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Die Erfindung betrifft einen Stanz-Prägeniet mit einem Nietkopf, der eine insbesondere kegelstumpfförmige kopfartige Erweiterung ausbildet sowie einen sich an den Nietkopf anschließenden Schaft, der mindestens eine Schaftnut aufweist, wobei zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen mindestens zwei aneinanderliegenden Bauteilen der Schaft die Bauteile unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt und anschließend um das Schaftende herum beim dortigen Bauteil eine Nut geprägt wird, wodurch unter plastischer Verformung Material des dortigen Bauteils in die mindestens eine Schaftnut eindringt. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Stanz-Prägenietes.
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Stanz-Prägenieten der hier beschriebenen Gattung sind bereits bekannt, nämlich beispielsweise in der
EP 1 054 169 B1 beschrieben. Allerdings war die Herstellung bislang relativ aufwändig. Aus Metall hergestellte Stanz-Prägenieten, insbesondere aus Stahl, rost- und säurebeständigen Werkstoffen bzw. Aluminium gefertigte Stanz-Prägenieten mussten bislang in spanabhebenden Fertigungsverfahren erzeugt werden. Hierdurch gestaltete sich die Herstellung zeit- und kostenintensiv.
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Die
US 3 909 913 A offenbart bereits einen in Kaltformtechnik hergestellten Stanz-Prägeniet, bei dem nach dem Stanzvorgang Material eines vom Stanz-Prägeniet durchdrungenen Bauteils in die Schaftnut eingedrückt wird, um so eine Nietverbindung zu schaffen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stanz-Prägeniet vorzuschlagen, der sich einerseits kostengünstig fertigen lässt und anderseits neben der axialen Festlegung eine wirksame rotatorische Festlegung eines den Niet umschließenden Bauteils bewirkt. Außerdem soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht mit einem Stanz-Prägeniet nach Anspruch 1 sowie in verfahrensmäßiger Hinsicht mit einem Herstellungsverfahren nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Stanz-Prägeniet unter Anwendung mindestens eines Pressvorgangs in Kaltformtechnik herzustellen, wobei Mittel für eine rotatorische Festlegung des Niets ebenfalls kaltformtechnisch ausgebildet werden. Gemäß dem hier vorgeschlagenen Herstellungsverfahren soll also entweder der komplette Niet oder zumindest ein Nietrohling durch einen Pressvorgang in Kaltformtechnik erzeugt werden. Überraschenderweise können trotz der engen Fertigungstoleranzen und der geforderten exakten Geometrie und Materialgüte gebrauchsfähige Stanz-Prägenieten mit akzeptablen Fertigungstoleranzen hergestellt werden. Es ließen sich Stanz-Prägenieten mit wohldefiniertem Nietkopf, wohldefiniertem Schaft und wohldefinierter Stanzkante erzeugen. Unter Kaltformtechnik wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung sowohl eine Kaltumformung als auch eine Halbwarmumformung, beides in Abgrenzung zur Warmumformung (Schmieden), verstanden. Beim Schmieden, also der Warmumformung, hat das Ausgangsmaterial in der Regel eine Temperatur von über 1000 °C (z. B. bei Stahl). Kaltumformung wird hingegen unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials durchgeführt. In der Regel hat das Ausgangsmaterial Raumtemperatur bzw. ist leicht auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 °C und 150 °C erwärmt. Beim Halbwarmumformen, das für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ebenfalls der Kaltformtechnik zugerechnet werden soll, hat das Ausgangsmaterial eine Temperatur unterhalb der Schmiedetemperatur, beispielsweise zwischen 200 °C und 900 °C. Bei diversen Stählen können bereits umformtechnische Vorteile bei Temperaturen von 150 °C aufwärts entstehen.
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Ganz generell ist zu bemerken, dass der in der hier vorliegenden Patentanmeldung vorgeschlagene Stanz-Prägeniet bevorzugtermaßen aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium gebildet sein kann, aus einem Metall jedenfalls, das sich einerseits zur kaltformtechnischen Bearbeitung gut eignet, andererseits auch die im späteren Nietprozess gewünschten Eigenschaften sicherstellt, nämlich einerseits die erforderliche Durchstanzung der Bauteile und andererseits die Gewährleistung einer sicheren und dauerhaften Nietverbindung. Es ist aber auch denkbar, anstelle eines Metalls andere Materialien in Betracht zu ziehen, die sich in Kaltformtechnik plastisch verformen lassen und dennoch die vorgenannten Eigenschaften für den Nietprozess aufweisen.
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Der kaltformtechnisch erzeugte Stanz-Prägeniet weist mindestens eine Schaftnut mit einer aufgrund des Pressvorgangs oder einer anderen Druckeinwirkung gehärteten Nutoberfläche auf. Es tritt hier somit ein synergistischer Effekt auf, so dass durch die Herstellung in kaltformtechnischen Prozessen einerseits Zeit- und Herstellungsaufwand reduziert werden können, andererseits aber auch der Zusatzeffekt genutzt werden kann, dass aufgrund des Materialflusses gerade die Nutoberflächen bei kaltformtechnischer Umformung besonders gehärtet ausgebildet werden können. Zusätzlich tritt durch den kaltformtechnischen Prozess eine Materialverfestigung und somit eine Festigkeitserhöhung im gesamten Niet ein.
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Der Stanz-Prägeniet weist mehrere umlaufende Schaftnuten auf.
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Ganz allgemein sei an dieser Stelle angemerkt, dass für die Schaftnuten verschiedene Querschnittsformen in Betracht kommen, wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt, vgl. hierzu beispielsweise die an den Querschnitt der Außenkontur eines Tropfens angenäherte Schaftnut gemäß
US 6 244 808 B1 , eine annährend halbkreisförmige Schaftnut, eine symmetrisch oder asymmetrisch trogförmige Schaftnut o. Ä. Es versteht sich ebenfalls von selbst, dass für die Funktion und Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung die Schaftnut auch nicht komplett umlaufend ausgebildet sein muss, sondern das Prinzip eines Stanz-Prägenietes auch mit einer oder einer Mehrzahl von Einkerbungen, Taschen, o. Ä. realisiert werden kann. Maßgeblich ist, dass beim am Schaftende positionierten Bauteil ein Materialfluss durch eine Prägung dergestalt hervorgerufen wird, dass dieser Materialfluss in Ausnehmungen im Schaft des Stanz-Prägenietes eindringt und so für eine sichere und dauerhafte Verbindung der zu verbindenden Bauteile sorgt.
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Beim erfindungsgemäßen Stanz-Prägeniet kann die mindestens eine Schaftnut im gleichen Pressvorgang wie der Nietkopf oder in unterschiedlichen Umformvorgängen hergestellt sein.
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Es ist insbesondere denkbar, die Schaftnuten durch ein Walzverfahren, insbesondere unter Einwirkung einer Flachbacken- oder Rundbackenwalze, zu erzeugen.
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Schließlich ist es selbstverständlich möglich, die mindestens eine Schaftnut mit Formung des Nietrohlings in einem durchgehenden Arbeitsprozess, insbesondere in einer Presse zu erzeugen.
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Weiter vorzugsweise weist der Stanz-Prägeniet eine dem Nietkopf abgewandte Stanzkante mit einer aufgrund des Pressvorgangs oder einer anderen Druckeinwirkung gehärteten Oberfläche auf. In beiden Fällen ist gerade im Bereich der Stanzkante eine Materialverdichtung angelegt. Diese Materialverdichtung kann insbesondere in einem durchgehenden Arbeitsgang zur Herstellung des Stanz-Prägenietes, insbesondere in einer Presse bzw. in speziellen Werkzeugen in einem durchgehenden Arbeitsprozess erzeugt werden. Alternativ kann auch eine ggf. vorverdichtete Stanzkante beispielsweise während des Prozesses der Einbringung der Schaftnuten, beispielsweise durch ein Walzverfahren, durch Materialfluss aus dem Bereich der Stanznut heraus nachverdichtet werden.
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Nach einem möglichen Aspekt kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren vorsehen, dass der Stanz-Prägeniet in einem durchgehenden Herstellungsprozess erzeugt wird.
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In einer speziellen, möglichen Ausgestaltung umfasst der Pressvorgang zur Herstellung des Niets oder eines Nietrohlings mindestens einen der folgenden Schritte, vorzugsweise alle nachfolgenden Schritte in der genannten Abfolge:
- - Bereitstellen eines Drahtabschnittes,
- - einen Setzvorgang, in dem der Drahtabschnitt im Bereich seiner stirnseitigen Enden in einer Kaltumformung vorbearbeitet wird,
- - einen Vorstauchvorgang, in dem mindestens die wesentliche Form des Nietkopfes mit der kopfartigen Erweiterung ausgebildet wird und
- - ein Fertigstauchen des Nietrohlings, bei dem der Nietkopf bereits ausgeformt ist, unter Verringerung seiner axialen Länge.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der Schritt des Fertigstauchens auch die gleichzeitige Ausbildung wenigstens einer umlaufenden Schaftnut umfasst.
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Alternativ kann die wenigstens eine umlaufende Schaftnut in den Nietrohling aber auch durch ein Walzverfahren, insbesondere mittels einer Flachbacken- oder Rundbackenwalzmaschine, eingebracht werden.
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Beim vorliegenden Verfahren wird durch die kaltformtechnische Bearbeitung gleichzeitig eine Schaftnut mit gehärteter Nutoberfläche erzeugt.
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Nach einem weiteren, bevorzugten Aspekt wird durch das vorliegende Verfahren aufgrund der kaltformtechnischen Bearbeitung, insbesondere aufgrund des mindestens einen Pressvorganges zur Erzeugung mindestens des Nietrohlings oder einer anderen Druckeinwirkung ein Schaft mit verfestigter Stanzkante an seinem dem Nietkopf abgewandten Ende erzeugt.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
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Hierbei zeigen:
- 1 eine Veranschaulichung eines kaltformtechnisch hergestellten Stanz-Prägenietes mit einer einzigen umlaufenden Schaftnut nach dem Stand der Technik;
- 2a und 2b die Herstellung eines Stanz-Prägenietes in Kaltformtechnik nach einem weiteren, alternativen Verfahren;
- 3 einen Stanz-Prägeniet, der kaltformtechnisch hergestellt ist, mit einer Mehrzahl umlaufender Schaftnuten;
- 4a und 4b die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl umlaufender Schaftnuten in Kaltformtechnik gemäß einer zweiten alternativen Vorgehensweise;
- 5a und 5b die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl umlaufender Schaftnuten in Kaltformtechnik gemäß einem weiteren, alternativen Verfahren;
- 6a und 6b die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl umlaufender Schaftnuten in Kaltformtechnik gemäß einem weiteren, alternativen Verfahren;
- 7a und 7b eine Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellten Stanz-Prägeniets mit mehreren Längsnuten;
- 8a und 8b eine Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets mit mehreren in Längsrichtung verlaufender über den Nutgrund vorstehender Stege; und
- 9a bis 9f verschiedene Ausführungsbeispiele eines kaltformtechnisch hergestellten Stanz-Prägeniets.
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In 1 ist ein Stanz-Prägeniet, der in Kaltformtechnik hergestellt ist und eine umlaufende Schaftnut 16 aufweist, dargestellt. Der Stanz-Prägeniet umfasst einen Nietkopf 14, der hier durch eine kopfartige Erweiterung 20, die an eine Kegelstumpfform angenähert ist, definiert ist. An den Nietkopf 14 schließt sich ein Schaft 15 an, der an seinem dem Nietkopf 14 abgewandten Ende einen Nietfuß 29 aufweist, der durch eine umlaufende Stanzkante 18 abgegrenzt wird. Am Schaft 15 ist weiterhin in Nähe des gegenüber dem Nietkopf 14 distalen Endes also in Nähe des Nietfußes 29 eine umlaufende Schaftnut 16 mit einer Nietoberfläche 17 ausgebildet. Es wurde bereits erwähnt, dass die Schaftnut 16 verschiedene Querschnittsformen aufweisen kann, beispielsweise eine halbkreisförmige Querschnittsform, eine an einen ½-Tropfenumriss angenäherte Form oder, wie hier, eine Nut mit einem Nutgrund, der parallel zur Längsachse des Schaftes 15 ausgerichtet ist und nach außen geneigte Nutseitenflächen aufweist, wobei bei der hier dargestellten Ausführungsform die dem Nietkopf 14 zugewandte Nutseitenfläche weniger nach außen geöffnet ist, denn die gegenüberliegende Nutseitenfläche.
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Bei der kaltformtechnischen Herstellung des Stanz-Prägenietes ist gleichzeitig eine Materialverdichtung im Bereich der Nutoberfläche 17 gegeben, wobei die Nutoberfläche 17 mindestens den Nutgrund, bevorzugt aber auch die Nutseitenflächen umfasst. Die durch den kaltformtechnischen Prozess hervorgerufene Materialverdichtung an der Nutoberfläche 17 bewirkt eine härtere Oberfläche, die insofern eine noch definiertere Verbindung gegenüber einem Bauteil, das durch Materialfluss im Nietprozess in die Schaftnut 16 eingreift, gewährleistet ist.
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In den 2a, 2b ist ein mögliches Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Stanz-Prägenietes in Kaltformtechnik veranschaulicht.
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In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Nietrohling 19 unter Verwendung einer entsprechenden Presse hergestellt. Der solchermaßen vorliegende Nietrohling 19 gemäß 2a kann nun in einem zweiten, ggf. zeitlich und räumlich auch völlig getrennt ablaufenden Verfahrensschritt weiter bearbeitet werden, um die für den Nietprozess notwendige mindestens eine Schaftnut 16 einzubringen (vgl. 2b). Dabei kann die Schaftnut 16 beispielsweise durch ein Roll- bzw. Walzverfahren, insbesondere mit einer Flachbacken- oder Rundbackenwalzenmaschine, eingebracht werden, mithin auch dieser zweite Verfahrensschritt in Kaltformtechnik realisiert werden. Hierbei ist von Vorteil, dass durch die Materialverdichtung eine gehärtete Nutoberfläche 17 entsteht und sich ein entsprechendes Walz- bzw. Rollverfahren kostengünstig implementieren lässt. Es muss allerdings dafür Sorge getragen werden, dass bei dem hier einsetzenden Materialfluss dennoch die Stanzkante 18 mit definierter Kontur und definiertem Durchmesser erhalten bleibt.
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In 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes, der kaltformtechnisch hergestellt ist, veranschaulicht. Konkret handelt es sich um einen Stanz-Prägeniet mit einer Mehrzahl von Schaftnuten 16. Der Stanz-Prägeniet ist ansonsten weitestgehend analog zu den bereits anhand von 1 veranschaulichten Stanz-Prägenieten aufgebaut, wobei die Querschnittsform der hier vorliegenden Schaftnuten 16 von der Schaftnut 16 gemäß der Ausführungsform nach 1 abweicht. Der Stanz-Prägeniet nach 3 weist ebenfalls einen Nietkopf 14 sowie einen gegenüberliegenden Nietfuß 29 auf. Der Nietkopf 14 ist auch hier durch eine kopfartige Erweiterung 20, die eine im Wesentlichen kegelstumpfartige Form aufweist, definiert. Der Nietschaft 15 weist eine Mehrzahl, hier konkret fünf, Schaftnuten 16 auf, die hier das gleiche Querschnittsprofil aufweisen, aber in anderen Ausführungsformen auch unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen können. Der Nietfuß 29 definiert gleichzeitig die bereits vorbeschriebene Stanzkante 18.
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In den 4a, 4b ist die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl von Schaftnuten 16 gemäß einem möglichen kaltformtechnischen Verfahren dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt wird zunächst ein Nietrohling 19 mit Nietkopf 14 durch Pressen in einer Kaltformpresse ausgeformt. Die Mehrzahl von Schaftnuten 16 wird in einem zweiten Verfahrensschritt (4b) eingebracht, wobei hierzu - ähnlich wie schon anhand der 2a und 2b erläutert - eine Einbringung ebenfalls in einem kaltformtechnischen Prozess, insbesondere durch Rollen oder Walzen, beispielsweise mittels einer Flachbacken- oder Rundbackenwalzmaschine, erfolgen kann. Auch hier gilt zu beachten, dass bei einer Ausbildung der Mehrzahl von Schaftnuten 16 in einer kaltformtechnischen Umformung Sorge getragen werden muss, dass der Nietfuß 29 mit der funktionswesentlichen Stanzkante 18 in definierter Form ausgebildet wird.
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Die 5a, 5b sowie 6a, 6b zeigen weitere Herstellungsvarianten eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl von Schaftnuten in kaltformtechnischer Herstellung, wobei wiederum von einem Nietrohling 19 (5a, 6a) ausgegangen wird und dieser Nietrohling 19 dann im Zusammenhang mit der Einbringung der Mehrzahl von Schaftnuten 16 nachbearbeitet wird. Der Nietrohling gemäß 5a weist eine Einprägung 27 umlaufend am Schaft 15 auf, die gegenüber dem Nietfuß 29 einen Zylinderabschnitt mit reduziertem Durchmesser bildet. In der Variante nach 6a ist ebenfalls eine Einprägung 27' ausgebildet, diese Einprägung 27' allerdings in axialer Ausdehnung des Stanz-Prägenietes deutlich kürzer bemessen und nur angrenzend an den Nietfuß 29 vorgesehen.
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Sowohl der Nietrohling nach 5a als auch der Nietrohling nach 6a bilden bereits den Nietfuß 29 mit definierter Stanzkante 18 aus, so dass dieser bei der nachfolgenden Einbringung der Schaftnuten 16 unverändert erhalten bleibt. Die Mehrzahl von Schaftnuten 16 können auch hier wiederum in einem kaltformtechnischen Roll- bzw. Walzprozess, insbesondere mittels Flachbacken- oder Rundbackenwalzmaschine eingebracht werden.
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In den 7a und 7b ist eine Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets veranschaulicht. Der Stanz-Prägeniet nach den 7a und 7b weist zunächst eine im Wesentlichen der Grundform des Stanz-Prägeniets nach 3 entsprechende Formgebung auf, zeichnet sich aber dadurch aus, dass hier mindestens eine, im vorliegenden Fall konkret drei in Axialrichtung des Niets verlaufende Längsnuten 30 vorgesehen sind. Diese Längsnuten 30 werden im Einklang mit dem Grundgedanken der vorliegenden Anmeldung kaltformtechnisch eingebracht, und zwar entweder in einem gemeinsamen Arbeitsschritt, beispielsweise mit Ausbildung der Schaftnuten 16, oder in einem anschließenden separaten Arbeitsschritt. Die Längsnuten definieren eine rotatorische Orientierung, so dass innerhalb des Fertigungs- bzw. des Nachbearbeitungsschrittes der Niet in einer vorgegebenen rotatorischen Ausrichtung aufgenommen, transportiert bzw. bearbeitet werden kann. Auch im späteren Einsatz bewirken die Längsnuten einen entscheidenden Vorteil. Zwei oder mehr miteinander verbundene Bauteile werden mit noch höherer Festigkeit als bei einem komplett rotationssymmetrischen Niet gegeneinander verdrehsicher gehalten. Die Tiefe der Längsnuten 30 ist bei der vorliegenden Ausführungsform geringfügig tiefer als die Tiefe der sich hierzu orthogonal erstreckenden Schaftnuten 16 bemessen, so dass sich bei den Längsnuten 30 jeweils ein durchgehender Nutgrund in Axialerstreckung des Niets ausbildet.
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In den 8a sowie 8b ist eine abgewandelte Ausführungsform eines Niets, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, veranschaulicht. Hier sind anstelle von in Axialrichtung verlaufenden Längsnuten eine oder mehrere Längsstege 31 vorgesehen, die sich jeweils vom Nutgrund der Schaftnuten 16 bis fast zum Nutscheitel der benachbarten Schaftnuten erstrecken. Die Längsstege 31 sind auf einer gemeinsamen Linie fluchtend ausgerichtet, so dass eine Stegflucht 32 definiert wird. Es können an einem Niet ein oder mehrere solche Stegfluchten 32, beispielsweise drei jeweils um 120° versetzt angeordnete Stegfluchten 32 vorgesehen sein. Ähnlich wie bei der anhand der 7a und 7b beschriebenen Ausführungsform bezwecken die anhand der 8a und 8b beschriebenen Längsstege 31 bzw. Stegfluchen 32 eine rotatorische Festlegung des Niets, die einerseits im Produktionsprozess, insbesondere bei der Nachbehandlung, vor allem aber in der späteren Anwendung der Verbindung mindestens zweier Bauteile sinnvoll erscheint.
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In den 9a bis 9f sind verschiedene Ausführungsformen eines kaltformtechnisch hergestellten Stanz-Prägeniets veranschaulicht. In den 9a und 9b ist ein Stanz-Prägeniet mit lediglich einer umlaufenden Schaftnut 16 dargestellt, wobei die Schaftnut 16 eine halbtropfenförmige Querschnittsfläche aufweist, mit einer steileren Nutflanke auf der dem Nietfuß 29 zugewandten Seite als auf der dem Nietfuß 29 abgewandten Seite.
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In den 9c und 9d ist ein im Wesentlichen der Darstellung nach 4 entsprechender sogenannter Mehrbereichsniet veranschaulicht, der eine Mehrzahl von äquidistant beabstandeten Schaftnuten 16, hier konkret fünf Schaftnuten 16, aufweist. Bis auf einem schmalen Bund am Nietfuß 29 sowie unterhalb des Nietkopfes 14 ist der komplette Schaft 15 mit Schaftnuten 16 belegt.
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Im Gegensatz dazu weist der Stanz-Prägeniet nach den 9e sowie 9f Schaftnuten 16 nur im unteren Bereich des Schaftes 15 auf, so dass ein freier, zylinderförmiger oberer Schaftbereich verbleibt.
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Die vorliegende Erfindung schlägt somit einen Stanz-Prägeniet vor, der sich unter vertretbarem Kostenaufwand herstellen lässt, eine definierte, insbesondere sogar im kaltformtechnischen Umformprozess gehärtete Stanzkante und mehrere definierte Schaftnuten, die ebenfalls durch den kaltformtechnischen Umformprozess gehärtet sind, aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 14
- Nietkopf
- 15
- Schaft
- 16
- Schaftnut
- 17
- Nutoberfläche
- 18
- Stanzkante
- 19
- Nietrohling
- 20
- kopfartige Erweiterung
- 21
- Drahtabschnitt
- 22, 23
- Stirnseiten
- 24
- Sicke
- 26
- Abrundung
- 27, 27'
- Einprägung
- 28
- Stufe
- 29
- Nietfuß
- 30
- Längsnuten
- 31
- Längsstege
- 32
- Stegflucht
