(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口が形成されている部品（３、４）を結合するリベットであって、
軸方向に延在するキャビティを有するリベットヘッド（１１）から成るスリーブ部（１）と、
ほぼ円柱状の基体（２６）、及び前記基体（２６）の直径（Ｄ）に対応して拡幅されているリベットマンドレルヘッド（２１）を備えるリベットマンドレル（２）と
を備え、
前記リベットマンドレル（２）は、前記スリーブ部（１）を自身の前記基体（２６）と共に前記キャビティに沿って貫通し、
前記リベットマンドレル（２）は、円柱状の前記基体（２６）に軸方向に延在する複数のリブ（２２）を備え、前記リブ（２２）間に、前記リベットマンドレル（２）の挿入の際に前記部品（３、４）の材料が入り込むことができ、
前記リブ（２２）は、前記リベットヘッド（１１）の方を向いている楔面（２２３）を有するように形成される、リベット。
【請求項２】
前記リブ（２２）は、前記リベットマンドレルヘッド（２１）と前記キャビティとの間に配置される、請求項１に記載のリベット。
【請求項３】
前記基体（２６）は、軸方向の前記キャビティを、前記リベットヘッド（１１）の内面（１３）に接しながら貫通する、請求項１または２に記載のリベット。
【請求項４】
前記リブ（２２）は、前記リベットマンドレル（２）の縦軸（Ｘ）に対して回転対称に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリベット。
【請求項５】
前記リブ（２２）は、前記リベットマンドレルヘッド（２１）に接続する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリベット。
【請求項６】
前記リブ（２２）は、円弧形状の又は鋭い角部を有するリブ外側輪郭（２２１）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のリベット。
【請求項７】
前記リブ（２２）は、前記リベットマンドレルヘッド（２１）からリベットヘッド（１１）の方向へ向かって断面が均一である領域を有するように形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のリベット。
【請求項８】
前記リベットマンドレルは（２）は非中空状に形成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のリベット。
【請求項９】
前記リベットマンドレル（２）は、圧延又は冷間成形によって作成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のリベット。
【請求項１０】
前記リベットマンドレル（２）は一体的に形成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のリベット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口が形成されている部品、特に航空機の構成部品を結合するリベットに関し、当該リベットは、リベットヘッドであって、軸方向に延在するキャビティ及び当該リベットヘッドに隣接する軸部を有する、リベットヘッドを備えるか、又はこのリベットヘッドから成る、スリーブ部と、ほぼ円柱状の基体、及び当該基体の直径に対して拡幅されているリベットマンドレルヘッドを備えるリベットマンドレルとを備え、当該リベットマンドレルは、スリーブ部を自身の基体と共にキャビティに沿って貫通する。
【背景技術】
【０００２】
このようなリベットは大量生産され、工作物を接合する際に広く用いられる。特に、異なる材料から成り、且つはんだ付け、溶接又は接着のような接合技法を使用できない工作物を結合する必要がある場合に、そのようなリベットによって組み合わせることは、実施可能な代替の結合の可能性を示す。ここで、結合される工作物は先ず開口を設けられ、理想的な場合には開口軸を軸位置合わせして調節しながら共に設置される。引き続き、スリーブ部のリベットヘッドは、第１の工作物の穴に接して置かれ、そこにおいて固定されて支持され、開口を貫通するリベットマンドレルが、固定されたリベットヘッドと当該リベットヘッドに場合によっては隣接する軸部とを通じて引かれ、リベットマンドレルの拡幅されているリベットマンドレルヘッドが、第２の工作物に接するようになるか、又は末端側のスリーブ部を力嵌めによる結合の形成の下に変形させる。このような力嵌めによる結合は、例えば、様々な材料から成る個々の構成部品が互いに組み合わされる航空機の組み立てにおいて、度々用いられる。
【０００３】
様々な工作物をリベットによって組み合わせるために、上述したように、これらの工作物に開口を設けることが必要とされており、これらの開口を設けられた工作物においてリベットが用いられる。実施においては、この点に関して、リベットを受け入れるために設けられる２つの開口が異なる開口直径を有する場合が度々ある。必要とされる開口を複数の工作物に別個に作成すると、厳密に同じ開口直径を得ることは難しい。しかし、たとえ様々な材料から成る、結合される工作物を重ね合わせて置き、それぞれ対応する開口を作業工程において又は単独の開口作業によって作成するとしても、そのように作成された開口は、材料特性が異なるため、様々な開口直径を有する場合がある。ここでさらに、開口作業の種類は、対応する開口の大きさと形状とに影響を与える場合がある。例えばこのようなことはレーザによる穴あけにおいて既知である。
【０００４】
異なる開口直径を有する工作物をリベットによって組み合わせると、リベットが、開口内において、全ての開口壁又は両方の工作物に接しない場合がある。したがって、工作物間の結合は、最低でも、単に力嵌めによって専ら行われ、１つの工作物は、開口軸に垂直な平面内において隙間を有する。したがって、リベットによる結合の耐荷力は制限される。
【０００５】
当該技術水準によれば、この欠点を、必要とされる開口を皿形にすることによって回避することが試みられている。しかし、研磨作業は追加の作業工程を示し、当該作業工程は、時間とコストとがかかり、特に航空機の構成部品を結合する際、１つの構成部品において１０００の開口を皿形にする場合は、生産性を著しく低下させる恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した当該技術水準に基づくと、本発明の課題は、冒頭で述べたようなリベットを提示することであり、当該リベットによって、コストがかからず且つ改善された耐荷力を有する、工作物間の結合が可能となり、これは、たとえこれらの工作物がリベットのための開口の大きさが異なっていても可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を、冒頭に述べたようなリベットが解決し、当該リベットにおいては、リベットマンドレルが、円柱状の基体に軸方向に延在するリブを備え、当該リブは好ましくは、リベットマンドレルヘッドとキャビティとの間に配置される。
【０００８】
本発明によるリベットが特に有する利点は、当該リベットが、リベットマンドレルをリベットヘッド内に又はリベットヘッドを通じて挿入することによって工作物を結合する場合、工作物内の開口の大きさが異なっていても、円柱状の基体に設けられるリブによって、少なくとも領域ごとに両方の開口壁又は工作物と接するようになり、力によって嵌められる構成要素の結合及び形状を封止される構成要素の結合も容易に実現することができるということである。ここで、軸位置合わせでなく開口軸の調節によって生じる位置の不正確さも調整することができる。
【０００９】
また、本発明による設けられるリブがさらなる態様において有する利点は、据え付け工程において、変形によって、リブ間に存在する間隙内に、結合される工作物又はスリーブ部の材料（Material: material）が入り込むことができ、その結果、リベットマンドレルの挿入が、リベットマンドレルのあり得る円錐状の実施の形態に対して容易になるか、又はそもそもここでようやく可能になるということである。
【００１０】
ここで、リベットによる結合の耐荷力を均一で高くすることに関して、リブがリベットマンドレルの縦軸に対して回転対称に配置されることが有利である。
【００１１】
また、可能な限り長い長さにわたるリブの作用を利用するか又は最大化するため、リブがリベットマンドレルヘッドに接続することも有利である。
【００１２】
さらに、実験において示されたように、リベットマンドレルと軸部又は工作物との間の中間表面圧力を有する接触面を可能な限り広くすること、及びひいてはリベットによる結合の力に関する耐荷力を高めることに関して、リブが、少なくとも領域ごとに円弧形状の又は特に鋭角を有するリブ外側輪郭を有することが有利である場合がある。
【００１３】
少ない労力でリベットマンドレルを挿入することを可能にするために、リブを、少なくとも部分的に楔面を有するように形成することもできる。これに対して代替的には、リブを、リベットマンドレルヘッドからリベットヘッドの方向へ向かって断面が均一である領域を有するように形成することができ、これは、リブと工作物又はスリーブ部の軸部との間の表面圧力を高めることに関して有利である。また、リブが、リベットマンドレルヘッドからリベットヘッドの方向へと観察すると、断面が均一である領域を先ず有し、当該領域に、傾斜した又は楔形状の領域が続くことも可能である。これによって、リベットマンドレルを容易に挿入し、それと同時に高い表面圧力を得ることが可能である。
【００１４】
本発明によるリベットのリベットマンドレルは中空状に形成することができる。しかし、リベットマンドレルを非中空状に形成することが有利である。これは、リベットマンドレルが、自身に働く放射状の力に対してより強く抵抗することができ、リベットによる結合がより高い剛性を有し、またリベットマンドレルを傷つけることなく、挿入の際により高い牽引力をリベットマンドレルに対して加えることができるからである。
【００１５】
リブは、リベットマンドレルの製造後にリベットマンドレルに取り付けることができ、例えば取り付けは、はんだ付け若しくは接着、又は他の結合技法によって行うことができる。しかし、それぞれの結合位置は、負荷に関して潜在的に弱い位置を意味するため、リベットマンドレルは一体的に形成されることが好ましい。圧延又は冷間成形は、軸方向に延在するリブを有する非中空のリベットマンドレルを製造するための適切且つ容易な方法である。
【００１６】
特に際立っている態様において、スリーブ部が、一定の外径を有する軸部を備え、当該軸部の第１の端がリベットヘッドのキャビティに隣接し、軸部の第２の端が少なくとも軸部と同じ外径を有するリベットマンドレルヘッドと接続し、軸部は、第１の端から第２の端への方向に、一定の内径を有する拡大領域と、それに続く少なくとも部分的に拡大されている内径を有する圧縮領域とを有するように形成され、リブは、軸部の圧縮領域に対応する領域に接することが確認されている。
【００１７】
ブラインドリベットの実施の形態のこの変形形態において、据え付け工程後にリブによって、リベットマンドレルと軸部との間のみでなく、軸部と工作物との間においても優れた表面圧力を得ることができる。リブは一方では以下のことを可能にする。すなわち、軸部の材料がリブ間の間隙に部分的に入り込むことができ、変形によって強化が達成され、当該強化は、高い耐荷力を有する結合を達成できるほど高いが、リベットマンドレルの挿入を困難にするか又は妨げることはないリベットマンドレルを当該技術水準と比較してより少ない労力で挿入することができる。他方、リブは、挿入の際に同時に軸部を少なくとも領域ごとに拡大し、開口壁を形状封止（Formschluss: form closing; form sealing）しながら工作物内に軸部を押し込み、その結果、据え付け工程後に、軸部とリベットマンドレルも、軸部と工作物も互いに堅固に結合される。したがって、一方ではリベットマンドレルと軸部との間の力嵌めによる結合が、他方では軸部と工作物との間の形状封止による優れた結合が提供される。
【００１８】
特別な目的のために、例えばリベットヘッドと軸部とがリベットの据え付け後に強力な拡散する（divergierend: diverging）負荷にさらされる場合のために、スリーブ部のリベットヘッドと軸部とが様々な材料から成るようにも設計することができる。例えば、スリーブ部のリベットヘッドと軸部とは個々の部分として別々に製造されることができ、当該個々の部分はリベットマンドレルと共にキットを形成し、当該キットは、リベットによる結合を行う際に初めて組み立てられる。個々の部分はこの場合様々な材料から成ることができ、当該材料は個々の部分の予想される負荷に応じて選択される。また、リベットスリーブが或る材料から製造され、リベットヘッドの領域において、軸部の領域における特性とは別の、例えば、リベットヘッドを局所的に制限を設けて熱処理するか又は加工熱処理することに応じるという特性を有することも可能である。
【００１９】
圧縮領域における軸部の内表面が、リベットマンドレルのリブと共に形成されている領域におけるリベットマンドレルの表面に対応して形成される場合、スリーブ部の軸部と工作物との間だけでなく、軸部とリベットマンドレルとの間においても特に高い表面圧力を達成することができる。リベットのこの変形形態においては、力嵌めも、完全な形状封止も達成され、これは、高い負荷耐性を有することができるリベットによる結合をもたらす。
【００２０】
以下において、本発明を、実施例に基づいてさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１においては、本発明によるリベットにおいて用いられるリベットマンドレル２が例示的に示されている。リベットマンドレル２は、通常は金属材料から製造され、また有利には、全体が高強度の合金鋼から非中空状に製造され、縦軸Ｘと直径Ｄとを有するほぼ円柱状の基体２６を備える。基体２６には、図１において概略的に示されるように、縦軸Ｘに対して垂直な平面内にあり且つこの縦軸を中心にして延在する波状部（Riffel: ripple：リップル）２３を設けることができ、当該波状部によって、リベットマンドレル２は、リベットを据え付ける際にリベットヘッドと結合するか、又は据え付けた後に形状封止により結合する。この波状部２３は、好ましくは非対称に形成され、それによって、プレストレス（Vorspannung: prestress; initial tension：初期応力）が高められる。さらに波状部２５が設けられ、当該波状部２５によって、リベットマンドレル２は据え付け装置と共に引かれることができる。さらに、リベットマンドレル２は所定の切断位置２４を有し、当該所定の切断位置において、リベットマンドレル２は、据え付け工程の最後又はリベットによる結合の完了後に切断され、その結果、リベットマンドレル２の端は、リベットのリベットヘッドと好ましくは概ね同一平面で終端する。加えて、リベットマンドレル２は、一端において、基体２６の直径Ｄに対して拡幅されているリベットマンドレルヘッド２１を備え、当該リベットマンドレルヘッドにはリブ２２が接続される。リブ２２は、リベットマンドレル２の縦軸Ｘの方向に又は縦軸Ｘに対して平行に延在し、この縦軸Ｘを中心にして回転対称的に配置される。リブ２２の数は円柱状の基体２６の直径Ｄによって決まり、例えば直径Ｄが１０ｍｍの場合は４本〜１０本であり、その結果、一方では、リベットマンドレル２を良好に挿入することができ、他方ではしかし、リベットマンドレル２と軸部又は工作物との間の表面圧力を高めることもできる。
【００２２】
図２においては、図１によるリベットマンドレル２が２つの結合される工作物３、４の開口に挿入された後であるが、リベットを据え付ける前の本発明によるブラインドリベットの断面が示される。ブラインドリベットは、説明したリベットマンドレル２の他に、リベットヘッド１１と軸部１２とを有するスリーブ部１を備え、当該軸部は、一端１２１においてリベットヘッド１１の軸方向に延在するキャビティに隣接する。軸部１２は、一定の外径を有するように形成される。軸部の第２の端１２２の領域に、リベットマンドレル２のリベットマンドレルヘッド２１が載せられ、リベットマンドレルヘッド２１は、軸部１２の載置領域において軸部と同じ外径を有し、続いて先細になるように実施される。これによって、たとえ工作物３に接触（zugaenglich: accessible）できないとしてもリベットを挿入することができる。
【００２３】
スリーブ部１は、内部において、リベットヘッド１１の領域と当該リベットヘッドに隣接する軸部１２の拡張領域Ａとにおいて、ほぼ円柱形状に形成されているキャビティを備え、当該キャビティは、対応して寸法を合わせられているリベットマンドレル２の円柱状の基体２６を収容する。拡張領域Ａに隣接する圧縮領域Ｓにおいて、軸部１２は、拡張領域Ａと比較して拡大されている内径を有するように形成され、それによって、リベットマンドレル２のリブ２２のための空間が提供される。軸部１２の拡大されている内径は、リブ２２が軸部１２に内部において個々に接するように設計される。リベットの個別の部分は、もはや互いから外れることはなく、これによって、組み立ての際のリベットの取り扱いが容易になる。
【００２４】
図２に示されている状態は、上述したように、リベットを据え付ける前であり、すなわちリベットマンドレル２をスリーブ部１内に挿入する前である。工作物３、４内のリベットのために必要とされる開口は異なる開口直径を有し、そのため、軸部１２は両方の工作物３、４には密接せず、工作物３に対して、且つ場合によっては工作物４に対しても自由距離３１を有する。
【００２５】
ここで、リベットマンドレル２は、波状部２５を引くことによってスリーブ部１内に挿入されてリベットヘッド１１において支持され、それによって、軸部１２に載っているリベットマンドレルヘッド２１は、軸部の第２の端１２２における軸部１２の圧縮又は変形を引き起こし、その結果、軸部は潰され、封止ヘッドが形成される。同時に、リベットマンドレルヘッド２１に接続されているリブ２２は、軸部１２のより小さい内径を有して形成されている領域内に進み、当該領域において軸部１２の拡大を引き起こし、その結果、軸部１２と工作物３との間にある隙間３１が除去される。拡大の際、非中空状のリベットマンドレル２がリブ２２の領域のみにおいて軸部１２と接する限り、軸部１２の余分な材料はリブ２２間の間隙内にも押し入れることができ、その結果、リベット及び工作物３、４における良好な形状封止と有利な応力分布とが達成される。軸部１２は自身の端１２２においては薄壁であり、リベットマンドレル２は縦長に形成されているリブ２２によって容易に軸部１２内に導入されるため、リベットを据え付けるのに必要な力はわずかである。据え付け工程の最後においては、軸部１２と工作物３、４間の隔たり６との間の隙間３１は最終的にもはや存在せず、工作物３、４は、力嵌めにより且つ形状封止により互いに結合する。
【００２６】
リベットを据え付けた後、基体２６は、リベットヘッド１１の内面１３及び軸部１２とほぼ全ての面で接する。この状態は、図３において示されている。この点に関しては、上述したように、（図３の部分拡大図から見て取れるように）波状部２３が断面において、非対称に又は鋸歯状に形成されることが有利である。
【００２７】
当業者には、リベットの据え付け前に、工作物４と軸部１２との間にも隙間がある可能性があることは自明である。この場合、リベットの据え付けの際に、軸部１２の変形によって、軸部１２と工作物３との間の間隙も、軸部１２と工作物４との間の間隙も封止される。本発明は変形形態も同様に含み、当該変形形態においては、軸部１２は一定の壁厚を有するように形成される。
【００２８】
図２及び図３に示されている実施形態に対する代替の実施形態として、リブの取り付け以外においては同じ幾何学的形状の形成において、リブをリベットマンドレルではなく軸部に取り付けることが可能であるが、これはより高い製造コストをもたらす。それは、リブを軸部に嵌め込むのは、リベットマンドレルの外側に嵌め込むよりも費用がかかるためである。
【００２９】
図４は、本発明によるリベットを示し、当該リベットにおいては、リベットを据え付けた後、スリーブ部１がリベットヘッド１２のみから成り、軸部が存在しない。リベットマンドレル２は、皿頭として形成されるリベットマンドレルヘッド２１を有するように形成され、その端を工作物３の表面領域と同一平面にすることができる。この実施の変形形態においては、リベットマンドレル２のリブ２２は、工作物３、４と直接的に接し、当該工作物３、４は、リベットを据え付けることで開口側において変形し、またリブ２２はそのように形状封止を実現する。
【００３０】
図５ａ、図５ｂ及び図５ｃは、リブ２２の可能な実施形態を示し、それらのリブは実験において実用性があることが認められた。図５ａにおいて示されているように、リブ２２は、リベットマンドレルヘッドからリベットヘッドの方向へ向かって断面が均一である領域と、概ね円弧形状のリブ外側輪郭２２１とを有するように形成されることができる。図２によるリベットの据え付けの際に、リベットマンドレル２の縦軸Ｘに対して平行に延在する円弧形状の前面２２２、２２３は軸部１２に接して沿って滑り、この軸部を拡大する。同時に、軸部１２の材料は、リブ２２間に存在する間隙内に入り込み、当該間隙においてリブ側面２２４に接する。
【００３１】
図５ａによる実施形態に対してさらに改良された一実施形態においては、図５ｂによるとリブ２２は、傾斜している前面２２３を有するようにも形成されることができ、当該傾斜している前面は楔面として作用し、リベットマンドレル２の滑動は挿入の際に容易になる。
【００３２】
リブ２２の特に有利な一実施形態が最後に図５ｃによって示される。リブ２２のそのような形状では、高い表面圧力、又はリベット及び工作物３、４における応力の最適化が、リベットの挿入特性が良好な状態で提供される。
【００３３】
さらなる可能な実施形態においては、リブ２２は段状にすることもでき、且つ／又は異なる断面を有するように形成することができる。
【００３４】
リブ２２は、リベットマンドレル２の挿入の際に軸部１２又は工作物３、４の拡大が行われるような、長さＬ１と幅とを有して形成される。リブの長さが、リベットマンドレルヘッド２１と所定の切断位置２４との間の基体２６の長さＬの少なくとも２５％であり、好ましくは４０％よりも長く、且つ／又はリブ領域Ｂ（図１）のリブ２２が、基体２６の外面の少なくとも４０％を覆い、好ましくは５０％よりも広い領域を覆うと、特に有効な軸部１２の拡大と、高い表面圧力のために有利な、リブ２２間への材料の入り込みとが達成される。
【００３５】
最後に、図６及び図７において、本発明によるリベットの変形形態が示される。当該変形形態は、軸方向の間隙６（図１）の封止に関して有利であることが明らかになっている。この変形形態において、スリーブ部１は軸部１２を備え、当該軸部は複数の部分から成り、その結果、封止ヘッドの形成の前及び／又は間に、軸方向の力が工作物３に加えられる。例えば、図６において示されている変形形態においてリベットマンドレル２を挿入する際、上側スリーブ１２３はリブ２２によって拡大され、スリーブと上側プレート３との間の間隙が封止され、続いて上側スリーブ１２３と共に上側プレート３が取り去られ（mitgenommen: taken away）、プレート間の間隙６に橋渡しがなされ、その後、上側スリーブ１２３も、下側スリーブ１２４も強度を増すように拡大され、耐荷力を有する形状封止が生じる。
【００３６】
同様に、図７において示されている変形形態において、軸部１２の工作物３、４の方向への拡大の前、及び形状封止の形成の前に、軸方向に作用する力が工作物３に対して加えられ、その結果、間隙６が封止することができることが保証される。軸部の上記のような複数の部分から成る形成の代わりに、この軸部は、所定の切断位置又は１つ若しくは複数の所定の変形位置を有するように一体的に形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるリベットのリベットマンドレルを示す図である。
【図２】据え付け工程前のブラインドリベットを示す図である。
【図３】据え付け工程後のブラインドリベットを示す図である。
【図４】据え付け工程後の皿頭リベットを示す図である。
【図５ａ】リベットマンドレルの基体上にあるリブであって、リベットマンドレルヘッドからリベットヘッドの方向へ向かって断面が均一である領域を有するように形成される、リブを示す図である。
【図５ｂ】リベットマンドレルの基体上にあるリブであって、平らな楔面とほぼ円弧形状のリブ外側輪郭とを有するように形成される、リブを示す図である。
【図５ｃ】リベットマンドレルの基体上にあるリブであって、曲がっている楔面と鋭角を有するリブ外側輪郭とを有するように形成される、リブを示す図である。
【図６】スリーブ部が複数の個々の部分から成る、本発明によるリベットの部分図である。
【図７】スリーブ部が複数の個々の部分から成る、さらなるリベットの部分図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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