DE102005048863B4

DE102005048863B4 - Nietverbindung

Info

Publication number: DE102005048863B4
Application number: DE102005048863A
Authority: DE
Inventors: Erich Palm
Original assignee: SFS Intec Holding AG
Current assignee: SFS Group International AG
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: WO2006045787A1; DE102005048863A1

Abstract

Nietverbindung aus einem Werkstück, das wenigstens zwei dünne Platten (2) umfasst, und einem Stanzniet (1) mit einem Schaft (3) und einem an dessen Eindringende nach dem Durchdringen von wenigstens einer der dünnen Platten (2) angeformten Schließkopf (6), wobei die dünnen Platten (2) aus einem hochfesten Material mit einer Zugfestigkeit von mindestens 560 N/mm² und vorzugsweise von mindestens 800 N/mm² bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Schaft (3) des Stanzniets (1) annähernd die gleiche Zugfestigkeit wie die dünnen Platten (2) aufweist und dass bei der fertigen Nietverbindung der Stanzniet (1) die dünnen Platten (2) durchstanzt hat und der Schließkopf (6) nach dem Durchdringen sämtlicher Platten (2) an der Außenseite der letzten Platte (2) angeformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Eine solche Nietverbindung ist aus der EP 1 229 254 A2 bekannt, auf die weiter unten näher eingegangen wird.
Aus dem Gebrauchsmuster DE 93 04 797 U1 ist eine Nietverbindung bekannt, die für die mechanischen Elemente von Ringbüchern, Briefordnern od. dgl. vorgesehen ist. Der Stanzniet besteht aus Kunststoff. Es liegt auf der Hand, dass eine solche Nietverbindung nicht ohne Vorbohren herstellbar wäre, wenn die dünne Platte aus einem wesentlich festeren Material als Kunststoff bestehen würde.
Sogenannte hochfeste Materialien wie z. B. Stahl mit einer Zugfestigkeit (Streckgrenze) von mindestens 560 N/mm² und vorzugsweise von mindestens 800 N/mm² können bislang mit einem Niet überhaupt nicht ohne Vorbohren verbunden werden, also nicht durch ein Direktbefestigungsverfahren wie Clinchen, Stanznieten oder Vollstanznieten. Allgemein wird in der Technik bislang davon ausgegangen, dass ein Stanzvorgang mit einem Stempel mit annehmbar hoher Standzeit nur durchführbar ist, wenn der Stempel eine wesentlich größere Festigkeit als das zu stanzende Werkstück hat. Die Fachwelt geht davon aus, dass Werkstücke nicht mit einem „weichen" Stempel gestanzt werden können, d. h. mit einem Stempel, dessen Festigkeit ähnlich der des zu stanzenden Werkstückes ist. Möglicherweise die gleiche Überlegung hat dazu geführt, dass es bislang im Stand der Technik für das Herstellen einer Nietverbindung zwischen einem Niet und einem hochfesten Werkstück üblich ist, entweder das Loch für den Niet vorzubohren oder ähnlich wie bei dem oben erwähnten Stanzen mittels Stempel den Stanzniet aus einem Material herzustellen, dessen Festigkeit viel höher ist als die des Werkstückes. So ist aus dem Gebrauchsmuster DE 203 19 610 U1 ein Stanzniet für hochfeste Bleche bekannt, der eine Zugfestigkeit von 1800 N/mm² aufweist, gegenüber einer Zugfestigkeit der hochfesten Bleche von mehr als 600 N/mm². Der Stanzniet hat eine ringförmige Nietschneide und wird spanlos verarbeitet. Dafür hat die Nietschneide einen Keil winkel, der von entscheidender Bedeutung ist. Dieser Stanzniet durchtrennt die letzte Platte üblicherweise nicht vollständig und fixiert sich durch Einformen in diese selbst. Das Werkstück besteht hier zwar ebenfalls aus hochfestem Material, jedoch liegt der Wert der Zugfestigkeit an der unteren Grenze von hochfest, so dass zwischen den Zugfestigkeiten von Blech und Stanzniet ein ausreichend großer Abstand verbleibt. Andernfalls müsste ein Stanzniet mit noch viel höherer Zugfestigkeit eingesetzt werden, was entsprechend teurer wäre. Würde aber ein „weicher" Stanzniet eingesetzt werden, käme es bei dem Herstellen der Nietverbindung zu einer vorzeitigen Deformation des Stanzniets, durch die das Herstellen der Nietverbindung behindert oder verhindert werden könnte.
Hochfeste Materialien, wie sie vermehrt zum Beispiel in der Automobilindustrie eingesetzt werden, stellen eine enorme Herausforderung für Stanznietverbindungen nach dem heutigen Stand der Technik dar. Wegen der enormen Kräfte, die für die Verarbeitung notwendig sind, müssen die Verarbeitungsanlagen massiv dimensioniert werden. Die Stanznietverbindungen selbst sind stark rissgefährdet und stellen ein Sicherheitsrisiko dar. Die Risse sind in den zu verbindenden Platten, Blechen od. dgl. Neben der Frage der sicheren Verbindung stellt sich auch die Frage des Korrosionsschutzes insbesondere an den rissgefährdeten Stellen. Die Erkennung dieser Risse ist mit den heutigen messtechnischen Möglichkeiten, zum Beispiel mit Wirbelstromprüfgeräten, kaum möglich, da am Ort der Stanznietverbindung zu viele Störsignale anliegen.
Bei der Nietverbindung nach der eingangs erwähnten EP 1 229 254 A2 wird wie bei dem o. g. Gebrauchsmuster DE 203 19 610 U1 mit dem Stanzniet die letzte Platte nicht vollständig durchtrennt und die Werkstückwahl erfolgt ebenfalls so, dass zwischen den Zugfestigkeiten von Blech und Stanzniet ein ausreichend großer Abstand verbleibt. Bei dieser bekannten Stanznietverbindung werden zumindest zwei Fügeteile aus einem hochfesten Stahl mit einem Halbhohlstanzniet aus Stahl verbunden. Durch bewusst stumpfe Ausbildung des Nietfußes wird ein derartiges Umformverhalten des Halbhohlstanzniets beim Fügen der hochfesten Teile erzielt, dass der Niet aufgespreizt wird, wenn der Nietschaft mit dem Nietfuß in das untere Fügeteil eindringt. Bei Fügeteilen mit einer Zugfestigkeit von 700 N/mm² ermöglicht der in der EP 1 229 254 A2 für den Stanzniet angegebene Zugfestigkeitsbereich die Wahl eines Stanzniets mit einer Zugfestigkeit zwischen 1200 N/mm² und 1400 oder 2000 N/mm². Selbst bei der Wahl von Fügeteilen mit einer Zugfestigkeit von 15000 N/mm² lässt sich ein Stanzniet mit einer Zugfestigkeit von 2000 N/mm² wählen und so erreichen, dass ein ausreichend großer Abstand verbleibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nietverbindung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass die Nietverbindung wesentlich wirtschaftlicher hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Nietverbindung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Dadurch, dass erfindungsgemäß zumindest der Schaft des Stanzniets annähernd die gleiche hohe Zugfestigkeit wie die dünnen Platten aufweist und dass bei der fertigen Nietverbindung der Stanzniet die dünnen Platten durchstanzt hat und der Schließkopf nach dem Durchdringen sämtlicher Platten an der Außenseite der letzten Platte angeformt ist, lässt sich die Nietverbindung nach der Erfindung wesentlich wirtschaftlicher herstellen, denn in einem Arbeitsgang kann der Niet durch die dünnen Platten gestanzt und anschließend der Schließkopf angeformt werden. Erreicht wird das wie mit einem „weichen" Stempel, denn der Stanzniet hat annähernd die gleiche hohe Zugfestigkeit, wie die dünnen Platten.
Die Erfindung beruht also auf der überraschenden Erkenntnis, dass mit einem „weichen" Stanzniet, dessen Zugfestigkeit annähernd der der dünnen Platten entspricht, sehr wohl gestanzt und eine Nietverbindung der eingangs genannten Art hergestellt werden kann, ohne dass es zu einer vorzeitigen Deformation des Stanzniets kommt, und dass anschließend eine sichere plastische Umformung zum Anformen des Schließkopfes an der Außenseite der letzten Platte möglich ist, im Gegensatz zu dem Herstellen des Schließkopfes durch Aufspreizen innerhalb der letzten Platte wie im oben geschilderten Stand der Technik.
Ein weiterer Vorteil der Nietverbindung nach der Erfindung ist, dass die Verbindung mit relativ geringem Kraftaufwand für das Setzen herstellbar ist und dass die Verbindungsstelle von beiden Seiten zugänglich ist. Der geringe Kraftaufwand zum Setzen ermöglicht vorteilhafterweise eine geringe Baugröße des Setzgerätes, denn die Setzkräfte haben einen direkten Einfluss auf die Größe des Setzgerätes. Aufgrund der relativ niedrigen Setzkräfte ist sogar die Möglichkeit eines mobilen Setzgerätes gegeben.
Der hier bei der Nietverbindung angenommene untere Grenzwert von mindestens 560 N/mm² für den Bereich der Zugfestigkeit von hochfestem Material ergibt sich aus einem Schaubild in dem Aufsatz „Ist Verschleißschutz simulierbar? Software gestützte Verschleißempfehlung für das Presswerk" von C. Jarms, Tagungsband des 4. Tribologieforums an der TU Darmstadt am 24. und 25.09.2003 in Darmstadt. Der obere Grenzwert dürfte bei etwa 3000 N/mm2 liegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
Wenn in einer Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Stanzniet eine umfangsgeschlossene Stanzkante aufweist, deren Umfangslänge so dimensioniert ist, dass die Tragkraft F_N des Stanzniets größer ist als die zum Stanzen durch die dünnen Platten notwendige Stanzkraft F_S, ist die Bedingung F_N > F_S erfüllt, so dass sich die oben geschilderten Vorteile mit der erfindungsgemäßen Nietverbindung noch sicherer erzielen lassen.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung die Stanzkante an der Stirnseite des Schaftes annähernd einen Winkel von 90 Grad bildet, lässt sich das Einhalten der vorgenannten Bedingung auf einfache Weise so berechnen, wie es weiter unten in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele angegeben ist.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Schließkopf einen Durchmesser hat, der etwa so groß wie oder größer als ein am anderen Ende des Schaftes ausgebildeter Stanznietkopf ist, wird eine gut haltbare Nietverbindung hergestellt.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Stanznietkopf in den durchgestanzten dünnen Platten versenkt ist, wird die Nietverbindung ästhetisch höheren Anforderungen gerecht. Durch anschließende Oberflächenbehandlung wie z. B. Lackieren kann so eine Nietverbindung z. B. an Autokarosserieteilen od. dgl. vollständig kaschiert werden.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Stanzniet aus rostfreiem Stahl besteht, lässt sich ein Werkstück, das aus wenigstens einer dünnen Platte aus rostfreiem Stahl besteht, sicher mit dem Stanzniet verbinden.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Stanzniet und die dünnen Platten aus unterschiedlichen Materialien bestehen, lässt sich die herzustellende Nietverbindung nach der Erfindung bestimmten Bedingungen einfacher anpassen.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Schaft an seinem Eindringende eine axiale Ansenkung aufweist, kann beim Aufstauchen des Schließkopfes erreicht werden, dass der Materialfluss schneller von der axialen in die radiale Richtung erfolgt.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Schaft wenigstens an seinem Eindringende eine axiale Bohrung aufweist, ergibt sich eine Reduktion der Stauchfläche und damit auch eine Reduktion der Stauchkräfte.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung die axiale Bohrung sich durchgehend über die Länge des Schaftes erstreckt, können Material und Gewicht des Stanzniets eingespart werden und so die wirtschaftliche Herstellbarkeit der Nietverbindung weiter verbessert werden.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Schaft axial verlaufende Kerben, Schlitze od. dgl. aufweist, lässt sich dadurch eine Verdrehsicherung des Stanzniets erreichen.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Schaft einen trilobularen Querschnitt aufweist, kann neben dem Effekt der Verdrehsicherung erreicht werden, dass die Herstellung des Stanzniets mit einem verschleißarmen Werkzeug und somit kostengünstig erfolgen kann.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung der Schaft einen beliebigen unrunden Querschnitt aufweist, kann so auf einfache Weise ebenfalls eine Verdrehsicherung erreicht werden.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung das Produkt aus dem Verhältnis von Zugfestigkeit des Stanzniets zu Zugfestig keit der dünnen Platte und dem Verhältnis von Durchmesser des Schließkopfes zu Durchmesser des Schaftes zumindest annähernd zwischen 0,8 und 2 liegt, lassen sich aufgrund der auftretenden Befestigungskräfte Verarbeitungsgeräte von gut handhabbarer Größe herstellen.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Nietverbindung nach der Erfindung beim Eindringen des Stanzniets aus dem dadurch gebildeten Stanzloch herausgestanzte Butzen am Eindringende des Stanzniets in der axialen Bohrung fixiert sind, gibt es keine wegfallenden Materialteile, die je nach Anwendung einen mechanischen oder elektrischen Schaden verursachen oder mindestens das Entfernen dieser Materialteile oder Butzen notwendig machen würden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Nietverbindung mit einem hülsenförmigen Stanzniet mit Senkkopf;
2 eine Nietverbindung mit einem gestauchten hohlen Schließkopf;
3 eine Nietverbindung mit einem vollen gestauchten Schließkopf;
4 eine Nietverbindung mit einem gespreizten Schließkopf;
5 eine Nietverbindung mit einem gespreizten Schließkopf;
5a in einer Querschnittansicht nach der Linie V-V in 5 einen Schaft mit axialen Kerben;
5b in einer Querschnittansicht wie nach der Linie V-V in 5 einen Schaft mit einem trilobularen Querschnitt;
6 eine Nietverbindung mit einer Ansenkung am Schaft und einem Dorn zum Vernieten;
7 eine Nietverbindung mit einer kleinen Ansenkung nach dem Durchstanzen eines Werkstückes, das zwei dünne Platten umfasst;
8 eine Stanznietvariante in einer üblichen Form;
9 eine Stanznietvariante mit einer durchgehenden Bohrung;
10 eine Stanznietverbindung mit Gewinde am Stanznietkopf;
11 einen Stanzniet für beidseitigen Schließkopf nach dem Stanzen;
12 einen Stanzniet für beidseitigen Schließkopf mit Einstich für die Werkstückpositionierung nach dem Stanzen;
13 eine Nietverbindung mit Stanzniet für beidseitigen Schließkopf nach dem Aufstauchen beider Schließköpfe;
14 eine Nietverbindung mit Stanzniet für beidseitigen Schließkopf nach dem Aufspreizen der Schließköpfe; und
15 eine Darstellung zur Erläuterung von Abmessungen von Stanzniet und Werkstück, die bei der Berechnung der Tragkraft des Stanzniets und der zum Durchstanzen von Blech notwendigen Stanzkraft verwendet werden.
Bei einer in 1 dargestellten Nietverbindung weist zumindest der Schaft 3 eines Stanzniets 1 annähernd die gleiche Zugfestigkeit auf wie ein Werkstück, das aus zwei miteinander zu verbindenden dünnen Platten 2 besteht, wobei der zu einem Schließkopf 6 verformte Schaft 3 des Stanzniets 1 in Zusammenwirkung mit einem Stanznietkopf 5 die Nietverbindung fixiert. Der Stanzniet 1 und die dünnen Platten 2 bestehen aus dem gleichen hochfesten Material mit einer Zugfestigkeit von mindestens 560 N/mm². Wenn das Material ein Sonderstahl wie rostfreier Stahl ist, beträgt die Zugfestigkeit etwa 2080 N/mm². Das ist weiter unten im Einzelnen erläutert.
Der Stanzniet 1 weist eine umfangsgeschlossene Stanzkante 4 auf, deren Länge so dimensioniert ist, dass die Tragkraft F_N des Stanzniets 1 größer ist als die zum Durchstanzen der dünnen Platte 2 notwendigen Stanzkraft F_S. Die Stanzkante 4 bildet an der Stirnseite des Schaftes 3 annähernd einen Winkel von 90°. Die Berechnung der Tragkraft F_N und der Stanzkraft F_S ist weiter unten mit Bezugnahme auf 15 beschrieben. An dem von dem Stanznietkopf 5 abgewandten Ende weist der Schaft 3 des Stanzniets 1 eine axiale Bohrung 11 in der Stirnseite auf. Mit dieser axialen Bohrung 11, also durch eine hülsenartige Ausbildung des Stanzniets 1 wird die Querschnittsfläche des Schaftes 3 verkleinert, ohne die zum Durchstanzen des Bleches erforderliche Stanzkraft F_S zu reduzieren. Hingegen wird dadurch die zum Umformen des Stanzniets 1 notwendige Umformkraft soweit reduziert, dass diese nur geringfügig über der Stanzkraft F_S zum Durchstanzen der aus Blech bestehenden dünnen Platten 2 liegt. Der Schließkopf 6 wird durch das Aufbringen der Stanzkraft F_S gebildet, wobei sich die Verformung mit oder ohne axiale Bohrung 11 üblicherweise tonnenförmig ausbildet. Der Stanznietkopf 5 wird in den durchgestanzten dünnen Platten 2 versenkt, wobei die durchgestanzten dünnen Platten 2 im Bereich des Stanznietkopfes 5 kegelförmig verformt werden. Der Stanzniet 1 steht so am Ende des Stanznietkopfes 5 nicht aus der oberen dünnen Platte 2 hervor.
Die Tragkraft F_N des Niets und die zum Durchstanzen von Blech notwendige Stanzkraft F_S werden unter Bezugnahme auf 15 folgendermaßen berechnet: FN = π4 (D2 a – D2 i)·σNiet FS = Da·π·B·σBlech wobei gilt

D_i: = Innendurchmesser des Schaftes 3 des Stanzniets 1
D_a: = Außendurchmesser des Schaftes 3 des Stanzniets 1
B: = Dicke des Werkstückes (bestehend aus den beiden Platten 2)
σ_Niet: = Fließspannung des Niets
σ_Blech: = Scherspannung des Bleches

Die dünnen Platten 2 haben üblicherweise jeweils eine Dicke von 0,5 bis 1,5 mm.
Eine typische Zugfestigkeit R_m sowohl der dünnen Platten 2 als auch des Stanzniets 1 beträgt 1600 N/mm2.
Für die Scherfestigkeit σ_S gilt: σS ≊ k·Rm
Der Faktor k ist abhängig von der jeweiligen Legierung.
Für Kohlenstoffstahl gilt typisch
k ≊ 0,7 bis 1
Für Sonderstahl (zum Beispiel rostfreien Stahl) gilt
k ≊ 1,3
Somit beträgt die Scherfestigkeit σ_S

– von Kohlenstoffstahl 1120 bis 1600 N/mm² und
– von Sonderstahl etwa 2080 N/mm².

Mit diesen Scherfestigkeiten und einem Außendurchmesser Da des Stanzniets von 5 mm lassen sich aufgrund der auftretenden Befestigungskräfte Verarbeitungsgeräte von gut handhabbarer Größe herstellen.
In einer Ausführungsvariante gemäß 2 kann der Stanzniet 1, der einen gestauchten hohlen Schließkopf 6 aufweist, aus einem rostfreien Material hergestellt sein, also aus einem hochfesten Material. Die Materialwahl bei der Nietverbindung nach der Erfindung wird so abgestimmt, dass die Tragkraft F_N des Stanzniets 1 größer ist als die Stanzkraft F_S, die zum Durchstanzen der dünnen Platten 2 notwendig ist, also dass gilt
F_N > F_S
Der Umfang D_a ⫪ (und damit die Fläche) des Stanzniets 1 wird deshalb so ausgelegt, dass die zulässige Flächenpressung des Stanzniets 1 während des Stanzvorganges nicht überschritten wird.
In einer weiteren Ausführungsvariante zeigt 3, dass der Stanzniet 1 einen vollen gestauchten Schließkopf 6 mit einem Durchmesser D wie der am anderen Ende des Schaftes 3 ausgebildete Stanznietkopf aufweist. Durch Erhöhen der Tragkraft F_N des Stanzniets 1 kann der Schließkopf 6 soweit vergrößert werden, wie der Umformgrad des Materials es zulässt. Durch Anbringen von Sollbruchstellen an dem Stanzniet 1 kann bis über den zulässigen Umformgrad des Materials der Schließkopf angestaucht werden. Durch diese Maßnahme kann die Höhe der Nietverbindung reduziert werden. Der Stanzniet 1 steht so nur noch minimal aus den verbundenen dünnen Platten 2 vor. Das Anstauchen des Schließkopfes 6 mit einem Durchmesser, der über dem Durchmesser des Stanznietkopfes 5 liegt, ist bei üblichen Anwendungen kaum sinnvoll, da die Schwachstelle der Nietverbindung dann bei dem Stanznietkopf 5 liegen würde.
In einer weiteren Ausführungsvariante zeigt 4 eine Nietverbindung aus hochfestem Material, bei welcher der Schließkopf 6 im Unterschied zu dem vollen Schließkopf 6 in 3 gespreizt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung gemäß 5 weist der Schaft 3 des Stanzniets 1 axial verlaufende Kerben 14, Schlitze od. dgl. auf. Weitere Ausgestaltungen sind mit einem trilobularen oder einem beliebigen unrunden Querschnitt möglich. Neben der tonnenförmigen Form des Schließkopfes 6 ist es auch möglich durch Spreizen eine nach außen öffnende Form des Schließkopfes zu erreichen, wie es in 5 gezeigt ist. Zweckmäßig ist dafür der Schaft 3 des Stanzniets 1 an dem Ende, an dem der Schließkopf 6 gebildet wird, mit einer Ansenkung versehen.
In der Darstellung in 5a ist der Querschnitt eines Schaftes 3 in einer Ansicht nach der Linie V-V in 5 gezeigt, der Kerben 14, Schlitze od. dgl. aufweist, um so ein Verdrehen des Stanzniets 1 in den Platten 2 zu verhindern. Ein Sichern gegen Verdrehen ist insbesondere dann notwendig, wenn am Stanznietkopf 5 Zusatzfunktionen angebracht sind.
In der weiteren Darstellung in 5b ist der Querschnitt eines Schaftes 3 in einer Ansicht nach der Linie V-V in 5 gezeigt, der eine trilobulare Form auf weist. Eine Verdrehsicherung des Stanznietes 1 wird mit dieser Form garantiert. Die Herstellung der trilobularen Ausprägung des Schaftes 3 erfolgt sehr wirtschaftlich, da diese Form in der Kaltumformtechnik, insbesonders beim Herstellen von Gewinden, weit verbreitet ist.
In einer weiteren Ausführung wird in 6 der Stanznietkopf 5 linsenkopfförmig ausgeprägt. Mit einem Dorn 9 wird am Stanzniet 1 der Schließkopf 6 aufgespreizt. Der Aufspreizvorgang erlaubt das Bilden des Schließkopfes mit geringeren Umformkräften. Der Dorn 9 kann dabei auch eine Mantelfläche aufweisen, die durch eine Erzeugende gebildet wird, welche durch einen Ausschnitt einer Ellipse gebildet wird und gegenüber einer vergleichbaren Kegelspitze eine steilere Spitze aufweist. Eine solche Spitze greift aggressiver an der Stirnseite des Schaftes 3 ein und verdrängt das Material stärker radial. Durch die ellipsenförmige Ausprägung der Oberfläche der Spitze des Dorns 9 wird bei tieferem Eindringen in den Schaft 3 der geformte Schließkopf 6 mit höherer Kraft an die dünne Platte 2 gedrückt.
In einer weiteren Ausführung gemäß 7 weist der Schaft 3 des Stanznietes 1 eine axiale Ansenkung 10 in der Stirnseite an dem von dem Stanznietkopf 5 abgewandten Ende auf. Bereits eine kleine Ansenkung reicht aus, um mit einem Dorn einen Schließkopf aufzustauchen, der nach außen gespreizt ist wie bei der Nietverbindung nach 5.
In einer weiteren Ausführung gemäß 8 hat der Schaft 3 stirnseitig eine Stanzkante 4, die annähernd einen Winkel von 90 Grad bildet. Der Radius an der Stanzkante 4 spielt dabei eine untergeordnete Rolle und liegt im Bereich, der für eine Serienfertigung unkritisch ist. Ein Schleifen od. dgl. der Stirnseite des Schaftes 3 ist daher nicht notwendig. Allenfalls können die Eigenschaften durch geeignete Wärmebehandlungsverfahren wie Einsatzhärten od. dgl., noch optimiert werden.
In einer weiteren Ausführung gemäß 9 weist der Schaft 3 des Stanznietes 1 eine durchgehende axiale Bohrung 11 auf. Je nach Materialwahl kann die Herstellung eines Sackloches kostenintensiver sein als ein Durchgangsloch. Eben falls kann eine Durchgangsbohrung verwendet werden, um Gewichts- oder Materialeinsparungen zu erreichen.
In einer weiteren Ausführung gemäß 10 ist der Stanznietkopf 5 mit einem Innengewinde 12 versehen. Der Stanznietkopf 5 erlaubt in dieser Form beliebige Zusatzfunktionen. So ist es denkbar, dass Haken, Clipverschlüsse od. dgl. mit einem Gewindebolzen an den Stanzniet 1 angeschraubt werden können. Solche oder ähnliche Funktionen können auch direkt am Stanznietkopf 5 vorgesehen werden. Statt des Innengewindes kann ein Außengewinde vorgesehen werden.
In einer weiteren Ausführung ist in 11 ein Stanzniet 1 gezeigt, dessen Schaft mindestens teilweise eine aufgeraute Oberfläche 15 in Form einer Rändelung od. dgl. aufweist. Der Stanzniet 1 ist hier ohne den Stanznietkopf 5 ausgebildet. Der Stanzniet 1 dieser Art hat vorzugsweise eine aufgeraute Oberfläche, da die Position nach dem Stanzen und vor dem Stauchen für einen kurzen Zeitpunkt nicht an einem Anschlag fixiert ist, wie dies zum Beispiel durch einen Stanznietkopf möglich ist. Diese Stanznietform setzt auch voraus, dass der Stanzniet 1 bei der Montage von beiden Seiten mit einem Schließkopf (nicht dargestellt) versehen werden muss.
In einer weiteren Ausführung gemäß 12 weist der Schaft 3 eine Nut 13 auf, in der die beiden durchgestanzten dünnen Platten 2 eingeklemmt sind. Nach dem Stanzen wird der Stanzniet 1 in den durchgestanzten dünnen Platten 2 in der Nut 13 fixiert. Dabei kann die Nut 13 auch als Einstich od. dgl. ausgestaltet sein. Es reicht aus, wenn die Tiefe der Nut 13 wenige Zentelmillimeter beträgt. So wird die Funktion gewährleistet und trotzdem verhindert, dass der Stanzniet 1 in der beschriebenen Position wackelt. Auf das Anbringen der Schließköpfe 6 hat die Nut 13 keinen negativen Einfluss. Allenfalls kann damit erreicht werden, dass der Stanzniet 1 vor dem Bilden des Schließkopfes 6 oder der Schließköpfe 6 an der gestanzten Kante der beiden Platten 2 formschlüssig radial angepresst wird.
Eine Nietverbindung nach der Erfindung ist auch vollständig funktionsfähig, wenn der Stanzniet 1 voll oder rohrförmig und ohne einen Stanznietkopf 5 aus geführt ist. Diese einfache zylindrische Form des Stanzniets 1 kann nach dem Stanzen mit zwei Schließköpfen 6 aufgestaucht werden. In einer weiteren Ausführung gemäß 13 ist an jedem Schaftende ein Schließkopf 6 angebracht.
Als eine weitere Ausführung zeigt 14 eine Verbindung mit einem Stanzniet 1, der beidseitig einen Schließkopf 6 aufweist, welcher durch Aufspreizen mit einem Dorn 9 od. dgl. geformt wurde. Dabei kann der zylindrische oder rohrförmige Stanzniet 1 auch durch Aufspreizen an beiden Enden des Stanznietes 1 im Stanzloch fixiert werden. Das Lösen einer solchen Verbindung ist nur noch durch Abtrennen eines der Schließköpfe 6 oder durch Aufbohren des Stanzniets 1 möglich.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist angenommen worden, dass der Stanzniet 1 und die dünnen Platten 2 aus dem gleichen hochfesten Material bestehen. Es ist aber auch möglich, die dünnen Platten 2 und den Stanzniet 1 aus unterschiedlichen hochfesten Materialien herzustellen. Die Materialien müssen lediglich geeignet sein, durchgestanzt bzw. mindestens im Bereich des Schaftes 3 umgeformt zu werden. Die Nietverbindung kann dabei zweckmäßig so ausgestaltet werden, dass das Produkt aus dem Verhältnis von Zugfestigkeit des Stanzniets 1 zu Zugfestigkeit der dünnen Platten 2 und dem Verhältnis von Durchmesser des Schließkopfes 6 zu Durchmesser des Schaftes 3 zumindest annähernd zwischen 0,8 und 2 liegt.
Es ist ferner möglich, die Nietverbindung so auszulegen, das ein beim Eindringen des Stanzniets 1 aus dem dadurch gebildeten Stanzloch herausgestanzter Butzen am Eindringende des Stanzniets 1 in der axialen Bohrung 11 fixiert ist.

Claims

Nietverbindung aus einem Werkstück, das wenigstens zwei dünne Platten (2) umfasst, und einem Stanzniet (1) mit einem Schaft (3) und einem an dessen Eindringende nach dem Durchdringen von wenigstens einer der dünnen Platten (2) angeformten Schließkopf (6), wobei die dünnen Platten (2) aus einem hochfesten Material mit einer Zugfestigkeit von mindestens 560 N/mm² und vorzugsweise von mindestens 800 N/mm² bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Schaft (3) des Stanzniets (1) annähernd die gleiche Zugfestigkeit wie die dünnen Platten (2) aufweist und dass bei der fertigen Nietverbindung der Stanzniet (1) die dünnen Platten (2) durchstanzt hat und der Schließkopf (6) nach dem Durchdringen sämtlicher Platten (2) an der Außenseite der letzten Platte (2) angeformt ist.
Nietverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzniet (1) eine umfangsgeschlossene Stanzkante (4) aufweist, deren Umfangslänge so dimensioniert ist, dass die Tragkraft F_N des Stanzniets (1) größer ist als die zum Stanzen durch die dünnen Platten (2) notwendige Stanzkraft F_S.
Nietverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzkante (4) an der Stirnseite des Schaftes (3) annähernd einen Winkel von 90 Grad bildet.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkopf (6) einen Durchmesser (D) hat, der etwa so groß wie oder größer als ein am anderen Ende des Schaftes (3) ausgebildeter Stanznietkopf (5) ist.
Nietverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanznietkopf (5) in den durchgestanzten dünnen Platten (2) versenkt ist.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzniet (1) aus rostfreiem Stahl besteht.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzniet (1) und die dünnen Platten (2) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) an seinem Eindringende eine axiale Ansenkung (11) aufweist.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) wenigstens an seinem Eindringende eine axiale Bohrung aufweist.
Nietverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bohrung (11) sich durchgehend über die Länge des Schaftes (3) erstreckt.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) axial verlaufende Kerben (14), Schlitze od. dgl. aufweist.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) einen trilobularen Querschnitt (8) aufweist.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) einen beliebigen unrunden Querschnitt (8) aufweist.
Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus dem Verhältnis von Zugfestigkeit des Stanzniets (1) zu Zugfestigkeit der dünnen Platten (2) und dem Verhältnis von Durchmesser des Schließkopfes (6) zu Durchmesser des Schaftes (3) zumindest annähernd zwischen 0,8 und 2 liegt.
Nietverbindung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eindringen des Stanzniets (1) aus dem dadurch gebildeten Stanzloch herausgestanzte Butzen am Eindringende des Stanzniets (1) in der axialen Bohrung (11) fixiert sind.