Blindniet und Nietverbindung

Die Erfindung betrifft einen Bündniet und eine Nietverbindung unter Verwen- dung des Blindniets.

Blindniete, die auch Zugdornniete genannt werden, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ein Blindniet besteht üblicherweise aus einer hohlen Niethülse mit einem Nietkopf und einem gegenüberliegenden Ende sowie einem durch die Niethülse geführten Nietdorn mit einem Dornschaft und einem Dornkopf.

Blindniete werden vorzugsweise verwendet, wenn nur eine einseitige Bau- teilzugänglichkeit gegeben ist. Beim Nietvorgang wird der Blindniet mit dem Nietkopf auf die zu fügenden Bauteile aufgesetzt, wobei die Niethülse und der Nietdorn durch die Bauteile hindurch reichen. Mittels eines Nietwerk- zeugs wird der Nietkopf, auch als Setzkopf bezeichnet, auf die Bauteile ge- presst und der am Nietkopf herausragende Nietdorn wird mit dem Nietwerk- zeug zurück- bzw. herausgezogen. Der Dornkopf des Nietdorns bewirkt hier- bei eine Verformungskraft auf die Niethülse, wodurch sich die Niethülse staucht und unter Ausbildung eines Schließkopfes verformt, der sich an der dem Nietkopf gegenüberliegenden Bauteilseite abstützt. Ein solcher Blindniet wird oftmals als Dornbruchblindniet ausgeführt, wobei der Nietdorn mit einer Sollbruchstelle versehen ist, die während des Nietvorgangs bricht.

Ein Dornbruchblindniet ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 00/68583 bekannt. Zur Realisierung unterschiedlicher Klemmbereiche ist der Dorn- schaft dieses Blindniets unverformbar ausgebildet und der Hülsenschaft weist einen sich in Längsrichtung der Hülse erstreckenden Verformungsbe- reich auf, der derart ausgebildet ist, dass an unterschiedlichen Längenpositt- onen des Verformungsbereichs ein Schließkopf durch Hülsenfaltung ausbild- bar ist.

Weiterhin ist es bekannt, den Schließkopf durch eine Aufweitung oder Auf- spreizung des Endes der Niethülse auszubilden. Beispielsweise zeigt die Druckschritt DE 10 2013 020 801 AI bei der eine Nietverbindung zweier Bauteile dadurch ausgebildet wird, dass durch eine Relativbewegung des Zugschafts zu einer Fließformniethülse diese in einem ersten Randbereich aufgeweitet und mit dem einen Bauteil in Anlage gebracht wird. Ein zweiter Randbereich wird mittels eines den Zugschaft umgebenden Umformwerk- zeugs zum anderen Bauteil hin umgebogen und mit dem anderen Bauteil in Anlage gebracht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen alternativen Blindniet anzugeben, mit dem eine hochfeste Bauteilverbindung erzielbar ist sowie eine entsprechen- de hochfeste Nietverbindung.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Blindniet nach Patentanspruch 1 sowie eine Nietverbindung nach Patentanspruch 10.

Der erfindungsgemäße Blindniet umfasst eine Niethülse mit einem Nietkopf zur Anlage an einem Bauteil und einem die Niethülse durchdringenden Niet- dorn mit einem Dornschaft mit Dornkopf. Zwischen Niethülse und Dornkopf ist ein Ring auf den Dornschaft aufgesteckt, der so ausgebildet ist, dass der Ring durch eine Rückziehbewegung des Nietdoms relativ zur Niethülse aus einer ersten Position in eine zweite Position nach außen umlegbar ist, wobei eine zuvor freiliegende Außenfläche des Rings in Anlage mit dem Dornkopf gelangt und eine ringförmige, gegenüber der ersten Position vergrößerte An- lagefläche für den Hülsenschaft bereitgestellt wird, die radial über den Dorn- kopf hinausragt. Rückziehbewegung meint in diesem Zusammenhang eine Bewegung, mit der der Dornkopf auf den Nietkopf zubewegt wird. Die Anlagefläche wirkt beim weiteren Zurückziehen des Nietdorns als Niet- stempel auf das Niethülsenende ein. Bei herkömmlichen Blindnieten ist die Größe dieser Anlagefläche durch den Durchmesser des Dornkopfes be- stimmt und begrenzt. Der Dornkopfdurchmesser ist jedoch auf den Außen- durchmesser des Hülsenschaftes bzw. der in den Bauteilen vorgesehenen Vorlöcher abgestimmt und kann nicht beliebig vergrößert werden. Der Au- ßendurchmesser des Rings in der ersten Position ist ebenfalls auf den Au- ßendurchmesser des Dornkopfes abgestimmt und überragt diesen nicht oder nur geringfügig, z.B. um wenige Zehntel Millimeter. Erst durch das Umlegen des Rings nach außen in die zweite Position wird der Durchmesser des Rings erhöht, so dass dieser den Dornkopf nach außen überragt.

Durch das Umlegen des Rings wird eine Möglichkeit aufgezeigt, die Anlage- fläche zum Hülsenende deutlich zu vergrößert, wodurch das Ausbilden eines die Bauteile weit umgreifenden Schließkopfes unterstützt wird und höhere Fügekräfte ermöglicht werden. Die Ausbildung eines Schließkopfes mit an den Bauteilen anliegendem Wulst wird begünstigt, wenn die Anlagefläche im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des Nietdorns ausgebildet ist, z.B. im Bereich von 88 Grad bis 92 Grad.

Ein zuverlässiges Umlegen des Ringes wird in einer Ausgestaltung erzielt, wenn der Ring einen rauten- oder parallelogramm-förmigen Querschnitt auf- weist und in der ersten Position mit einer Unterkante dem Dornschaft zuge- wandt ist und mit einer Oberkante dem Hülsenende zugewandt ist, wobei die Oberkante gegenüber der Unterkante radial nach außen versetzt ist, d.h. ei- nen größeren Abstand zur Mittellängsachse des Nietdorns aufweist als die Unterkante. Die beim Zurückziehen des Doms auf den Ring wirkenden Kräfte üben aufgrund des versetzten Anordnung der Kanten ein Kippmoment auf den Ring aus, wodurch dieser umgelegt bzw. umgeklappt wird, bis die an die Unterkante angrenzende Außenfläche des Rings in Anlage mit dem Dornkopf gelangt. Die Form des Ringquerschnitts bleibt durch den Umklappvorgang im Wesentlichen unverändert rauten- oder parallelogramm-förmig erhalten.

Durch eine Variation des Innenwinkels an der Unterkante des Rings kann bei rauten-förmigem bzw. parallelogramm-förmigem Querschnitt auf einfache Art und Weise variiert werden, wie weit der umgeklappte Ring über den Dorn- kopf nach außen übersteht. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Innenwinkel in einem Bereich von 30 bis 60 Grad und insbesondere in einem Bereich von 40 bis 50 Grad ausgebildet ist.

Eine besonders stabile Positionierung des Rings ergibt sich in einer Ausge- staltung dadurch, dass im Dornschaft umfangsseitig eine Nut vorgesehen ist, in die der umgelegte Ring in der zweiten Position eingreift.

Die Materialien für den Ring, den Innenring, den Nietdorn und die Hülse kön- nen entsprechend den jeweiligen Anforderungen gewählt werden. Vorteilhaf- ter Weise werden Ring und Nietdom aus einem hochfesten metallischen Werkstoff, wie z.B. einem hochfesten Metali oder einer hochfesten Metallle- gierung, ausgebildet, z.B. aus einem hochfesten Stahl. Die Materialfestigkeit kann z.B. mindestens 1000 MPa betragen. Insbesondere wird das Material des Rings so ausgewählt, dass ein Umlegen des Rings von der ersten in die zweite Position erfolgen kann, ohne dass Risse im Ring auftreten. Vorteilhaf- terweise ist es möglich, für den Ring und den Nietdorn unterschiedliche Ma- terialien zu verwenden und so die erzielbare Festigkeit der Verbindung weiter zu steigern.

Die Niethülse wird vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff mit guten Fließ- und Umformeigenschaften hergestellt, insbesondere aus einem Stahl mit guten Fließ-und U mformeigenschaften , wie sie z.B. für die Niethülsen herkömmlicher Blindniete verwendet werden. Für den Innenring wird vorzugsweise ein metallischer Werkstoff verwendet, wobei das Material insbesondere so gewählt wird, dass der Innenring eine ausreichende Festigkeit aufweist, um das Material der Niethülse vom Dorn- schaft weg zu führen.

Die Ausbildung des Schließkopfes kann in einer Ausgestaltung begünstigt werden, in der zwischen dem Ring und der Niethülse weiterhin ein Innenring auf den Dornschaft aufgesteckt ist, der durch das Zurückziehen des Niet- dorns an den Ring heranschiebbar ist, wobei eine der Niethülse zugewandte Oberseite des Innenrings eine vom Nietdorn auf die Anlagefläche abfallende Rampfe ausbildet. Während des Nietvorgangs wird so das Niethülsenmateri- al vom Dornschaft weg nach außen gelenkt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung hat der Innenring einen dreieckigen Querschnitt und ist durch Zurückziehen des Nietdorns keilförmig zwischen den Nietdorn und den in die zweite Position umgelegten Ring einschiebbar. Hierbei gelangt vorzugsweise die dem Ring zugewandte Unterseite des In- nenrings vollflächig in Anlage mit dem Ring.

Vorteilhafter Weise wird das Umklappen des Rings in einer Ausgestaltung dadurch begünstigt, dass der Innenring mit dem Ring lediglich mit einer Au- ßenkante in Berührung gelangt, solange der Ring in der ersten Position ist.

Bezüglich der Nietverbindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Nietverbin- dung von zumindest zwei Bauteilen, die mittels einer oder mehreren Nieten verbunden sind, wobei als Niet ein wie voranstehend beschriebener Blindniet verwendet ist.

Bei den Bauteilen kann es sich um Metallbauteile oder um Bauteile aus fa- serverstärkten Kunststoffen (FVK-Bauteile) handeln. Ein Metallbauteil ist ins- besondere ein Blechformteil, z.B. aus einem Aluminium- oder Stahlblech, wobei es sich auch um ein Gußteil oder Profilteil handeln kann. Ein P/K- Bauteil ist vorzugsweise ein kohlenstofffaserverstärktes (CFK-) Bauteil, ein glasfaserverstärktes (GFK-) Bauteil oder ein aramidfaserverstärktes Bauteil. Bei dem FVK-Bauteil kann es sich insbesondere um ein flächiges, blecharti- ges Bauteil handeln.

Die Ausbildung der Nietverbindung kann unter Verwendung einer herkömmli- chen Nietzange in bekannter Art und Weise erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfin- dung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen.

Figuren 1 bis 3 eine Teilschnittdarstellung eines beispielhaften Blindniets in einer Bauteilanordnung zu verschiedenen Zeitpunkten der Ausbildung der Nietverbindung,

Figur 1 A eine Detailansicht Z aus Figur 1 ,

Figur 4 eine perspektivische Darstellung des Blindniets aus Figur 1 ,

Figur 5 eine perspektivische Darstellung der Blindnietverbindung aus Figur 3. Figur i zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blindniets. Der Blindniet 10 weist eine Niethülse 12 auf mit einem Hülsenschaft 14, ei- nem Hülsenende 18 und einem gegenüber dem Hülsenschaft 14 radial über- stehenden Nietkopf 18. Die hohle Niethülse 12 ist von einem Nietdorn 20 durchdrungen mit einem Dornschaft 22, der mit einer Sollbruchstelle 24 ver- sehen ist. Auf der dem Hüisenende 16 zugewandten Seite ist der Nietdorn 20 zu einem Dornkopf 26 verbreitert. Zwischen dem Dornkopf 26 und dem Hül- senende 18 sind ein Ring 30 und ein Innenring 40 auf den Dornschaft 22 aufgesteckt. Der Blindniet 10 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Ring 30 und Innenring 40 sind als den Dornschaft 22 unterbrechungsfrei umschlie- ßende Ringstrukturen ausgebildet Der Bündniet 10 ist aus metallischen Ma- terialien ausgebildet, wobei für den Ring 30 und den Nietdorn 20 vorzugs- weise hochfeste Stähle verwendet werden.

Um ein erstes Bauteil 50 mit einem zweiten Bauteil 60 zu verbinden, sind diese mit im Wesentlichen fluchtenden Durchgangsöffnungen, z.B. in Form von Bohrungen, versehen. Der Blindniet 10 wird mittels eines nicht darge- stellten Nietwerkzeugs, z.B. einer Nietzange mit Mundstück, in die Durch- gangsöffnungen eingesetzt und auf die Bauteile gedrückt. Hierbei kommt der Nietkopf 18, der auch als Setzkopf bezeichnet wird, in Anlage mit dem ersten Bauteil 50. Der Blindniet 10 reicht mit einem Teil des Hülsenschaftes 14 durch beide Bauteile 50, 60 hindurch.

Zu diesem Zeitpunkt hat der Ring auf dem Nietdorn eine erste Position, siehe hierzu die Detailansicht in Figur 1A. Der Ring 30 hat einen parallelogramm- förmigen Querschnitt und liegt mit seiner Innenfläche 32 am Dornschaft 22 an. Der Ring 30 grenzt mit einer Unterkante 34 an den Dornkopf 26 an und mit einer Oberkante 36 an das Hülsenende 16. Der parallelogramm-förmige Querschnitt weist an der Unterkante 34 einen Innenwinkel α von 45 Grad auf. Der Außendurchmesser des Rings 30 entspricht zu diesem Zeitpunkt im We- sentlichen dem Außendurchmesser des Hülsenschafts 14 und des Dornkopfs 26.

Figur 2 zeigt die Anordnung aus Figur 1 zu einem Zeitpunkt, zu dem der Nietdorn 20 mittels des Nietwerkzeugs relativ zur Niethülse 12 teilweise zu- rückgezogen wurde, dargestellt durch den Pfeil P. Durch die Rückzugsbewe- gung wirkt eine Druckkraft auf die Unterkante 34 und Oberkante 36 des Rings 30. Aus dem radialen Versatz der Kanten zueinander - die Unterkante 34 ist näher zur Mittellängsachse L des Nietdorns 20 angeordnet als die Oberkante 36 - resultiert ein Moment auf den Ring 30, welches ein Umklap- pen bzw. ein Umlegen des Rings 30 nach außen bewirkt, so dass sich die Innenfläche 32 vom Dornschaft 22 wegbewegt und der Ring 30 mit einer zu- vor freiliegenden Außenfläche 38 (s. Figur 1A) an den Dornkopf 26 anlegt. Hierbei greift die Unterkante 34 des Rings 30 in eine Nut 28 (s. Figur 1A) ein, die angrenzend an den Dorn köpf 26 und umfangsseitig am Dornschaft 22 ausgebildet ist. Durch den Umklappvorgang wird der Ring 30 plastisch ver- formt, wobei jedoch der parallelogramm-förmige Querschnitt des Rings 30 weitestgehend erhalten bleibt. In dieser zweiten Position ragt der Ring 30 nun in radialer Richtung über den äußeren Rand des Dornkopfes 26 hinaus und der resultierende zweite Außendurchmesser des Rings 30 ist gegenüber dem ursprünglichen Außendurchmesser deutlich vergrößert. Nach dem Um- klappen ist eine Innenschrägfläche, die im Ausgangszustand schräg nach innen wies, nun im Wesentlichen senkrecht zur Mittellängsachse ausgerich- tet und bildet eine vergrößerte Anlagefläche 39 für den Hülsenschaft 14.

Beim weiteren Zurückziehen des Nietdorns 20 wird der Hülsenschaft 14 ge- staucht und zu einem Schließkopf 19 umgebogen und der Domschaft 22 reißt an der Sollbruchstelle 24 ab, dargestellt in Figur 3.

Der Hohlniet 10 weist weiterhin einen Innenring 40 auf, der zwischen Ring 30 und Niethülse 12 auf den Nietdorn 20 aufgesetzt ist, siehe hierzu Figur 1A, Der Innenring 40 hat einen dreieckigen Querschnitt, der sich vom Nietdorn 20 in radialer Richtung nach außen beidseitig rampenförmig verjüngt bis in eine Außenkante 42, wobei der Durchmesser des Innenrings kleiner ist als der Durchmesser des Rings 30.

Beim Zurückziehen des Nietdorns wird der Innenring 40 auf dem Dornschaft 22 verschoben. Solange der Ring 30 noch nicht umgeklappt ist, berührt der Innenring 40 den Ring 30 lediglich mit seiner Außenkante 42. Ist der Ring 30 umgeklappt, so schiebt sich der Innenring 40 keilartig zwischen Ring 30 und Dornschaft 22 und gelangt mit seiner dem Ring 30 zugewandten Unterseite 44 vollflächig in Anlage mit dem umgeklappten Ring 30, siehe Figur 2. Die der Niethülse 12 zugwandte Oberseite 46 des Innenrings 40 bildet eine vom Dornschaft 22 zur Anlagefläche 39 hin abfallende Rampe und bildet gemein- sam mit dem Ring 30 einen zur Verformung der Niethülse 12 nahezu idealen Nietstempel aus.

Die Figuren 4 und 5 zeigen perspektivische Darstellungen des beispielhaften Niets 10 in einem Teilschnitt, wobei Figur 4 die Anordnung aus Figur 1 zeigt, bevor der Nietschaft zurückgezogen wird und Figur 5 die fertiggestellte Niet- verbindung aus Figur 3 zeigt.

Obwohl der Nietdorn mit einer glatten Außenkontur dargestellt ist, kann diese selbstverständlich auch strukturiert sein, z.B. mit Rillen, Riefen etc. Ebenso können mit dem Blindniet mehr als zwei Bauteile miteinander verbunden werden.

Durch die vergrößerte Anlagefläche 39 ermöglicht der erfindungsgemäße Blindniet höhere Fügekräfte. Das Fließverhalten der Niethülse und die Aus- bildung des Schließkopfes auf der werkzeugabgewandten Seite kann ver- bessert werden. Hierdurch sind höhere ertragbare Lasten der Nietverbindung im Vergleich zu herkömmlichen hochfesten Blindnieten erzielbar. Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschrän- kend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind mög- lich.

Bezugszeichenliste

10 Blindniet

12 Niethülse

14 Hüisenschaft

16 Hülsenende

18 Nietkopf

19 Schließkopf

20 Nietdorn

22 Dornschaft

24 Sollbruchstelle

26 Dornkopf

28 Nut

30 Ring

32 Innenfläche

34 Unterkante

36 Oberkante

38 Außenfläche

39 Anlagefläche

40 Innenring

42 Außenkante 44 Unterseite

46 Oberseite

L Mitteiiängsachse

P Rückziehbewegung