erfolgen.
Bezugszeichenliste:
1 Behalter
2 Handgriff
3 Ende
4 Seitenwand
5 Nietverbindung
6 Frontwand
7 Rückwand
8 Boden
9 Deckel
10 Niet
11 Nietkopf
12 Nietschaft
13 Nietlängsachse
14 Rand
15 Kopfdeckel
16 Ende
17 Nietkranz
18 Kranzelement
19 Kreisbogen
20 Übergang
21 Spitze
22 Verlängerungslinie
23 Außenumfang
24 Auflagestelle
25 Nietvorrichtung
26 Stempel
27 Achse
28 Werkzeugunterteil
29 Umformdorn
30 Niethalbzeug
31 Nietschaft
32 Nietkopf
33 Abstandsbuchse
34 Feder
35 Bund
36 Anschlag
37 Ende X Richtung
Y Richtung
DE Außendurchmessser eines Kranzelementes
Is Innendurchmesser des Nietschafts
Ds Außendurchmesser des Nietschafts
DNK Außendurchmesser des Nietkranzes

Claims

Patentansprüche
1. Nietverbindung (5) mit einem ersten Werkstück (2) und mit wenigstens einem zweiten Werkstück (4) sowie mit einem die Werkstücke (2, 4) verbindenden Niet (10), der einen Nietkopf (11 ) und einen Nietschaft (12) umfasst, der sich durch die Werkstücke (2, 4) erstreckt und an dem sich ein durch einen Nietprozess geformter Nietkranz (17) mit mehreren Kranzelementen (18) anschließt, wobei der Nietkopf (1 1 ) an dem ersten Werkstück (2) und die Kranzelemente (18) an dem zweiten Werkstück (4) mit oder ohne Spiel anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kranzelement (18) im Wesentlichen die Form eines Kreisbogens (19) annimmt, der an dem Nietschaft (12) ansetzt und einen Winkelbereich von mindestes 270 Grad aufweist.
2. Nietverbindung (5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich mehr als 315 Grad beträgt.
3. Nietverbindung (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietkranz (17) 8 Kranzelemente (18) aufweist.
4. Nietverbindung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietschaft (11 ) in seiner gesamten Länge hohlzylindrisch ist.
5. Nietverbindung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines mittleren Außendurchmessers (DE) des Kreisbogens (19) zu einem Innendurchmesser (ls) des Nietschafts (12) in einem Bereich zwischen 0,5 und 0,75 liegt.
6. Nietverbindung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Nietkranzdurchmesser (DNK) 1 ,5 bis 2,5-fach größer als ein Außendurchmesser (D3) des Nietschafts (12) ist.
7. Nietverbindung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkstück (4) aus einem weichen Material wie Pappe oder Karton ist.
8. Nietvorrichtung (5) zur Herstellung einer Nietverbindung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Stempel (26), durch den ein für die Herstellung des Niets (10) gestaltetes Niethalbzeug (30) gemeinsam mit den Werkstücken (2, 4), durch die ein Nietschaft (31 ) des Niethalbzeugs (30) greift, entlang einer Nietlängsachse (27) gegen ein Werkzeugunterteil (28) drückbar ist, das ein Umformdorn (29) trägt, durch den ein freies Ende (37) des Nietschafts (31 ) des Niethalbzeugs (20) in den Nietkranz (17) umformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstützung für das erste und zweite Werkstück (2, 4) ein bewegbarer Abstandshalter (33) vorgesehen ist, der sich über eine Federeinrichtung an dem Werkzeugunterteil (28) abstützt und zwischen Umformdorn (29) und dem ersten und zweiten Werkstück (2, 4) einen Zwischenraum lässt, in dem sich beim Umformen des freien Endes (37) des Nietschafts (31 ) jedes Kranzelements (18) im wesentlichen unbehindert von den Werkstücken (2, 4) zu dem Kreisbogen (19) mit dem Winkelbereich größer 270 Grad formen lässt.
9. Nietvorrichtung (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (33) als Abstandsbuchse ausgebildet ist, die koaxial zum Umformdorn (29) angeordnet ist.
10. Nietvorrichtung (5) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe des Zwischenraum in einer Endstellung des Abstandshalters (33) in etwa dem mittleren Außendurchmesser (DE) jedes Kranzelements (18) entspricht.
11. Nietvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung eine Schraubenfeder (34) umfasst.
12. Nietvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser der Abstandsbuchse in etwa dem zweifachen mittleren Außendurchmesser (DE) jedes Kreisbogens (19) zuzüglich dem Innendurchmesser (I3) des Nietschafts (31 ) des Niethalbzeugs (30) entspricht.
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