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Die Erfindung betrifft allgemein mechanische
Nietverbindungen, und sie bezieht sich insbesondere auf
ein neuartiges industrielles Verfahren zur Herstellung von
Nieten durch Gesenkverformung.
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Das aktuelle Verfahren zur Herstellung von Nieten durch
Gesenkverformung zeigt Mängel beim Herstellungsvorgang und
aufgrund der Tatsache, daß der Niet aus der Abdruckform
der Matrize durch einen Auswerfer ausgestoßen wird, wobei
dieser auf einen Teil des Nietendes einen Druck ausübt,
das dadurch verformt wird, was das Auftreten von
empfindlichen Störungen hervorruft, die Entstehungsorte
von Rissen oder Sprüngen sein können, wenn das Ende beim
Nietvorgang plattgedrückt wird, was die mechanischen
Eigenschaften beachtlich verschlechtert und für das
Korrossionsverhalten der Vernietung sehr schädlich ist.
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Der Zweck der Erfindung ist, diese Mängel zu beheben,
indem ein industriell es Verfahren und eine
Werkzeugausrüstung zur Herstellung von Nieten durch
Gesenkverformung angegeben wird, die es erlauben, das
Auftreten dieser Störungen und die sich hieraus ergebenden
Unzulänglichkeiten zu vermeiden.
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Die Erfindung hat zu diesem Zweck als Gegenstand ein
industrielles Verfahren zur Herstellung von Nieten durch
Gesenkverformung eines zylinderförmigen Rohlings in einer
Abdruckform einer Matrize, bei welchem das eine Ende des
Rohlings an eine mit einer Ausnehmung versehene Oberfläche
zur Anlage gebracht wird, deren Gestalt im wesentlichen
komplementär zu der des Nietrohlings ist, wobei die mit
der Ausnehmung versehene Oberfläche am Ende eines einen
Auswerfer bildenden zylindrischen Teils angeformt ist, der
in der Abdruckform angebracht ist, und wobei die Geometrie
der mit der Ausnehmung versehenen Oberfläche unter der vom
anderen Ende des Rohlings her eingeleiteten
Druckbeanspruchung bei der Gesenkverformung derart
veränderbar ist, daß ein Selbstabdichtungseffekt zwischen
dem aktiven Ende des Auswerfers und der Seitenwand der
Abdruckform der Matrize während der gesamten Dauer der
Gesenkverformung und des Auswurfs des auf diese Art und
Weise erhaltenen Niets erreicht wird.
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Die Erfindung hat gleichfalls als Gegenstand eine
Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen
Verfahrens, bestehend aus einer Matrize mit einer
Abdruckform, einem Stempel und einem Auswerfer, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abdruckform eine zylindrische
Bohrung ist, deren Durchmesser über ihre gesamte Länge
konstant ist, und die den Rohling und den Auswerfer
aufnimmt, wobei der Auswerfer ein Endstück mit einer
Ausnehmung aufweist, die durch einen Rotationskörper
begrenzt ist, dessen Form im wesentlichen komplementär zu
derjenigen des Nietrohlings ist, wobei der Rotationskörper
von gleicher Biegefestigkeit ist und unter Einwirkung der
auf das Nietende des Rohlings bei der Gesenkverformung
ausgeübten Kraft ebenso wie beim Auswurf des so erhaltenen
Niets verformbar ist, um sich an die Seitenwände der
Abdruckform derart anzulegen, daß eine Selbstabdichtung
erreicht wird, wobei der Auswerfer einen Durchmesser
aufweist, der beinahe gleich der Bohrung ist und in dieser
verstell- und einstellbar geführt ist.
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Die nachfolgende Beschreibung wird es unter Bezugnahme auf
die beigefügten beispielhaften Zeichnungen erlauben zu
verstehen, wie die Erfindung in die Praxis umgesetzt
werden kann.
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Die Fig. 1 zeigt einen Niet in Vorderansicht.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen die verschiedenen Phasen des
Arbeitsganges der Gesenkverformung des Rohlings eines in
Fig 1 abgebildeten Niets nach dem bis jetzt benutzten
klassischen Verfahren.
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Die Fig. 4 zeigt den auf diese Art und Weise erhaltenen
Niet.
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Die Fig. 5 zeigt einen zusammengenieteten mit Hilfe eines
Niet nach herkömmlicher Herstellungsweise gemäß den Fig. 2
bis 4.
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Die Fig. 6 bis 8 zeigen die Ausführung des Verfahrens nach
der Erfindung sowie die Form der Matrize und die des
Auswerfers nach der Erfindung.
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In den verschiedenen Figuren sind entsprechende Teile oder
Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei
für die Erfindung das Zeichen "'" angehängt wurde, um sie
von der herkömmlichen Herstellungsweise zu unterscheiden.
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Der in Fig. 1 dargestellte Niet ist üblich. Er besitzt
einen Kopf 1 und einen Schaft 2, dessen dem Kopf 1
entgegen gesetztes Ende 3 eine kegelstumpfförmige Form
hat, um in industriellen, automatisierten Montageverfahren
die Einführung in die Löcher des zu vernietenden Verbundes
zu erleichtern.
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Der Nietrohling R wird der Gesenkverformung in einer
Abdruckform 4 einer Matrize 5 unterworfen, in der der Niet
mit Hilfe eines Aufschlagstempels 6 geschmiedet wird,
wobei sein Ende 3 gegen das der Abdruckform 4 zur Anlage
gebracht wird, die eine zu der des erhaltenen Niets
komplementäre, kegelstumpfförmige Form aufweist.
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Eine Bohrung 4a ist in der Matrize 5 eingebracht und
erstreckt sich koaxial mit der Verlängerung der
Abdruckform 4 mit einem kleineren Durchmesser als diese.
Ferner ist in der Bohrung ein Auswerfer 7 verstellbar
geführt angeordnet.
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Unter der Einwirkung des Stempels 6 dehnt sich der
Nietschaft 2 und liegt eng an der Seitenwand der
Abdruckform an, gegen die er einen in Fig. 3 durch die
Pfeile f angedeuteten Druck ausübt.
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Gleichzeitig fließt das dem Druck des Stempels 6
ausgesetzte Material des Niets um das Ende des
Auswerfers 7 herum in den Zwischenraum 8 zwischen ihm und
der ihn führenden Bohrung 4a, der während der Betätigung
des Auswerfers dessen Normalspiel bestimmt, und bildet
dort einen vorspringenden ringförmigen Kranz 9.
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Nachdem der Aufschlagstempel 6 danach vom Kopf 1 des Niets
entfernt ist, wird der Auswerfer 7 betätigt, um den Niet
aus der Matrize auszustoßen, indem auf sein Ende eine
ausreichende, in axialer Richtung wirkende Kraft ausgeübt
wird, um den durch die Summe der Kräfte f gegebenen
Reibungswiderstand zu überwinden.
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Der notwendige Druck, der über eine Fläche einwirkt, die
ebenso wie die des Auswerfers 7 beschränkt ist, führt
unvermeidlich zu einer Vertiefung des Materials des Niets
in der Mitte des Kranzes 9 (Fig. 4).
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Die hohen Kräfte, denen das Material am Nietende 3 auf
diese Art und Weise unterworfen ist, erzeugen Störungen
seiner inneren Struktur. Wenn der Niet in einem zu
nietenden Verbund 10 eingesetzt ist, wird der dem
gestörten Bereich angehörende Kranz 9 eingedrückt und nach
innen gefaltet, wie durch 11 (Fig. 5) dargestellt, wodurch
in diesem Bereich die Bildung von Mikrorissen
hervorgerufen werden kann. Diese Mikrorisse sind schädlich
für die mechanische Festigkeit der ausgeführten Verbindung
und bilden, zusammen mit der Falte, Keimstellen für
Korrosionserscheinungen.
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Außerdem sind bei diesem klassischen Verfahren und der
klassischen Werkzeugausrüstung Matrizen mit verschiedenen
Längen notwendig, um ein Sortiment von Nieten mit
unterschiedlichen Längen zu erhalten.
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Nach der Erfindung benutzt man eine Matrize 5', deren
Abdruckform 4' und deren koaxiale Bohrung 4a', in der der
Auswerfer 7' geführt ist, eine zylindrische Form mit einem
gemeinsamen konstanten Duchmesser besitzen. Anders
ausgedrückt besitzt die Abdruckform 4' kein Endstück mit
einer kegelstumpfförmigen Schulter, die komplementär zum
Endstück 3' des Nietschaftes ist
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Weiter weist das mit dem Ende des Niets in Kontakt
stehende Endstück des Auswerfers 7' eine Ausnehmung auf,
die durch einen Rotationskörper mit einer gleichmäßigen
Aushöhlung 12 begrenzt ist, deren Form im wesentlichen
komplementär zu derjenigen des Nietrohlings 3' ist, wobei
der Rotationskörper von gleicher Biegefestigkeit ist und
unter Einwirkung der auf das Ende des Nietrohlings bei der
Gesenkverformung ausgeübten Kraft ebenso wie beim Auswurf
des so erhaltenen Niets verformbar ist, um sich an die
Seitenwände der Abdruckform derart anzulegen, daß eine
Selbstabdichtung erreicht wird, wobei die Schnittlinie des
zylinderförmigen Volumens des Auswerfers 7' mit der
Ausnehmung 12 in der Oberfläche einen scharfen,
kreisförmigen Grat 13 bildet, der in einer Ebene senkrecht
zur X-X-Achse der Abdruckform 4' liegt, in der der
Auswerfer 7' verstellbar geführt ist, entsprechend der
Fig. 6.
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Der Auswerfer 7' ist verstellbar in der Abdruckform 4'
geführt, ist aber so eingerichtet, daß er an beliebigen
Positionen in der Abdruckform 4' mit bekannten, nicht die
Erfindung betreffenden Mitteln feststellbar ist.
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Dank dieser Bauweise genügt es, die axiale Position des
Auswerfers 7' in seiner Bohrung einzustellen, um am
Endstück des Auswerfers zur Anlage gebrachte Nietrohlinge
schmieden zu können, wodurch die Nieten unter Verwendung
nur ein und desselben Werkzeugs irgend eine gewünschte
Länge L erhalten können. Es versteht sich, daß damit nicht
nur ein einziges Werkzeug ausreicht, um ein ganzes
Sortiment von bisher verwendeten Werkzeugen zu ersetzen,
sondern daß es außerdem möglich ist, Nieten mit allen
gewünschten, unterschiedlichen Schaftlängen herzustellen.
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In der Praxis ist es ratsam, den Auswerfer 7' über eine
minimale Sicherheitslänge G zu umfassen und zu führen. Es
hat sich gezeigt, daß diese Länge G ungefähr das 3,5fache
des Durchmessers der Abdruckform 4' betragen sollte (Fig.
6).
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Bei der Gesenkverformung befindet sich das Material am
kegelstumpfförmigen Ende 3' des Niets unter Einwirkung des
Stempels 6' eingeschlossen und zusammengedrückt in der
Aushöhlung 12 des Auswerfers 7', der an einer Stelle in
der Abdruckform 4 einen Anschlag bildet, die in
Abhängigkeit von der gewünschten Länge des Niets gewählt
wurde.
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Unter dem vom Stempel 6' ausgeübten Druck ist das Material
Kräften f ausgesetzt, die es veranlassen, auf die
Seitenwände der Abdruckform 4' ebenso wie auf die
Seitenwände der Aushöhlung 12 des Auswerfers 7' mit den
Kräften f einzuwirken.
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Auf diese Weise ist die Geometrie der mit der Ausnehmung
versehenen Oberfläche des Auswerfers unter der vom anderen
Ende des Rohlings her eingeleiteten Druckbeanspruchung bei
der Gesenkverformung veränderbar.
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Dieses erreicht man dank der Form des Endstücks des
Auswerfers, die die Aushöhlung 12 begrenzt und ein
Rotationskörper von "gleicher Biegefestigkeit" ist. Unter
zunehmendem Druck der Gesenkverformung entsteht durch eine
harmonische Biegung des Körpers eine Selbstabdichtung
gegen die Seitenwand der Abdruckform 4', zuerst durch
seinen kreisförmigen Grat 13 und danach durch die
fortschreitende Biegung der Abschnitte s1, s2, s3 ... sn
des Rotationskörpers, die sich unmittelbar unterhalb des
Grates 13 (Fig. 8) befinden und einen Abdichtungs-"Zipfel"
zwischen dem Ende 3' und der Seitenwand der Abdruckform
bilden, wobei sich die Abdichtungswirkung mit dem Druck
vergrößert; diese Biegung wird ermöglicht durch das
übliche Spiel des Auswerfers in der Abdruckform 4'.
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Beim Auswurf des Niets unter dem Druck des Auswerfers 7'
ist dieser "Selbstabdichtungseffekt" noch wirksam, und die
Gesamtheit der Fläche der Aushöhlung 12 drückt auf die
entsprechende Fläche des Endes 3' des Niets, dessen
Material nicht um den Auswerfer 7' herumfließen kann.
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Die Oberfläche des Endes 3', die dem gesamten Druck
ausgesetzt ist, zeigt folglich weder eine lokale teilweise
Verformung, die dort die innere Struktur zu stören in der
Lage wäre, noch ein störendes Relief wie bei der
herkömmlichen Herstellungsweise.
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Die drehsymmetrische Ausnehmung 12 besitzt eine
kegelstumpfförmige Oberfläche mit einer gerade oder konkav
geformten Mantellinie und ist am Boden flach, gebogen oder
kornplex ausgebildet.
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Die mit Hilfe des Verfahrens und der Werkzeugausrüstung
gemäß der Erfindung erhaltenen Nieten besitzen eine
gleichbleibende Gestalt und Oberflächenbeschaffenheit und
sind ohne die Mängel der Nieten der alten
Herstellungsweise.