DE3017801A1 - Blindnietvorrichtung - Google Patents

Description

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VON KREISLER SCHUNWALD EISHÖLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Dr.-rng. von Kreisler 11973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eshold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln

, , . Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Lloyd Sylvester Bmns Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

10220 Warner Avenue, Apt. E Dipl-Ing G Selting,Köln

' ^c Dr. H..-K. Werner, Köln

Fountain Valley, Calif. 92708

USA .

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

7. Mai 1980 Sg/rk

Blindnietvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Blindnietvorrichtung mit einem Kern, der durch einen Nietkörper hindurchgesteckt ist, und zwischen einem verdickten Kopf und dem Nietkörper eine verformbare Hülse trägt, die mit ihrem einen Ende gegen die vordere Stirnseite des Nie£körpers stößt.

Blindniete werden zur Befestigung von Teilen benutzt, die nur von einer Seite aus zugänglich sind. Sie bestehen im allgemeinen aus drei Teilen, einem Schaft oder Kern mit einem eine Verdickung bildenden Kopf an einem Ende und einer Verzahnung zum Angriff eines Spannwerkzeugs am anderen Ende, einem den Kern umgebenden rohrförmigen Körper mit einem Flanschkopf und einem Blockierkragen, der den Kern in der Nähe des Kopfes des Körpers umgibt.

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Telefon.- (0221) 731041 · Telex: 8882307 dopa d · Telegramm: Dompatent KaIn

Zur Durchführung des Nietvorganges wird ein Nietwerkzeug benutzt, das einen Spannkopf aufweist, mit dem der Kern axial von dem Werkstück fortgezogen wird. Durch diesen Ziehvorgang spreizen die die Verdickung bildenden Elemente des Kernkopfes den Nietkörper in seitlicher Richtung, um auf der verdeckten Seite des Werkstücks einen "Blindkopf" zu bilden. Der Spannkopf treibt dann den Blockierkragen in eine Nut des Kernes, um das Zugangsende des Körpers gegenüber dem Kern oder Schaft zu verriegeln. Schließlich wird der von dem Werkstück aus vorstehende Teil des Kernes fortgebrochen und die Installation ist beendet.

Ergebnis einer neueren Entwicklung ist eine vierteilige Nietvorrichtung mit Wellenhülse, die gegenüber den anderen vorbekannten Blindnieten gewisse Vorteile bietet. Bei dem Wellenhülsen-Blindniet sind die Hülse und der Nietkörper so konstruiert, daß beim Hindurchziehen des Kernes durch das Werkstück die Niethülse zu gleiten beginnt und sich seitlich über den konischen Endteil des Körpers hianusspreizt, ohne jedoch eine Ausbauchung zu bilden, bis das vordere Ende der Hülse am Werkstück angreift. Derartige Blindniete führen zu verschiedenen Problemen. Es hat sich nämlich erwiesen, daß der Wellvorgang,von dem die Ausbildung der Ausbauchung und der Vorschub abhängen, schwierig zu kontrollieren ist. Ferner kommt die Hülse schon am Anfang in einem schmalen Bereich unmittelbar um den Lochrand herum in Kontakt mit dem Werkstück und übt einen hohen Druck auf d-is Werkstück aus, wobei sie bestrebt ist, in den Spalt zwischen Werkstück und Schaftteil des Nietkörpers einzudringen. Eine solche Konstruktion kann in

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Verbindung mit bestimmten Materialien und bei bestimmten Spannungszuständen zweckmäßig sein, jedoch besteht auch ein Bedürfnis nach einer Befestigungsvorrichtung, die keine so große Spannung auf die Werkstücke ausübt, insbesondere wenn diese aus synthetischem Material bestehen, und somit die zu verbindende Struktur nicht verletzt. Dies gilt insbesondere für Raumfahrtanwendungen, bei denen neuerdings die verschiedensten neu entwickelten Materialien verwendet werden, die auf spezielle Art miteinander verbunden werden müssen. Außer den oben beschriebenen Nachteilen besteht bei einer Befestigungsvorrichtung mit Wellhülse, die Gefahr einer umgekehrten Faltenfolge, wodurch die so verbundenen Werkstücke wesentlich geschwächt werden. Ferner erfordert der Wellenhülsenniet eine komplexe Geometrie des rückwärtigen Endes des Nietkörpers, was wiederum teure Nacharbeiten bei der Herstellung an dem übermäßiglangen und rückwärtigen Ende des Nietkörpers erforderlich macht. Da Einfachheit und Gewicht gerade in der Raumfahrtindustrie eine große Rolle spielen, besteht ein Bedürfnis nach einer Befestigungsvorrichtung,die diese Eigenschaften aufweist. .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Blindnietvorrichtung der eingangs genanten Art,zu schaffen, die eine hohe Festigkeit bietet, die zu verbindenden Teile aber nicht gefährdet oder beschädigt. Während des Befestigungs- bzw. Spannvorganges sollen kontrollierte Bewegungsabläufe stattfinden. Schließlich soll die Vorrichtung leichtgewichtig und unter Verwendung konventioneller Spannvorrichtungen einfach zu installieren sein.

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Länge des Nietkörpers größer ist als die Stärke des zu vernietenden Werkstücks, daß das dem Kopf des Kernes zugewandte Ende des Nietkörpers einen doppelten Absatz aufweist, und daß die Hülse in ihrem dem Nietkörper zugewandten Bereich einen kleineren Innendurchmesser hat als in ihrem Mittelbereich, wobei eine innere Ringschulter gebildet wird.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß bei Einwirkung einer starken Druckkraft auf das Ende eines Hohlzylinders die komprimierte Säule sich an irgendeiner Stelle um den Zylinder nach außen ausbeult. Wenn die Zylinderwand gleichmäßige Stärke hat, führt das Ausbeulen zur Ausbildung eines radial abstehenden Flansches. Dieser Flansch ist im allgemeinen schräg, jedoch kann unter Verwendung der speziellen Ausbildung nach der Erfindung auch ein kreisförmiger Flansch von vorbestimmter Konfiguration erzielt werden. Bisher war es nicht möglich, bei Blindnieten eine zuverlässige Kontrolle der Ausbauchung zu bewirken.

Nach der Erfindung wird jedoch ein abgestuftes, hohlzylindrisches Stauchrohr benutzt, das mindestens zwei verschiedene Wandstärkebereiche aufweist, die so angeordnet sind, daß die Ausbauchung des Stauchrohres sich umfangsmäßig gleichmäßig auf die beiden Wandstärkebereiche verteilt, wobei der resultierende Flansch teilweise aus der gesamten Länge des dickeren Wandbereichs auf der einen Seite und teilweise aus dem angrenzenden, im wesentlichen gleich großen Längenbereich auf der anderen Seite des Flansches besteht.

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Die oben erwähnte Stauchhülse ist ein langer hohler Zylinder und kann die verschiedensten Ausbildungen haben. Vorzugsweise wird eine Ausbildung mit zwei verschiedenen Stärken benutzt, und insbesondere ein zweistufiges Modell, bei dem zu beiden Seiten eines dünneren Wandbereichs jeweils dickere Endbereiche angeordnet sind. An der den dünneren Wandbereich und einen dickeren Wandbereich trennenden Stelle befindet sich an der Außenseite eine Ringschulter. Eine zweite Stufe oder Ringschulter kann durch eine tiefe Gegenbohrung erzeugt werden.

Der Nietkörper ist mit einem rückwärtigen Abschnitt versehen, der zur gesteuerten Verformung der Stauchhülse beiträgt. Dieser Abschnitt ist so gestaltet,daß die Probleme, die infolge von Exzentrizitäten der Bohrungen in der Hülse und im Nietkörper auftreten, beseitigt sind, und eine voll entwickelte Primärausbauchung der Hülse entsteht, bevor diese in Kontakt mit dem Werkstück kommt.

Zusätzlich zu den Verbesserungen der Stauchhülse und des Nietkörpers liefert die Erfindung auch eine Verbesserung des Kernes zum Trennen des Wegwerfabschnittes von dem eigentlichen Kernabschnitt der in der Nietverbindung verbleibt, so daß eine saubere Bruchstelle anstelle der Becher- und Konus-Bruchstelle eines üblichen Dehnungsbruchs entsteht. Die Konfiguration des Kernes ist so, daß keine scharfen Zacken stehen bleiben, die die Bruchfläche umgeben, wie dies bei bekannten Nieten der Fall ist.

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Eine weitere Verbesserung des Kernes betrifft ein Element, das im folgenden als "Blindkerbe" bezeichnet wird. Diese Blindkerbe wird neben einer Brechkerbe derart gebildet, daß die Brechkerbe an der einen Seite von der Blindkerbe und an der anderen Seite von der Blockiernut für den Blockierkragen flankiert wird. Hierdurch wird eine bekannte metallurgische Bedingung für die Steigerung der Bruchfestigkeit einer Brechkerbe erfüllt, ohne daß der Brechkerbendurchmesser verändert würde.

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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. . .

Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Blindbefestigungsvorrichtung nach der Erfindung,

Figur 2 die Vorrichtung nach Figur 1 in einem Zwischenstadium,

Figur 3 die Vorrichtung nach Figur 2 in einem zweiten Zwischenstadium,

Figur 4 die Vorrichtung nach Figur 1 während die Stauchhülse an einer Fläche eines Werkstücks angreift,

Figur 5 die Vorrichtung der Figur 1 im Endzustand,

Figur 6 eine zweite Ausführungsform des Nietkörpers,

Figur 7 eine dritte Ausführungsform des Nietkörpers,

Figur 8 eine vierte Ausführungsform des Nietkörpers,

Figur 9 das erste und das zweite Ausbauchen der Stauchhülse bei der vierten Ausführungsform,

Figur 10 einen vergrößerten Längsschnitt durch den rückwärtigen Abschnitt des Nietkörpers bei der ersten Ausführungsform,

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Figur 11 einen vergrößerten Längsschnitt der ersten Ausführungsform bevor das Wegwerfende des Kernes entfernt worden ist,

Figur 12 die Bildung versteckter Kerben in dem Schaftteil des Kernes,

Figur 12A eine alternative Ausbildung der Abreißkerbe,

Figur 13 versteckte Kerben, die dem rückwärtigen Abschnitt des Kernes angeformt sind,

Figur 14 die Ausbildung der Abrißstelle des Kernes,

Figur 15 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Blindnietvorrichtung,

Figur 16 einen vergrößerten Längsschnitt durch das rückwärtige Ende des Nietkörpers und das vordere Ende der separaten Stauchhülse beim Ausführungsbeispiel von Figur 15 und

Figuren 17 bis 20 aufeinanderfolgende Schritte der

Bildung der Ausbauchung bei der Installierung der Blindnietvorrichtung der Figur 15.

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In den Figuren 1 bis 4 ist ein erstes. Ausführungsbeispiel der Blindbefestigungsvorrichtung dargestellt. Die Befestigungsvorrichtung 10 weist einen im wesentlichen starren, stabförmigen Kern 12, einen rohrförmigen Nietkörper 14, eine Stauchhülse 16 und einen Blockierkragen 18 auf. Der Kern 12 ist auf dem Nietkörper 14 und der Stauchhülse 16 gleitend angeordnet, wobei die Stauchhülse 16 an einem Ende des Nietkörpers 14 und der Blockierkragen 18 an ihrem anderen Ende angeordnet ist.

Der Kern 12 weist an seinem einen Ende einen vergrößerten, seitlich vorstehenden Kopf 20 auf, der dem ersten Abschnitt 12a angeformt ist. Der Kopf 20 ist so ausgebildet, daß er gegen die gesamte Stirnseite der Stauchhülse 16 drückt. Der mittlere Abschnitt 12 des Kernes 12 bildet mit dem Abschnitt 12a eine Schulter T3. An dem anderen Ende 12b des Kernes 12 greifen mehrere gestrichelt dargestellte Zugteile 22 an. Die Zugteile 22 sind so ausgebildet, daß an ihnen ein entsprechendes 'Spannwerkzeug 24 angreifen kann, wie es z.B. in dem US-Patent 3 915 beschrieben ist. Die Blindbefestigungsvorrichtung kann aber auch in Verbindung mit anderen Spannvorrichtungen benutzt werden. Der Kern 20 weist ferner eine Ringnut 26 auf, in deren Bereich der Kerndurchmesser, verglichen mit den Abschnitten 12a, 12b und 12c, verringert ist. In diese Ringnut wird in noch zu erläuternder Weise der Blockierkragen 20 eingetrieben. Neben der Ringnut 26 befindet sich der Kerbteil 28, der so ausgebildet ist, daß der Abschnitt 12b des Kernes an ihm abgetrennt werden kann.

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Der Nietkörper 14 ist im wesentlichen rohrförmig ausgebildet, und weist an seinem einen Ende einen vergrößerten Kopf 30 auf. Zwischen dem rückwärtigen Abschnitt 38, der das andere Ende bildet, und dem Kopf 30 befindet sich der Mittelteil 32. Das Ende 38 ist in besonderer Weise ausgebildet, so daß an ihm die Stauchhülse 16 angreifen kann. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ragt der Schaftteil 32 durch die zueinander ausgerichteten öffnungen zweier Werkstücke 34 und 36 hindurch. Im einzelnen besteht das rückwärtige Ende des Nietkörpers 14 aus zwei im Querschnitt bogenförmigen Abschnitten 40 und 42. Der bogenförmige Abschnitt 40 hat einen etwas größeren Durchmesser als der bogenförmige Abschnitt 42, so daß eine Abstufung gebildet wird.

Die Stauchhülse 16 ist im wesentlichen rohrförmig und weist im Mittelbereich ihrer Länge einen dünnwandigen Abschnitt 44 sowie einen stärkeren ersten Endabschnitt 4 6 und einen stärkeren zweiten Endabschnitt 48 auf. Die Endabschnitte 46 und 48.sind so ausgebildet, daß sie äussere und innere Schulterzonen an jedem Ende der Stauchhülse 16 bilden. Die das Ende 48 begrenzende innere Anschlagschulter 60 kann durch Ausbohren der Stauchhülje 16 gefertigt werden, obwohl auch andere Herstellungsverfahren möglich sind, so daß der Durchmesser der Stauchhülse 16 an dem an den Nietkörper 14 angrenzenden Ende kleiner ist. Die äussere Ringschulter 72 des Abschnitts 46 kann durch Materialabnähme an der Stauchhülse 16 hergestellt werden. Man beachte, daß das Ende 54 der Stauchhülse 16 direkt flächenhaft gegen das rückwärtige Ende 38 des Nietkörpers 14 stößt.

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Bei der Montage dieser Blindnietvorrichtung 10 an den beiden Werkstücken 34 und 36 wird zunächst ein Loch durch die Werkstücke 34 und 36 gebohrt. Das Loch erhält in dem Werkstück 36 einen Versenktrichter 50. Dann wird die Vorrichtung in der dargestellten Weise eingesetzt. Das Loch durch die Werkstücke 34 und 36 ist groß genug, um den Kopf 20 des Kernes 12 sowie das Stauchrohr 16 hindurchstecken zu können. Auch der Nietkörper wird durch die öffnung gesteckt, jedoch nur soweit, bis sein seitlich überstehender Kopf 30 gegen die Wand des Versenktrichters 50 im Werkstück 36 stößt. Zur Begrenzung des Einsteckweges der Vorrichtung 10 in das Werkstück können auch andere Maßnahmen getroffen werden.

Dann wird mittels des Spannwerkzeuges 24 eine axiale Kraft auf den Kern12 ausgeübt. Im einzelnen greift das Spannwerkzeug 24 in der Weise an dem Zugteil 22 an, wie es in ■ . den"Figuren 3 bis 5 der US-PS 3 915 055 dargestellt ist. Diese Spanntechnik und das entsprechende Werkzeug gehören zum Stand der Technik, so daß eine detaillierte Beschreibung des Aufbringens der axialen Zugkraft auf den Kern 12 hier nicht erfolgt. Man sieht jedoch, daß deir gegen den Kopf 30 des Nietkörpers 14 drückende Bereich 24a des. Spannwerkzeugs 24 im wesentlichen zur Aufnähme des Blockierkragens 18 dient, der während des Ziehens am Kern 12-die ' über dem Werkzeugamboss 56 übertragene Reaktionskraft aufnimmt. Der zylindrische Amboss 56 des Werkzeugs 24 übt also eine axiale Kraft auf den Blockierkragen 18 aus und drückt diesen gegen die konische Innenfläche 53 des Kopfes 30 und in eine Ausnehmung oder einen Hohlraum 52 des Nietkörpers.

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Aus Figur 1 ist der Zustand zu sehen, in dem die Vorrichtung 10 durch die Werkstücke 34 und 36 vor dem Aufbringen irgendwelcher Spannkräfte hindurchgeschoben ist. Der Kern 12 ragt durch beide Werkstücke 34 und 36 hindurch, während an seinem Ende 12b das Spannwerkzeug 24 angreift. Wenn das Spannwerkzeug 24 axial an dem Kern 12 zieht, drückt der zweite Endabschnitt 48, und insbesondere die Stirnfläche 54 der Stauchhülse 16, gegen den bogenförmigen Endabschnitt 42 des Nietkörpers 14. Wenn die Zugkraft des Kernes 12 gemäß Figur 2 erhöht wird, baucht sich die Stauchhülse 16 nach aussen hin aus, so daß am zweiten Endabschnitt 48 die erste Ausbauchung 58 entsteht. Die Ausbildung dieser Ausbauchung wird durch die Wandstärkeunterschiede zwischen dem zweiten Endabschnitt 48 und dem Mittelabschnitt 44 erleichtert. Auf diese Weise entsteht die Ausbauchung 58 im Längenbereich der inneren Ringschulter 60, wie in Figur 2 dargestellt ist. Man beachte, daß die Ausbauchung 58 von dem gesamten Längenbereich des stärkeren Endabschnitts 48 und einem annähernd gleich großen Längenbereich des dünnwandigen Abschnitts gebildet wird.

Beim weiteren Spannen des Kernes 10 verbiegt sich die Ausbauchung 58 gemäß Figur 3 weiter in axialer Richtung, so daß eine im wesentlichen ebene Stirnfläche 62 entsteht. Beim weiteren Spannen wird dann gemäß Figur 4 das vordere Ende der Stauchhülse 16 weiter aufgebogen, so daß dieses Ende über die abgerundeten Ringschultern 40 und 42 auf dem Nietkörper 14 entlang gleitet und schließlich am Werkstück 34 zur Anlage kommt. Auf diese Weise greift

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die im wesentlichen flache, nach innen gebogene Stirnseite 62 am Werkstück 34 an. Dadurch werden die Probleme der Punktbelastung, die bei Wellhülsen auftreten, praktisch eliminiert. Dies bedeutet, daß auch Materialien wie Keramik, Kunststoff sowie auch Metalle u.dgl. als Werkstücke 3 4 und 36 verwendet werden können.

Gemäß Figur 5 ist der Kern 12 weiter in die Werkstücke 34 und 36 eingezogen worden, so daß seine Schulter 13 gegen, das rückwärtige Ende 38 des Nietkörpers 14 stößt.

Gleichzeitig gelangt die Blockiernut 26 in den Hohlraum 52, in den der Kragen nun gestopft wird. Hierdurch wird der Weg des Kernes 12 begrenzt und bei einem weiteren Herausziehen des Kernes 12 reisst das distale Ende 12b ab. Wie man aus Figur 5 sieht, wird an der Stauchhülse 14 angrenzend an die Ringschulter 72 eine zweite Ausbauchung 70 gebildet, wobei zwischen den Ausbauchungen 58 und 70 ein Wellental 74 verbleibt. Die Gleichmäßigkeit der zweiten Ausbauchung 70 wird durch die den dünnwandigen Abschnitt 44 begrenzende Ringschulter 72 erleichtert.

Bei Verwendung der beschriebenen Blindnietvorrichtung werden Probleme hinsichtlich der Exzentrizität der Bohrungen der Stauchhülse 16 und des Nietkörpers 14 ausgeschaltet. Bohrungsexzentrizitäten führen zu einem nicht vollständig runden Blindkopf, der sich nur teilweise gegen das Werkstück legt. In extremen Fällen verhindert ein krummer Blindkopf das Gleiten der Hülse 16 in den Kontakt mit dem betreffenden Werkstück. Bei

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Verwendung der Vorrichtung 10 besteht diese Gefahr jedoch nicht. Man erhält die in Figur 5 dargestellte Nietverbindung mit einem symmetrischen und sehr starken Blindkopf 76 bei geringem Druck auf das Material des Werkstückes 34. Dies wird durch drei Prozesse erreicht, die während der Bildung der Ausbauchung 58 mehr oder weniger gleichzeitig ablaufen, nämlich Rotation, Verschwenkung und Gleiten. Bei Bohrungsexzentrizitäten laufen diese Prozesse mit ungleichmäßigen Geschwindigkeiten am Umfang des Drückendes des Stauchrohres 16 ab, wobei die unterschiedlichen Gleitraten das größte Problem darstellen. Zur Lösung des Gleitproblemes ist die "abgestufte" Form des Endabschnitts 38 des Nietkörpers 14 gewählt worden. Die Eindrückung oder Abstufung ist zwischen den beiden Kuppeln oder Bögen 40 und 42 gebildet. Die Stufe stellt sicher, daß nicht einzelne Bereiche des Abschnitts 48 zu früh über den Nietkörper 14 gleiten, bevor die anderen nacheilenden Bereiche von Abschnitt 48 aufgeholt haben. Dieses Gleiten der Hülse 16 wird vorübergehend angehalten, während die beiden anderen Prozesse, Rotation und Schwenkung, fortgesetzt werden, bis die ausbauchende Wand der Stauchhülse 16 gemäß Figur 3 um einen Winkel rotiert, der gleich oder größer ist als 90°. Unter der Deformationskraft der Installation nimmt die Stirnfläche 54 des Abschnitts 48 der Stauchhülse 16, die geringfügig verformbar ist, die Form des Doppelbogens der Abschnitte 40 und 42 des Nietkörpers 14 an. Diese Form ist in Figur 4 anhand der Nuten 6 4 sichtbar.

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Wenn die durch die Verzögerung der Gleitbewegung erzielte Symmetrie hergestellt ist, erfolgt der Gleitprozess gleichmäßig, bis die breite Fläche 62 des Blindkopfes 76 gemäß Figur 4 im Bereich 66 in Kontakt mit dem Werkstück kommt. Die Verteilung der Kontaktkraft über die breite Fußfläche 62 bewirkt eine niedrige Flächenpressung, wodurch die Gefahr der Zerstörung oder Beschädigung des Werkstücks 34 und/oder des Werkstücks 36 vermieden wird.

Obwohl vorzugsweise das Ende 38 gemäß Figur 4 in abgestufter Form benutzt wird, können im Rahmen der Erfindung auch andere Gestaltungen dieses Endes verwendet werden.

In Figur 6 ist eine alternative Ausführungsform des Endabschnitts 38 dargestellt. Hierbei weist der Nietkörper eine schräge erste Ringschulter 82 und eine schräge zweite Ringschulter 84 auf, die durch einen zylindrischen Bereich 86 verbunden sind, so daß eine Abstufung entsteht. Der Kern 81 ragt durch den Nietkörper 80 und die Stauchhülse 88 hindurch, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Ausbildung einer Stufe zwischen der ersten Ringschulter 82 und der zweiten Ringschulter 84 verhindert ebenfalls die oben erläuterten Exzentrizxtätsschwierigkeiten. Das vordere Ende 92 des dickeren Abschnitts 90 greift zunächst an der zweiten Ringschulter 84 an und bewirkt, daß die Stauchhülse 88 beim Zurückziehen des Kernes 81 aufgebogen wird. Wenn sich der Hülsenabschnitt 90 vom Kern 81 aus aufbiegt, bleibt er im Stufenbereich 85, bis der Zustand von Figur 3 erreicht ist. Schließlich wird eine nach aussen gerichtete Ausbauchung gebildet, die sich gegen das Werkstück 34 legt.

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In Figur 7 ist eine dritte Variante dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind der Nietkörper 94 und die Stauchhülse 88 so ausgebildet, daß der Kern 95 hindurchläuft. Der Nietkörper 94 weist ein abgerundetes, im wesentlichen konvex gebogenes Ende 96 auf, das in einen gebogenen konkaven Abschnitt 98 hineinragt. Der dickere Abschnitt 102 am Ende 104 der Hülse 100 hat zu Beginn an dem Ende 96 angelegen. Beim Zurückziehen des Kernes 95 hat sich die Stauchhülse 100 nach aussen ausgebaucht und mit ihrem Ende über den Nietkörper gleitend an das Werkstück 34 angelegt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein guter Fußandruck am Werkstück 34 erreicht.

In Figur 8 ist eine vierte Ausführungsform des Nietkörpers 106 dargestellt. Der Nietkörper 106 weist einen ersten abgerundeten Abschnitt 108 und einen zweiten konischen Abschnitt 110 auf, der sich an den Abschnitt 108 anschließt. Am Anfang stößt die Stauchhülse 112 gegen den ringschulterförmigen, abgerundeten Abschnitt 108. Bei fortgesetzter Zurückziehung des Kernes 118 entsteht die in Figur 8 dargestellte Ausbauchung in Form einer einzigen Falte. Diese einzige Ausbauchung und die Tatsache, daß der Nietkörper sich weit über die nichtzugängliche Fläche des Werkstücks 34 hinaus erstreckt, zeigen an, daß eine geringe Klemmlänge entsteht. Andererseits zeigen in Figur 9 die Doppelfalte und das geringe Überstehen des Nietkörpers eine maximale Klemmlänge an.

In den Figuren 10 bis 14 ist das Abreißen des Abschnitts 12b des Kernes 12 von dem Abschnitt 12c dargestellt. Aus

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Figur 10 ist ersichtlich, daß der Kern 12 im Nietkörper 14 bereits zurückgezogen worden ist. Wenn der Kern 12 weiter zurückgezogen wird, wie in Figur 11, stößt die Schulter 13 gegen das Ende 38 des Nietkörpers 14, so daß anfangs ein weiteres Zurückziehen des Kernes 12 verhindert wird. Gleichzeitig gestattet der federgespannte Werkzeugmantel 24a,der den Blockierkragen 18 umgibt, die Bewegung des Werkzeugambosses 56 in Gegenrichtung zur Bewegung des Kernes, wodurch der Blockierkragen 18 in den jetzt passenden Hohlraum gestopft wird, der durch gegenseitige Ausrichtung der Ringnut 26 des Kernes und der Ausnehmung 52 entstanden ist. Ein weiteres Ziehen am Kern 12 bewirkt einen Bruch an einer ersten versteckten Nut oder Reißkerbe 126,die in dem Reißkerbenabschnitt 128 vorgeformt ist. Vorbekannte Niete, die diese Art verdeckter Bruchkerben am Kern aufweisen, erzeugten einen scharfen, nach vorn gerichteten, klingenförmigen Grat, der um die Bruchfläche herumläuft, was vor und nach der Installierung zu Schwierigkeiten führen kann. Bei diesen Nieten tritt häufig ein vorzeitiger Stabbruch auf, da der nach vorn vorstehende Grat beim Zurückziehen des Kernes dazu neigt, in den Blockierkragen hineinzustechen. Als Folge hiervon kann der Stab unter dem Werkstück brechen, so daß der Blockierkragen nicht richtig festgestopft wird. Wenn jedoch der Bruch an der richtigen Stelle stattfindet, und der Blockierkragen richtig gestopft wird, tritt das Problem auf, daß ein scharfer Grat über die Werkstückfläche hinaus vorsteht. Häufig muß dieser messerscharfe Grat in einem zweiten Arbeitsvorgang entfernt werden, was den Montage-

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Vorgang kostspielig macht.Wenn das Abschleifen des Grates an der Aussenhaut eines Flugzeugs erfolgen muß, ist dieser Vorgang noch akzeptabel, wenn die Aussenhaut aus Metall besteht. Bei einer Aussenhaut aus Graphit/Epoxyd-Materialien, wie sie in neuerer Zeit verwendet wird, können jedoch erhebliche Beschädigungen verursacht werden.

Wie man aus der Figur 14 ersieht, entsteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich eine Abrundung 134 um die Bruchfläche 140 herum, aber kein Grat. Dies wird durch einen besonderen Herstellungsvorgang erreicht, der als walzformumkehr bezeichnet werden kann. Die Form, die bei den vorbekannten Nieten der Wegwerfabschnitt des Kernes oder Stabes annimmt, nimmt nunmehr der verbleibende Abschnitt 12c des Kernes an. Wie Figur 14 zeigt, tritt der becherförmige scharfe Grat 134 nunmehr an dem Wegwerfteil 12b des Kernes 12 auf. Die bessere Fluchtung zwischen dem wulstförmigen Rand 134 und der Bruchfläche 140 ist auf den verbesserten Herstellungsvorgang zurückzuführen .

Figur 12 verdeutlicht diese Verbesserung am Produkt und dem zugehörigen Herstellungsverfahren. Diese Darstellung zeigt die Brechkerbenwinkel und die Walzfolge der Schultergrate. Bei den bekannten Brechkerben ist die Anordnung der 40°-Winkel und der 20°-Winkel der Brechkerbe genau umgekehrt wie in der Zeichnung dargestellt. Nach der Erfindung wird dadurch, daß der größere Winkel von 40° auf der der Blockiernut 26 zugewandten Seite der den ersten radialen größeren Ringgrat 132 aufweisenden Nut 126 angeordnet wird,die Wurzel der Kerbe 126, an der der Bruch auftreten soll, von Anfang an von der Mittellinie der Kerbe um eine

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größere Entfernung getrennt als dies bei einem kleineren Winkel von 20° der Fall wäre. Unter dem Grat-Abflachdruck ist der größere Grat 132 bestrebt, sich axial über die Brechkerbe 126 zu verlängern und über die Mittellinie der Kerbe 126 hinauszulaufen. Die in Figur 12 dargestellte Anordnung der Winkel bewirkt jedoch einen geringeren Überlauf als dies bei umgekehrt angeordneten Winkeln der Fall wäre, so daß schließlich beim Bruch eine bessere Fluchtung zwischen dem Rand und der Bruchfläche eintritt. Diese verbesserte Wirkung tritt auch noch auf, wenn eine symmetrische Kerbe mit 30°-Winkeln an jeder Seite benutzt wird, wie in Figur 12A dargestellt ist. Der Bereich der möglichen Kerbwinkel liegt zwischen 45° und 70 .

Die Abflachung der Grate erfolgt beim Stand der Technik mit einem paar flacher Werkzeuge 130,zwischen denen der Kern gewalzt wird. Die Werkzeuge sind dabei so angeordnet, daß der höhere Grat 132 abgeflacht wird, bevor der kleinere Grat 132a bearbeitet wird. Wenn der erste Grat 132 durch Niederwalzen abgeflacht ist, überdeckt er die Kerböffnung 126 mit einer scharf nach vorne vorstehenden Kante, unter der sich ein abgerundeter Hohlraum befindet. Nach der Erfindung wird jedoch der niedrigere Grat 132 absichtlich zuerst abgeflacht, wie in Figur 12 darge-. stellt ist, wodurch erreicht wird, daß die scharfe Auslaufkante und die abgerundete Hinterschneidung 134a an dem Wegwerfabschnitt 12b des Kernes gemäß Figur 14 erscheinen. Bei der nachfolgenden Abflachung des höheren Grates 132 fließt dieser in die Unterschneidung 134a ein

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und die abgerundete Form 134 verbleibt nach dem Bruch an dem benutzten Abschnitt 12c des Kernes 12. Auf diese Weise wird das Entstehen scharfer und übermäßig vorstehender Teile verhindert, wodurch eine Nachbehandlung unnötig wird. Die in Figur 12 dargestellten Walzwerkzeuge mit abgestufter Walzfläche drücken das Material des kleineren Grates 132a unter den Kerndurchmesser, um sicherzustellen, daß der scharfe Grat und die Unterschneidung an dem Wegwerfabschnitt 12c des Kernes 12 auftreten. Beim Durchlauf des Kernes 12 zwischen den Werkzeugen 130 werden dritte und vierte Grate 132b zu der zweiten verdeckten Kerbe 128 umgeformt.

Figur 13 zeigt eine Ansicht des fertiggestellten Sollbruchbereichs am Ende des WaIzVorganges. Man beachte, daß sowohl die Blindkerbe 128 als auch die Brechkerbe 126 verdeckt sind, und daß nur die Blockiernut 26 offen bleibt. Der geringfügig reduzierte Durchmesser im Bereich der verdeckten Brechkerbe 126 verringert den Reibungszug am Blockierkragen 18 und erleichtert das Gleiten in die Blockiernut 26, ohne daß die Gefahr des vorzeitigen Reißens des Kernes besteht.

Bezüglich der Blindkerbe 128 ist es ein bekanntes Prinzip, das Hilfskerben, die auf beiden Seiten einer Testkerbe angebracht werden, die Festigkeit erhöhen, bei der die Testkerbe zum Bruch führt. Eine solche Hilfskerbe stellt die Blockiernut 26 dar, so daß eine Blindkerbe 128 auf der anderen Seite der Brechkerbe 126 ausreicht, um die Bruchfestigkeit für einen vorgegebenen Brechkerbendurchmesser zu erhöhen. Mit dieser Verbesserung ist

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sichergestellt, daß der Kern 12 nicht vorzeitig bricht, während der Bruchkerbendurchmesser immer noch klein genug ist, um einen sauberen Bruch an der Wurzel der Bruchkerbe 126 zu erzeugen, ohne daß bei diesem Bruch ein Teil der Schulter der Blockiernut mitgerissen wird.

Eine weitere Verbesserung der Vorrichtung 10 besteht in der Ausbildung der Versenkung 50 im Werkstück 36 und des zugehörigen Kopfes 36 des Nietkörpers 14. Eine.geradwandige, flache Bohrung 124 (Figuren 10 und 11) im Kopf 30 des Nietkörpers 14 dient zur Eingrenzung des Blockierkragens 18, und ferner zur Verdeckung des geringfügig vorstehenden, abgerundeten Wulstes 134, so daß die Fluchtungsgrenzen der Raumfahrttechnologie, eingehalten werden, und keine überstehenden Teile vorhanden sind.

Im Rahmen der Erfindung sind Abweichungen.von den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich. So weist beispielsweise bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Kern 12 geriffelte Abschnitte 120 und 122 im Abstand hintereinander liegend auf. Der geriffelte Abschnitt sorgt für die nötige Reibung, um die zusammengebauten Nietteile während der Handhabung oder Installation gegen unabsichtliche Verschiebung zu schützen,und die andere Riffelung 122 verhindert, daß der Blockierkragen 18 vor der Installierung unabsichtlich vom Kern 12 herabfällt.

In den Figuren 15 bis 20 ist eine weitere Blindnietvorrichtung 10' mit Stauch- bzw. Ausbauchungshülse dargestellt. Der Kern 12 hat hier die gleiche Konstruktion wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, und der

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Nietkörper 14' hat im wesentlichen dieselbe Doppelbogen- oder Doppelkuppelausbildung wie bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5, 10 und 11. Wahlweise kann eine der stirnseitigen Kuppeln eine kleine Abflachung 144 aufweisen, gegen die die Stauchhülse stößt. Die Stauchhülse 16' gleicht der Stauchhülse 16 der früheren Ausführungsbeispiele, jedoch mit dem Unterschied, daß in der Nähe des vorderen, die Ausbauchung bildenden Endes 48' der Stauchhülse eine äussere Stufe 145 und dazu in Längsrichtung geringfügig versetzt eine innere Stufe 146 vorgesehen sind, die beide schräge Ringschultern bilden. Vorzugsweise wird in dem Ende des Nietkörpers 14' unterhalb der ersten Kuppel 42' eine kurze Gegenbohrung 147 angebracht. Bei der Herstellung der kuppeiförmigen Wölbung kann an der Aussenkante der Gegenbohrung 147' ein nach innen gerichteter Grat 148 erzeugt werden.· Wenn die Gegenbohrung 147 nicht vorhanden wäre, könnte dieser Grat in den Nietkörper 14' hineinragen, und das Aufschieben des Nietkörpers auf den Kern 12 behindern. Die Gegenbohxung 147 verhindert dies.

Vorzugsweise ist die radiale Dicke r des vorderen Endes 48' der Stauchhülse 16' (Figur 16) größer als die Basisstärke r, der ersten Wölbung 42' des Nietkörpers 14. Dies trägt dazu bei, sicherzustellen, daß die erste Teilausbauchung auftritt, während das Ende 48' der Stauchhülse 16' noch gegen die Abrundung 42 drückt.

Vorzugsweise ist die äussere Stufe 145 gegenüber dem vorderen Ende 48' der Stauchhülse 16* weiter zurückgesetzt als die innere Stufe 146. Die äussere Stufe

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ist dadurch gebildet, daß der Außendurchmesser der Stauchhülse 16' in einem Bereich 149 vom vorderen Ende der Stauchhülse bis zur Stelle der Stufe 145 reduziert ist. Von dieser Stelle an hat das Stauchrohr 16' einen größeren Außendurchmesser, der demjenigen des mittleren Wandteiles 44 der früheren Ausbildungsbeispiele entspricht. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel ergeben sich für die Falthülsenvorrichtung TO'¹ die folgenden Abmessungen:

Kerndurchmesser 3,38 mm

Innendurchmesser des Nietkörpers 3,45 mm maximaler Außendurchmesser des Nietkörpers 14* 4,8 mm

Basisstärke r, des Endwulstes 42' 0,34 mm

Innendurchmesser der Gegenbohrung 147 3,6 mm

Länge der Gegenbohrung 147 O,38 mm

radiale Stärke r am Ende der Stauchhülse 0,56 mm Innendurchmesser am vorderen Ende der

Stauchhülse 16' 3,4 mm Außendurchmesser am vorderen Ende 149

der Stauchhülse 4,5 mm Abstand der inneren Stufe 146 vom vorderen

Ende der Stauchhülse 1,27 mm Innendurchmesser der Stauchhülse hinter

der inneren Stufe 146 3,73 mm Abstand der äußeren Stufe 145 vom vorderen

Ende der Stauchhülse . 1,8 mm

Außendurchmesser der Stauchhülse an der

Stelle des Wandabschnitts 44 4,65 mm.

Die doppelstufige Ausbildung der Stauchhülse 16 trägt zur Vorformling der Ausbauchung noch vor dem Kontakt mit dem

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Werkstück 34, 36 bei. Die Ausbildung dieser Ausbauchung ist in den Figuren 17 bis 20 dargestellt.

Wenn während der Installation der Vorrichtung an dem Kern 12 gezogen wird, beginnt sich eine teilweise Ausbauchung 150 zu bilden, während das vordere Ende 48 der Hülse 16' noch gegen den ersten Ringwulst 42* drückt. Dies wird ein wenig dadurch unterstützt, daß das Vorderende 48' die Tendenz hat, in der allerersten Phase des Entstehens der Ausbauchung in die Gegenbohrung 147 einzudringen. Die Ausbauchung 150 bildet sich in einem Bereich zwischen der inneren Stufe 146 und der äußeren Stufe 145 aus. Durch das Vorhandensein dieser beiden Stufen werden Ungleichmäßigkeiten oder ein Abkippen der sich bildenden Ausbauchung vermieden. Dies bedeutet, daß der Ausbauchradius zu jeder Zeit während der Ausbildung der Ausbauchung über den gesamten Umfang der Stauchhülse 16' gleichmäßig ist, und daß auch der Abstand der Ausbauchung vom vorderen Ende der Stauchhülse gleichmäßig ist.

Nachdem die Ausbauchung 150 sich gemäß Figur 17 partiell gebildet hat, führt ein weiteres Ziehen am Kern 12 dazu, daß das Hülsenende 48 hochrutscht und gegen den zweiten Ringwulst 40' stößt, wie in Figur 18 dargestellt ist. Der zweite Ringwulst bewirkt einen zusätzlichen Widerstand, so daß beim weiteren Ziehen an dem Kern 12 die Ausbauchung im wesentlichen fertiggestellt wird, wie dies in Figur 19 dargestellt ist. Der zweite Ringwulst verhindert auch das Aufweiten oder radiale Aufspreizen des Vorderendes der Falthülse.

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Wenn noch mehr an dem Kern 12 gezogen wird, gleitet die Ausbauchung oder Falte 15O¹, die nun im wesentlichen ihre Endform erreicht hat, über den zweiten Wulst 4O¹ hinweg und an der Außenseite des Nietkörpers 40' entlang (Figur 20),bis sie in Kontakt mit dem Werkstück 34, kommt. Durch die Vorformung der Ausbauchung oder Falte erfolgt ein breitflächiger Kontakt mit dem Werkstück, so daß der Blindniet insbesondere für Werkstücke aus Mischwerkstoffen, wie Graphit/Epoxyd-Werkstoffen,geeignet ist. Anders als bei den bekannten Blindnieten erfolgt zu Anfang noch kein Kontakt zwischen Werkstück und Stauchhülse und keine nachfolgende Drehung dieses Endes bei der Bildung des Blindwulstes. Bei diesen bekannten Blindnieten besteht die Gefahr, daß sie bei ihrer Installation meißelartig in das Werkstück eindringen, und hierdurch wird insbesondere ein Graphit/Epoxyd-Material beschädigt. Die Installation wird beendet, wenn die Schulter 13 das Ende des Nietkörpers 14 berührt, und der Blockierkragen 18 wird in die Blockiernut 26 (wie in Figur 5) eingesetzt. Schließlich wird das vorstehende Ende des Kernes 12 abgerissen.

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Claims (6)

1. - 2t -Ansprüche

   ( 1.) Blindnietvorrichtung mit einem Kern, der durch einen Nietkörper hindurchgesteckt ist, und zwischen einem verdickten Kopf und dem Nietkörper eine verformbare Hülse trägt, die mit ihrem einen Ende gegen die vordere Stirnseite des Nietkörpers stößt, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Nietkörpers (14) größer ist als die Stärke des zu vernietenden Werkstücks (34,36), daß das dem Kopf (20) des Kernes (12) zugewandte Ende des Nietkörpers (14) einen doppelten Absatz (42, 40; 84, 82; 42', 40') aufweist, und daß die Hülse (44) in ihrem dem Nietkörper (14) zugewandten Bereich (48, 48') einen kleineren Innendurchmesser hat als in ihrem Mittelbereich (44), wobei eine innere Ringschulter (146) gebildet wird.
2. 2. Blindnietvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Nietkörpers (14, 14') als Doppelwulst ausgebildet ist, wobei ein erster Wulst (42, 42') am äußersten Ende des Nietkörpers (14, 14') seinen kleinsten und an der Übergangsstelle zu dem zweiten Wulst (40, 40') seinen größten Durchmesser hat, und daß der sich nach außen hin an den ersten Ringwulst (42, 42") anschließende zweite Ringwulst (40, 40') gegenüber dem ersten Ringwulst (42, 42') axial zurückgesetzt ist.

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   τή -
3. 3. Blindnietvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Stärke Cr ) der Hülse (16, 16') an dem dem Nietkörper (14_r 14') zugewandten Ende größer ist als in dem Mittelbereich (44).
4. 4. Blxndnietvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Hülse (16') sich in axialem Abstand von der inneren Eingschulter (A6) in Form einer äußeren Ringschulter (145) vergrößert, wobei die äußere Ringschulter (145) einen größeren Abstand von dem Nietkörper (14^f) hat als die innere Ringschulter (146).
5. 5. Blxndnietvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser am vorderen Ende der Hülse (16, 16') im wesentlichen gleich groß ist wie der Innendurchmesser des Nietkörpers (14, 14·) und beide Innendurchmesser geringfügig größer sind als der Außendurchmesser des Kernes (12).
6. 6. Blxndnietvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet_r daß der Kern .(12) eine umlaufende Blockiernut (26) zur Aufnahme eines verformbaren Blockierkragens (18) aufweist, und daß in der Nähe der Blöckiernut (26) eine Brechkerbe (126) angeordnet ist, die aus zwei winkelfönnigen Abschnitten hergestellt ist, von denen der Winkel dt*s ersten Abschnitts etwa 4O° und der Winkel des zweiten Abschnitts etwa 2O beträgt, und von denen der erste Abschnitt der Blockiernut (26) zugewandt ist, wobei der Bereich* für den Winkel der Brechnut (126) insgesamt etwa 45° bis 70° beträgt.

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   Blindnietvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste winkelförmige Abschnitt mit einem Grat gebildet ist, der weiter absteht als derjenige des zweiten Winkelabschnitts, daß der Grat (132a) des zweiten Abschnittes zuerst in die Brechnut (126) hinein abgeflacht ist, und daß dann anschließend der Grat (132) des ersten Winkelabschnitts über den abgeflachten zweiten Grat (132a) in die Brechnut (126) hinein abgeflacht ist.

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