DE69729298T2 - Selbstbohrende niete - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/08Hollow rivets; Multi-part rivets
    • F16B19/086Self-piercing rivets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/02Riveting procedures
    • B21J15/025Setting self-piercing rivets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
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    • B21J15/30Particular elements, e.g. supports; Suspension equipment specially adapted for portable riveters
    • B21J15/32Devices for inserting or holding rivets in position with or without feeding arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/04Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of riveting

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das selbstlochende Nieten. Sie ist speziell, aber nicht ausschließlich, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung für das Verbinden von Werkstücken bei Verwendung von Nieten anwendbar, die einen verringerten Festigkeitsunterschied zwischen dem Niet und den zu verbindenden Materialien aufweisen, und sie ist speziell bei der Verwendung von Nieten aus der gleichen Zusammensetzung wie die Werkstücke anwendbar.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Das Selbstlochen ist ein Verfahren des Nietens, bei dem keine Öffnung in einem der miteinander zu vernietenden Werkstücke vorher geformt wird, wobei der Niet selbst zumindestens das nächstgelegene Werkstückteil durchdringt. Im allgemeinen ist es so angeordnet, daß der Niet nicht das entfernteste Werkstück durchdringt, so daß die resultierende genietete Verbindung an sich gegen den Durchgang von Gas oder Flüssigkeiten abgedichtet wird.
  • Das selbstlochende Nieten wurde als eine Alternative zum Punkschweißen entwickelt, und bietet als solches bestimmte Vorteile. Eine Anzahl von derartigen selbstlochenden Nietsystemen steht kommerziell unter den Markennamen FASTRIV und HENROB zur Verfügung. Derartige Systeme werden in der Patentliteratur beschrieben, beispielsweise im WO 93/10925 (HENROB), WO 94/14554 (HENROB) und US 4615475 (NEITEK). Das ist der dem Anmelder bekannte vertrauteste Stand der Technik, und der Leser wird auf diese Dokumente betreffs einer allgemeinen Beschreibung dieses Verfahrens und seiner Vorteile gegenüber dem Punktschweißen hingewiesen.
  • Diese Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik haben bestimmte gemeinsame charakteristische Merkmale. Erstens nutzen sie einen Niet, der einen vorgeformten Kopf aufweist, und dieser Kopf muß innerhalb des Gesenks der Einbringungsvorrichtung aufgenommen werden.
  • Zweitens liefern die vorhandenen Verfahren nicht übereinstimmend zuverlässige Ergebnisse, wenn nicht die Nieten im wesentlichen fester sind als das zu verbindende Teil. Es ist wichtig, da dieses Verfahren oftmals bei relativ harten Werkstücken aus Aluminiumlegierung zur Anwendung gebracht wird, daß eine Forderung besteht, Nieten zu verwenden, die ebenfalls aus Aluminiumlegierung bestehen. Das würde jegliche Tendenz zur chemischen oder galvanischen Korrosion oder dergleichen vermeiden und würde die Rückgewinnung des Aluminiumlegierungsmaterials für die Wiederverwendung vereinfachen. Diese Forderung kann jedoch gegenwärtig nicht erfüllt werden, da es keine ausreichend festere Aluminiumlegierung gibt, die für den Niet verfügbar ist.
  • Das GB-A-1378504 offenbart eine Nietvorrichtung, in der der Niet vollständig durch das Werkstück hindurchgeht, wobei ein vergrößerter Kopf außerhalb einer jeden Fläche des Werkstückes gebildet wird, wobei die Seiten des Niets radial eingezwängt werden, wo der Niet in das Werkstück eindringt.
  • Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen oder mehrere der vorangehend umrissenen Nachteile zu überwinden oder zu mildern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in ihrem breitesten Sinn ein Verfahren zum selbstlochenden Nieten bereitgestellt, das das Einsetzen eines selbstlochenden Niets in ein Werkstück aufweist, das aus mindestens zwei Schichten eines überlappenden Materials besteht, so daß das Ende des Niets während des Nietvorganges verformt wird und in dem am weitesten vom Aufschlagpunkt des Niets entfernten Material ummantelt bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß während wenigstens des Teils des Nietvorganges, in dem der Niet anfangs in das Werkstück eindringt, die Seiten des Niets gegen eine Verformung radial nach außen in dem Bereich eingezwängt werden, wo der Niet in das Werkstück eindringt.
  • Indem der äußere Schaft des Niets gestützt wird, während er in das Werkstück eindringt, muß das Nietmaterial nicht länger im wesentlichen fester sein als das Werkstück. Erstmals steht ein zuverlässiges Verfahren für das Verwenden von Nieten aus Aluminiumlegierung für das Verbinden von relativ harten Werkstücken aus Aluminiumlegierung zur Verfügung.
  • Vorzugsweise erstreckt sich die Einzwängung gegen eine Verformung radial nach außen von dem Werkstück weg über im wesentlichen die gesamte Länge des Niets.
  • Indem ein kopfloser Niet ausgewählt wird, kann der gesamte Schaft des Niets gestützt werden, wodurch jegliche Tendenz vermieden wird, daß sich der Niet nach außen verformt, bevor er in das Werkstück eindringt.
  • Vorzugsweise wird die Einzwängung aufgehoben, nachdem der Niet zumindestens teilweise in das Werkstück eingedrungen ist, wodurch eine Verformung radial nach außen bei einem Abschnitt des Niets gestattet wird, um einen Nietkopf zu formen.
  • Auf diese Weise wird ein Kopf automatisch geformt, während der Niet eingetrieben wird.
  • Vorzugsweise wird der vorangehend erwähnte Nietkopf so geformt, daß er nicht im wesentlichen über die Oberfläche des Werkstückes vorsteht.
  • Bei einer weiteren Ausführung wird die Einzwängung gegen eine Verformung radial nach außen an Ort und Stelle beibehalten, bis sich der Niet vollständig innerhalb des Werkstückes befindet, so daß die Verformung des Niets, die bei einem derartigen Nietvorgang unvermeidlich erfolgt, zu einer Verformung eines Abschnittes des Niets radial nach außen führt, um innerhalb der zuerst durch den Niet durchdrungenen Materialschicht einen Kopf zu formen.
  • Weil es jetzt möglich ist, den Niet vor einem Verformen einzuzwängen, bis er in das Werkstück eingedrungen ist, ist es möglich, einen vergrößerten Kopf innerhalb des Werkstückes eher als in einem Senkbereich auf seiner äußeren Fläche zu formen.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführung weist der Niet einen zylindrischen Materialrohling auf, wobei die Seiten des Zylinders längs im wesentlichen der gesamten Länge des Niets parallel sind.
  • Die Nieten können daher geformt werden, indem einfach Stücke vom Ende einer Drahtlänge abgeschnitten werden, was zu bedeutenden Kosteneinsparungen führt.
  • Bei einer alternativen Ausführung weist der Niet einen Halbhohlrohling auf, der eine Bohrung mit einem verjüngten äußeren Ende an dem zum Durchdringen des Werkstückes vorgesehenen Ende des Niets einschließt.
  • Vorzugsweise weist der Niet einen Halbhohlrohling auf, der an beiden Enden eine Bohrung mit einem verjüngten äußeren Ende einschließt, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, den Niet vor dem Verformen mit Bezugnahme auf das Werkstück auszurichten.
  • Ein verjüngtes Ende liefert einen Lochungsbereich, um das Durchdringen des Werkstückes zu erleichtern. Indem der Niet symmetrisch ausgeführt wird, eliminiert das die Notwendigkeit des Ausrichtens des Niets während des Vorlegens am Nietkopf.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Formens der Nieten unmittelbar vor der Verwendung durch wiederholtes Abschneiden des Endes einer Drahtlänge auf.
  • Durch Formen der Nieten wie es gefordert wird, als Teil eines einzelnen Nietarbeitsganges, können beträchtliche Einsparungen hinsichtlich Kosten, Zeit und Funktionseinfachheit erhalten werden.
  • Vorzugsweise liefert die Einzwängung sowohl eine Kraft, die einer Verformung des Niets radial nach außen widersteht, als auch eine Kraft, um das Werkstück an seinem Platz festzuklemmen.
  • Wo eine Amboß- und Gesenkanordnung verwendet wird, kann diese ebenfalls die Teile des Werkstückes zusammen festklemmen.
  • Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in ihrem breitesten Sinn außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen des vorangehend angeführten selbstlochenden Verfahrens bereitgestellt, die Folgendes umfaßt:
    • (i) einen Amboß mit einer im allgemeinen ringförmigen Hohlraumöffnung zum Werkstück hin und bei Anwendung so angeordnet, daß der Niet während des Nietvorganges verformt wird, so daß der Niet in dem am weitesten vom Aufschlagpunkt des Niets entfernten Material ummantelt bleibt;
    • (ii) ein Gesenk, das einen Kanal einschließt, so ausgeführt, daß er einen Niet zum Werkstück befördert;
    • (iii) einen Stempel, so ausgeführt, daß er den Niet in das Werkstück treibt;
    • (iv) Einzwängungsmittel, die so ausgeführt sind, daß sie bei Anwendung eine Verformung des Niets nach außen verhindern, wenn der Niet in das Werkstück eindringt, und die bewegliche Köpfe (30, 31) aufweisen, die so ausgeführt sind, daß sie den Schaft des Niets umschließen, wenn er in das Werkstück eindringt, wobei die Köpfe zwischen dem Gesenk (33) und dem Werkstück angeordnet werden und von dem Schaft weg bewegt werden können.
  • Bei einer speziell bevorzugten Ausführung bewirken die Seiten des Kanals im Gesenk die gewünschte Einzwängung gegen eine Verformung radial nach außen.
  • Indem das Gesenk so angepaßt wird, daß es die erforderliche Auflage für den Niet bereitstellt, während er in das Werkstück eindringt, kann daher die vorhandene Vorrichtung abgewandelt werden, um das neue Verfahren durchzuführen.
  • Wo es erforderlich ist, Kopfnieten zu verwenden, verhindert das die Verwendung eines Gesenks mit geraden Seiten. Da jedoch eine Einzwängung hauptsächlich erforderlich ist, wo der Niet in das Werkstück gelangt, kann das durch einen oder mehrere Köpfe bewirkt werden, die sich nach oben und weg vom Niet bewegen, wie es erforderlich ist.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Abschneidemechanismus auf, der so ausgeführt ist, daß Nietrohlinge durch wiederholtes Abschneiden des Endes eines Drahtstückes geformt werden.
  • Vorzugsweise sind der Amboß und das Gesenk in Kombination so angepaßt, daß die Werkstücke während des Nietvorganges festgeklemmt werden.
  • Vorzugsweise wird das obere Stück (die oberen Stücke) der zu verbindenden Werkstücke durch einen selbstlochenden Niet, wie er hierin beansprucht wird, gelocht, und das tiefste oder untere am meisten gebrauchte Werkstück nimmt den Lochungsbereich des Niets auf, und dabei wird der Lochungsbereich radial nach außen aufgeweitet.
  • Vorzugsweise wird das obere Teil (die oberen Teile) durch einen selbstlochenden Niet gelocht, wobei der Niet einen Lochungsbereich am Ende des Nietschaftes aufweist, und das untere Teil nimmt den Lochungsbereich in einer verbreiterten Form auf, wobei der Lochungsbereich innerhalb des unteren Teils radial aufgeweitet wird, um eine Nietverbindung zu bilden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung werden jetzt speziell nur als Beispiel und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
  • 1 bis 5 Schnittseitenansichten, die zeichnerisch die fortlaufenden Schritte bei einem Verfahren zum selbstlochenden Nieten entsprechend einer ersten Ausführung der Erfindung veranschaulichen;
  • 6 bis 9 Schnittseitenansichten der fortlaufenden Schritte bei einem Verfahren zum selbstlochenden Nieten entsprechend einer zweiten Ausführung der Erfindung;
  • 10 und 11 Schnittseitenansichten, die den zusätzlichen Schritt des Formens eines Niets durch Abschneiden eines Drahtes und Einführen des so geformten Niets in das Gesenk zeigen;
  • 12 und 13 Schnittdarstellungen, die die anfänglichen fortlaufenden Schritte eines Verfahrens zum selbstlochenden Nieten bei Verwendung eines Kopfniets veranschaulichen;
  • 14 bis 16 Seitenschnittdarstellungen durch drei Arten von selbstlochenden Nieten, die bei der vorliegenden Erfindung anwendbar sind;
  • 17 bis 20 Schnittseitenansichten der fortlaufenden Schritte bei einem Verfahren zum selbstlochenden Nieten entsprechend einer vierten Ausführung der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
  • Die vorliegenden Ausführungen verkörpern gegenwärtig die besten Möglichkeiten zur Umsetzung der Erfindung in die Praxis, die dem Anmelder bekannt sind. Aber es sind nicht die einzigen Möglichkeiten, mittels denen das erreicht werden könnte. Sie werden veranschaulicht, und sie werden jetzt nur als Beispiel beschrieben.
  • 1 bis 5 veranschaulichen die fortlaufenden Schritte bei der Durchführung einer ersten Ausführung eines Verfahrens zum selbstlochenden Nieten. Die Platten oder Teile 10, 11, die miteinander verbunden werden sollen, werden zwischen einem Amboß 12 und einem Gesenk 13 gehalten. Das Gesenk enthält einen Kanal 14 mit geraden Seiten, der ein fester Gleitsitz für einen Niet 15 und einen Stempel 16 ist.
  • Das Gesenk und der Amboß klemmen die zwei Platten zusammen, um ein Werkstück zu formen. Die Klemmkraft kann auf den Aufwärtsdruck vom Amboß oder, wie in 2 gezeigt wird, auf den Abwärtsdruck P durch das Gesenk 13 zurückgeführt werden.
  • In diesem Zusammenhang besteht ein Werkstück aus irgendeiner Anzahl von Teilen, die miteinander vernietet werden sollen.
  • Der Amboß enthält einen ringförmigen Hohlraum, der einen unveränderlichen Grad an Verformung des Werkstückes gestattet und ebenfalls bewirkt, daß sich der Niet nach außen aufweitet, wie nachfolgend beschrieben wird.
  • Jetzt detailliert mit Bezugnahme auf die in 1 bis 5 gezeigte Folge wird in 2 eine nach unten gerichtete Druckkraft P auf die Schichten durch das Gesenk angewandt. Die Kraft F wird danach auf den Stempfel angewandt, wodurch bewirkt wird, daß sich der Niet in die Schichten locht und das Ende des Niets sich nach außen durch einen Rückdruck am Amboß aufweitet. In diesem Stadium verbleibt ein ausreichender Abschnitt des Niets, der über der oberen Schicht vorsteht, um den eventuellen Nietkopf zu formen.
  • In 3 wird das Gesenk zurückgezogen, bis der Boden des Gesenks zum Ende des Stempels eben ist. Das läßt die verbleibenden Seiten des Niets über dem Werkstück ungestützt und nicht eingezwängt vorstehen. Der Stempel und das Gesenk bewegen sich dann in Übereinstimmung nach unten, wie in 4 gezeigt wird, und stauchen das vorstehende Ende des Niets, um einen Kopf zu formen. Der Kopf kann mit dem Werkstück bündig sein, wie gezeigt wird, oder er kann in Abhängigkeit von den Konstruktionsforderungen vorstehen.
  • Bestimmte Aspekte und Vorteile der Erfindung werden unmittelbar sichtbar. Erstens bestehen die Nieten aus Materialrohlingen mit geraden Seiten. Es besteht keine Notwendigkeit, einen Nietkopf vorzuformen. In ihrer einfachsten Form können die Nieten einfach durch wiederholtes Abschneiden des Endes einer Drahtlänge geformt werden (siehe nachfolgenden Hinweis auf 10 und 11). Zweitens entsprechen die Innenabmessungen des Kanals 14 im Gesenk im wesentlichen genau den Außenabmessungen des Niets. Da das Gesenk aus Material von großer Festigkeit hergestellt wird, liefert es eine Einzwängung gegen die unvermeidliche Tendenz zur Verformung des Niets radial nach außen, wenn eine Kraft F angewandt wird. Es wirkt daher, um den Niet zu verfestien, und die resultierende Wirkung ist, als ob ein Niet aus einem viel festeren Material verwendet würde. Es ist daher möglich, die Teile miteinander bei Verwendung von Nieten zu verbinden, die aus dem gleichen Grundmaterial (z. B. Aluminiumlegierung) wie die Teile bestehen, aber einen verringerten Festigkeitsunterschied gegenüber dem Material der Teile aufweisen.
  • Dieses Verfahren funktioniert gut, indem das Gesenk mit dem Werkstück mindestens während des Teils des Nietvorganges in Kontakt gehalten wird, bei dem der Niet einzudringen und das Werkstück zu durchdringen beginnt. Sobald beide Werkstücke durchdrungen sind, kann dann die Einzwängung aufgehoben werden, damit ein Kopf geformt werden kann. Die einfachste Möglichkeit, diese Einzwängung aufzuheben, ist das Anheben von mindestens einem Abschnitt des Gesenks weg vom Werkstück. Es wird erkannt werden, daß das Gesenk in einer zweiteiligen Form mit einem äußeren Klemmteil, das immer mit dem Werkstück (nicht gezeigt) in Kontakt bleibt, und einem inneren Teil vorliegen könnte, das sich bewegt, wie es in diesen Fig. veranschaulicht wird.
  • Bei Anwendung der Anordnung, die im vorangegangenen Beispiel beschrieben wird, kann ein Werkstück- oder ein Teilmaterial aus einer Aluminiumlegierung Güteklasse 5251 im H3-Zustand mit einer Härte von Hv 85 zufriedenstellend mit einem selbstlochenden Niet genietet werden, der aus einer Aluminiumlegierung Güteklasse 7050 mit einer Härte von Hv 150 hergestellt wird.
  • Eine weitere Ausführung dieses Verfahrens wird in 6 bis einschließlich 9 veranschaulicht. 6 und 7 entsprechen den in 1 und 2 gezeigten Schritten. In 8 wird das Gesenk jedoch nicht aus dem Werkstück zurückgezogen, sondern statt dessen wird ein fortgesetzter Druck durch den Stempel 16 angewandt. Eine fortgesetzte Vorwärtsbewegung des Stempels bewirkt eine Ausdehnung des Niets, die ausreichend ist, damit er sicher innerhalb der oberen Platte in Eingriff gebracht werden kann. Wo der Niet eine vergleichbare Festigkeit relativ zum Werkstück aufweist, wurde entdeckt, daß die unvermeidliche Verformung innerhalb des Werkstückes erfolgt, um eher einen eingebetteten Kopf als einen Senkkopf zu formen.
  • Bei vielen Anwendungen kann eine ausreichend sichere Verbindung hergestellt werden, ohne daß der Niet einen vollständig geformten Kopf aufweisen muß. Das ist besonders anwendbar, wo Klebstoffe das hauptsächliche Verbindungsverfahren sind, und wo eine mechanische Befestigung erforderlich ist, um die Teile miteinander zu sichern, bis der Klebstoff ausgehärtet ist.
  • Wo ein einfacher zylindrischer Niet verwendet wird, kann der Niet im Nietkopf durch Zuführen von Draht in den Kopf und Abschneiden des Niets durch einen Abschneidevorgang und Übertragen des Niets in das Gesenk hergestellt werden. Das wird in 10 und 11 veranschaulicht.
  • Ein Schneidblock 20 ist angrenzend am Nietgesenk 23 vorhanden, das eine Öffnung 21 enthält, die mit einer entsprechenden Öffnung 27 im Gesenk ausgerichtet ist, wodurch der Niet 25 direkt in den Kanal 24 geführt werden kann, während er geformt wird. Der Draht 22 wird durch den Schneidblock zugeführt, bis er einen Drahtanschlag 28 erreicht. Die Position des Drahtanschlags im Schneidblock ist so regulierbar, daß die Länge des Niets reguliert werden kann, um sich an eine Vielzahl von Werkstücken anzupassen. Dieses Abschneideverfahren ist per se bekannt, aber die fortlaufende Bildung von Nieten für das direkte Zuführen in ein benachbartes Gesenk wurde früher bei diesem Verfahren nicht zur Anwendung gebracht. Wohingegen Nieten bei diesem Typ von Vorrichtung und Verfahren im allgemeinen mittels Magazin oder Band zugeführt werden, vermeidet diese Ausführung die gesamte Komplexität dieser früheren Anordnungen.
  • Eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in 12 und 13 veranschaulicht. Es gibt Gelegenheiten, bei denen es bevorzugt wird, einen Niet mit einem vorgeformten Kopf zu verwenden. Es wurde ermittelt, daß es möglich ist, derartige Niete bei diesem Verfahren zu verwenden, vorausgesetzt, daß der Schaft des Niets eingezwängt wird, während er in das Werkstück eindringt. Das kann bei Anwendung des in 12 und 13 veranschaulichten Verfahrens zustande gebracht werden. Bewegliche Köpfe 30, 31 werden zwischen dem Gesenk 33 und dem Werkstück angeordnet. Die Köpfe sind so geformt, daß sie dem Umfang des Niets als ein fester Gleitsitz entsprechen. Der Niet 35 wird danach in das Werkstück getrieben, bis der Kopf des Niets den beweglichen Köpfen 30, 31 begegnet. Die Köpfe werden danach zurückgezogen, und es wird eine Kraft F' auf den Stempel 36 angewandt, um den Nietkopf in das Werkstück zu treiben.
  • Bei diesem Beispiel bewegen sich die Köpfe seitlich in der Ebene des Werkstückes. Das ist jedoch nur eine Option, und die Köpfe könnten sich gleichermaßen gut in einer winkeligen Weise bewegen. Das bedeutende charakteristische Merkmal ist, daß das Ende des Gesenks in Form der Breite des Niets regulierbar ist, um sowohl die erforderliche Einzwängung als auch den Durchgang für den Kopf des Niets zu bewirken. Die Kraft F' kann gleich der Kraft F sein oder nicht.
  • 17 bis 20 veranschaulichen eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführung enthält der Schaft des Niets eine Umfangsnut 48 in der Nähe des hinteren Endes des Niets. Die Nut ist vorzugsweise so positioniert, daß sie sich mit der Materialschicht ausrichtet, die dem Gesenk am Ende des Nietvorganges am nächsten ist. Während der Niet in die Werkstücke gezwungen wird, wird dann Material 49 aus dem Werkstück 40 in die Nut 48 extrudiert, wobei der Niet fest an Ort und Stelle gehalten wird und daher eine festere Verbindung zwischen den zwei Werkstücken bildet.
  • In 17 bis 20 wird die Nut 48 als Umfangskanal gezeigt. Das ist jedoch nur eine mögliche Anordnung. Beispielsweise könnte die sogenannte Nut aus einer oder mehreren Einkerbungen um den Umfang des Niets bestehen, wobei jede Einkerbung extrudiertes Material 49 aufnehmen kann. Es folgt, daß der Begriff „Nut" in diesem Zusammenhang eine breite Bedeutung aufweist und eine Vertiefung jeglicher Form oder Konfiguration umfaßt, die das gewünschte Ergebnis des Aufnehmens eines extrudierten oder abgesonderten Teils des Werkstückes 40 erreichen kann.
  • Bei dieser Ausführung wird bemerkt, daß es nicht erforderlich oder wünschenswert ist, das Gesenk vom Werkstück 40 während des Nietvorganges bei einem Schritt des Formens des Kopfes zurückzuziehen. Das heißt, der in 3 gezeigte Schritt wird weggelassen. Das fördert das Fließen von Material aus der Schicht 40 in die Nut 48.
  • Die bisher beschriebenen Beispiele nutzten zylindrische Rohlinge als Nieten, wie in 16 gezeigt wird. Der Rohling muß jedoch nicht kreisförmig zylindrisch sein, sondern er könnte jeden geeigneten Querschnitt aufweisen, einschließlich quadratisch, rechteckig oder vieleckig. Außerdem kann das Ende des Niets, das das Werkstück locht, eine Halbhohlform aufweisen, wie in 15 gezeigt wird. Das heißt, das Ende des Niets kann eine Bohrung mit einem verjüngten Ende einschließen, um das Lochen des Werkstückes und die endgültige Verformung des Niets auf dem Amboß zu unterstützen. Halbhohlnieten bewirken eine leichtere Durchdringung der Schichten, ein verbessertes Aufweiten und eine verringerte Verzerrung der Verbindung, weil eine geringere Materialverschiebung auftritt.
  • Bei einer weiteren verbesserten Abwandlung können beide Enden der Nieten eine Bohrung enthalten, wie in 14 gezeigt wird. Symmetrische Halbhohlnieten eliminieren die Notwendigkeit des Ausrichtens des Niets während der Vorlage am Nietkopf.
  • Diese Verfahren und Vorrichtung sind gleichermaßen bei der Anbringung von Hohlrohlingen oder -nieten (nicht veranschaulicht) anwendbar. In diesem Fall wird ein weiterer Stempel, der für einen festen Gleitsitz innerhalb der Bohrung des Niets konstruiert ist, erforderlich sein, um den Niet gegen ein inneres Zusammenklappen zu stützen. Die Bohrung des Niets kann mit Gewinde versehen sein, um ein Befestigungselement oder einen Stopfen aufzunehmen, um beispielsweise einen elektrischen Kabelbaum oder einen Kunststoffeinsatz aufzunehmen, um eine bündige Abdeckung über der Verbindung zu bilden.
  • Diese Verfahren sind bei einer breiten Vielzahl von Materialien anwendbar und ermöglichen, daß die Nieten aus Materialien konstruiert werden können, die anderenfalls als zu schwach betrachtet werden, um nützlich zu sein. Daher können ebensogut Metalle, Kunststoffmaterialien und Verbundstoffe verwendet werden, wie sie von den Materialspezialisten ausgewählt werden.
  • Der Bereich dieser Erfindung soll die Vorrichtung einschließen, die für die Durchführung dieser Verfahren erforderlich ist. Der von dieser Patentbeschreibung angesprochene Fachmann wird auf Patentbeschreibungen nach dem bisherigen Stand der Technik betreffs allgemeiner Details über selbstlochende Nietverfahren hingewiesen. Es wird erkannt, daß Veränderungen und Abwandlungen bei den beschriebenen und veranschaulichten Ausführungen vorgenommen werden können, ohne daß man vom Bereich der vorliegenden Erfindung abweicht, wie er in den folgenden Patentansprüchen definiert wird.

Claims (16)

  1. Verfahren zum selbstlochenden Nieten, das umfaßt, einen selbstlochenden Niet (15, 25, 35, 45) derart in ein Werkstück einzusetzen, das aus wenigstens zwei Schichten (10, 11, 40, 41) überlappenden Materials besteht, daß das Ende des Niets während des Nietvorgangs verformt wird und in dem am weitesten von dem Aufschlagpunkt des Niets entfernten Material ummantelt bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten des Niets in dem Bereich, in dem der Niet in das Werkstück eindringt, wenigstens während des Teils des Nietvorgangs, in dem der Niet zu Anfang in das Werkstück eindringt, gegen eine Verformung in Radialrichtung nach außen eingezwängt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Einzwängung gegen eine Verformung in Radialrichtung nach außen von dem Werkstück weg über wesentlich die gesamte Länge des Niets erstreckt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Einzwängung entfernt wird, nachdem der Niet wenigstens teilweise in das Werkstück eingedrungen ist, wodurch eine Verformung eines Abschnitts des Niets in Radialrichtung nach außen ermöglicht wird, um einen Nietkopf zu formen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Nietkopf so geformt wird, daß er nicht wesentlich über die Oberfläche des Werkstücks vorsteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Einzwängung gegen eine Verformung in Radialrichtung nach außen an ihrem Platz beibehalten wird, bis sich der Niet vollständig innerhalb des Werkstücks befindet, so daß die Verformung des Niets, die bei einem solchen Nietvorgang unvermeidlich erfolgt, zu einer Verformung eines Abschnitts des Niets in Radialrichtung nach außen führt, um innerhalb der zuerst durch den Niet durchdrungenen Materialschicht einen Kopf zu formen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Niet einen zylindrischen Materialrohling umfaßt, wobei die Seiten des Zylinders längs wesentlich der gesamten Länge des Niets parallel sind.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Niet einen Halbhohlrohling umfaßt, der an dem zum Durchdringen des Werkstücks vorgesehenen Ende des Niets eine Bohrung mit einem verjüngten äußeren Ende einschließt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Niet einen Halbhohlrohling umfaßt, der an beiden Enden eine Bohrung mit einem verjüngten äußeren Ende einschließt und folglich die Notwendigkeit beseitigt, den Niet vor dem Verformen im Verhältnis zu dem Werkstück auszurichten.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Verfahren den zusätzlichen Schritt umfaßt, Nieten unmittelbar vor der Verwendung durch wiederholtes Abschneiden des Endes einer Drahtlänge herzustellen.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzwängung sowohl eine Kraft bereitstellt, die einer Verformung des Niets in Radialrichtung nach außen widersteht, als auch eine Kraft P ausübt, um das Werkstück an seinem Platz festzuklemmen.
  11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 10, die folgendes umfaßt: (i) einen Amboß (12, 32, 42) mit einer allgemein ringförmigen Hohlraumöffnung zu dem Werkstück hin und bei Anwendung angeordnet, um den Niet während des Nietvorgangs zu verformen, so daß der Niet in dem am weitesten von dem Aufschlagpunkt des Niets entfernten Material ummantelt bleibt, (ii) ein Gesenk (13, 23, 33, 43), das einen Kanal (14, 24, 44) einschließt, dafür geeignet, einen Niet (15, 25, 35, 45) zu dem Werkstück zu befördern, (iii) einen Stempel (16, 26, 36, 46), dafür geeignet, den Niet in das Werkstück zu treiben, (iv) Einzwängungsmittel, die dafür geeignet sind, bei Anwendung eine Verformung des Niets in Radialrichtung nach außen zu verhindern, wenn der Niet in das Werkstück eindringt, und bewegliche Köpfe (30, 31) umfassen, dafür geeignet, den Schaft des Niets zu umschließen, wenn er in das Werkstück eindringt, wobei die Köpfe zwischen dem Gesenk (33) und dem Werkstück angeordnet werden und von dem Schaft weg bewegt werden können.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Seiten des Kanals in dem Gesenk die gewünschte Einzwängung gegen eine Verformung in Radialrichtung nach außen bereitstellen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, die außerdem umfaßt: (v) einen Abschneidmechanismus, dafür geeignet, durch wiederholtes Abschneiden des Endes eines Drahtstücks (22) Nietrohlinge (25) herzustellen.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis einschließlich 13, bei welcher der Amboß (12, 42) und das Gesenk (13, 23, 43) in Verbindung dafür geeignet sind, die Werkstücke während des Nietvorgangs festzuklemmen.
  15. Nietverbindung zwischen wenigstens zwei Werkstücken, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 1 bis einschließlich 10.
  16. Nietverbindung nach Anspruch 15, bei der das obere Werkstück (10, 20, 40) durch den selbstlochenden Niet gelocht wird und das tiefste oder untere am meist gebrauchtes Werkstück (11, 41) das Ende des Niets aufnimmt, und bei der das Ende des Niets in Radialrichtung nach außen aufgeweitet wird.
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