DE102011001522B4 - Connecting element for establishing a connection between at least two overlapping components and method for producing this compound - Google Patents

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Abstract

Verbindungselement zum Fügen von wenigstens zwei aneinanderliegenden Bauteilen (10, 11), wobei das Verbindungselement in der Art eines Blindnietes (2) mit einem eine Längsachse aufweisenden Nietkörper mit einem Kopf (3) und einem diesem gegenüberliegenden radial aufweitbaren Bereich (8) ausgebildet ist und durch den Nietkörper aus Richtung des Kopfes (3) ein Schaft (5) ragt, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den aufweitbaren Bereich (8) in Richtung zu den Bauteilen (10, 11) eine, beim Fügen eine Lochung in den Bauteilen (10, 11) und einen hülsenförmigen Durchzug (7) des in Richtung zum Kopf (3) des Nietes angeordneten Bauteils (10) erzeugende, Einformgeometrie (4) anschließt, wobei der dem Kopf (3) gegenüberliegende Bereich, der in die Bauteile (10, 11) eindringt, die Einformgeometrie (4) aufweist und wobei die Einformgeometrie (4) im Wesentlichen eben, kegelstumpfförmig oder ballig ausgebildet ist und zusätzlich eine Zentrierspitze (Z) aufweist.Connecting element for joining at least two adjoining components (10, 11), wherein the connecting element in the manner of a blind rivet (2) with a rivet body having a longitudinal axis with a head (3) and a radially expandable region opposite thereto (8) is formed and characterized by the rivet body from the direction of the head (3) a shank (5), characterized in that at the expandable area (8) in the direction of the components (10, 11) one, when joining a perforation in the components (10 , 11) and a sleeve-shaped passage (7) of the direction of the head (3) of the rivet arranged component (10) generating, Einformgeometrie (4) connects, wherein the head (3) opposite region which in the components (10, 11) penetrates, the Einformgeometrie (4) and wherein the Einformgeometrie (4) is substantially flat, frusto-conical or spherical and additionally has a centering tip (Z).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur Herstellung einer Verbindung zwischen wenigstens zwei sich überlappenden Bauteilen und ein Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.The invention relates to a connecting element for producing a connection between at least two overlapping components and a method for producing this compound according to the preambles of claims 1 and 5.

Aus der Druckschrift DE 10 2009 013 265 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Mischbaugruppe aus wenigstens einer ersten Komponente und wenigstens einer zweiten Komponente bekannt, wobei die erste Komponente und die zweite Komponente an wenigstens einer zu verbindenden Stelle überlappend angeordnet sind und ein verformungsfestes Fügewerkzeug unter Drehung um die eigene Achse die erste Komponente und die zweite Komponente durchdringt und ein bei dem Durchdringvorgang erzeugter, über eine Unterseite der zweiten Komponente hinausragender Rand umgeformt wird, wobei das Fügewerkzeug bei dem Durchdringvorgang mit einem solchen Druck auf die erste Komponente gepresst und mit einer solchen Rotationsgeschwindigkeit rotiert wird, dass wenigstens die erste Komponente an der zu verbindenden Stelle plastifiziert wird. Durch das Umformen des Randes wird dabei eine Verbindung zwischen den beiden Komponenten/Bauteilen erzeugt. Dabei wirkt von einer Seite her ein erstes dornartiges Fügewerkzeug, welches den Durchzug erzeugt und von der anderen Seite ein Umformwerkzeug, welches den Durchzug in Richtung zu den Komponenten und radial nach außen umformt. Besteht dabei ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff werden die einzelnen Fasern nicht zerstört bzw. durchtrennt, sondern durch das als Dorn ausgebildete Fügewerkzeug lediglich nach außen gedrückt. Hauptproblem bei dem beschriebenen Fügeverfahren ist dabei jedoch die notwendige zweiseitige Zugänglichkeit der Fügeverbindung, denn in der Fügetechnik ist es nicht selten erforderlich (siehe DE 10 2006 013 529 A1 ), Werkstücke miteinander zu verbinden, bei denen die Fügestelle nur von einer Seite der Werkstücke aus zugänglich ist. Zahlreiche Fügetechniken, wie z. B. das Stanznieten oder Durchsetzfügen (Clinchen) sind hierfür ungeeignet. Verfügbar sind zwar Fügetechniken wie das Blindnieten, welches jedoch ein einseitiges Fügen der Werkstücke erlaubt.From the publication DE 10 2009 013 265 A1 For example, a method and an apparatus for producing a mixing assembly from at least one first component and at least one second component are known, wherein the first component and the second component are arranged overlapping on at least one point to be joined and a deformation-resistant joining tool with rotation about its own axis penetrating the first component and the second component, and forming an edge projecting beyond an underside of the second component during the penetrating operation, wherein the joining tool is pressed onto the first component and rotated at a rotational speed such that at least the first component is plasticized at the point to be joined. By forming the edge while a connection between the two components / components is generated. In this case acts from one side a first mandrel-like joining tool which generates the draft and from the other side a forming tool, which transforms the passage in the direction of the components and radially outward. If there is a component made of a fiber composite material, the individual fibers are not destroyed or severed, but pressed only by the trained as a mandrel joining tool to the outside. The main problem with the joining method described, however, is the necessary two-sided accessibility of the joint, because in the joining technique, it is often necessary (see DE 10 2006 013 529 A1 ), To connect workpieces with each other, where the joint is accessible only from one side of the workpieces. Numerous joining techniques, such as As the punch riveting or clinching (clinching) are unsuitable for this. Although joining techniques such as blind riveting are available, they allow unilateral joining of the workpieces.

Ein Blindniet ist dabei gemäß Wikipedia eine spezielle Form von Niet, welche nur den Zugang zu einer Seite der zu verbindenden Bauteile erfordert und mit einer speziellen Blindnietzange befestigt wird. Der Blindniet besteht neben dem eigentlichen, hohlen Nietkörper mit Kopf an der Vorderseite aus einem längeren, durchgesteckten Dorn mit Kopf am hinteren Nietende, der mit einer Sollbruchstelle versehen ist. Beim Blindnieten erfolgt der Fügevorgang von nur einer (im Regelfall der äußeren) Seite des Bauteils aus, wobei diese Fügetechnik jedoch üblicherweise ein Vorlochen des Bauteils erfordert. Der Blindniet wird durch die Bohrung eingeführt, anschließend wird der am Kopf herausragende Dorn mit einer Blindnietzange herausgezogen. Das führt zu einer Stauchung und somit zu einer Aufweitung des Niets hinter der Bohrung. Am Ende des Vorgangs reißt der Dorn an der Sollbruchstelle innerhalb des Nietkörpers ab und ragt nicht aus dem Niet hervor; der Rest des Dorns befindet sich dann im Fügewerkzeug und kann entsorgt werden. Aus DE 10 2009 035 725 A1 ist ein selbstlochender Blindniet bekannt, der einen Schaft mit einer selbstlochenden Spitze mit einem selbstschneidendem Gewinde aufweist und welcher durch Rotation der Spitze die Werkstücke kalt umformt und das benötigte Loch spanlos in die Werkstücke formt. Nachteile dieser Variante sind die Entstehung von Spänen und die werkstoffliche Beschränkung (Mindestumformbarkeit muss gegeben sein) und der Mehraufwand durch das Gewinde im Blindniet. Besteht das aus Fügerichtung unten liegende Bauteil aus Faserverbundwerkstoff, so werden die Fasern beschädigt bzw. durchtrennt, wodurch die Haltbarkeit stark eingeschränkt wird. Ein ebenfalls selbstlochender Blindniet mit einem Dorn, der eine lochformende Spitze an seinem dem Werkstück zugewandten Ende trägt, wird in DE 20 2006 013 142 U1 beschrieben. Dabei ist die Spitze als Vorrichtung zum spanlosen Bohren durch thermische Erweichung des Werkstückes durch Rotation der Spitze ausgebildet. Dazu ist der Kopf des Dornes mit einer ballig ausgeformten Spitze versehen, die, wenn sie in ausreichend hohe Umdrehungszahlen versetzt wird, dem Bohren des Setzloches des Blindniets durch Fließformen durch Erwärmung des Werkstückes dient. Um die entsprechenden Rotationskräfte beziehungsweise Drehmomente zu übertragen, ist das werkstückseitige Ende des Nietschafts mit einer sägezahnförmigen Verzahnung versehen, was einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand erforderlich macht.A blind rivet is according to Wikipedia a special form of rivet, which only requires access to one side of the components to be connected and is fastened with a special blind rivet. The blind rivet is next to the actual, hollow rivet body with head on the front of a longer, plugged through mandrel with a head at the rear rivet end, which is provided with a predetermined breaking point. When blind riveting of the joining process of only one (usually the outer) side of the component takes place, but this joining technique usually requires a pre-punching of the component. The blind rivet is inserted through the hole, then the protruding from the head mandrel is pulled out with a blind rivet. This leads to a compression and thus to a widening of the rivet behind the hole. At the end of the process, the mandrel breaks at the predetermined breaking point within the rivet body and does not protrude from the rivet; the rest of the mandrel is then in the joining tool and can be disposed of. Out DE 10 2009 035 725 A1 a self-piercing blind rivet is known, which has a shaft with a self-piercing point with a self-tapping thread and which cold formed by rotation of the tip, the workpieces and formed the required hole without cutting into the workpieces. Disadvantages of this variant are the formation of chips and the material restriction (minimum formability must be given) and the extra work by the thread in the blind rivet. If the fiber composite component is located below the joining direction, the fibers are damaged or severed, which severely limits their durability. A self-piercing blind rivet with a mandrel carrying a hole-forming tip at its end facing the workpiece is shown in FIG DE 20 2006 013 142 U1 described. The tip is designed as a device for chipless drilling by thermal softening of the workpiece by rotation of the tip. For this purpose, the head of the mandrel is provided with a crowned tip, which, when it is placed in sufficiently high numbers of revolutions, the drilling of the setting hole of the blind rivet by flow forming by heating the workpiece is used. In order to transmit the corresponding rotational forces or torques, the workpiece-side end of the rivet shank is provided with a sawtooth-shaped toothing, which necessitates an increased manufacturing outlay.

In der Druckschrift EP 1 503 089 A1 wird ein Verbindungselement zum Fügen von wenigstens zwei aneinanderliegenden Bauteilen beschrieben, wobei das Verbindungselement einen Nietkörper mit einem Kopfbereich und einen diesem gegenüberliegenden radial aufweitbaren Bereich besitzt und durch den Nietkörper aus Richtung des Kopfbereichs ein Schaft ragt, und sich an den aufweitbaren Bereich in Richtung zu den Bauteilen eine Einformgeometrie in Form eines Dornkopfes anschließt, die beim Fügen eine Lochung in den Bauteilen erzeugt. Es wird durch den rotierenden Dornkopf ein die Bauteile durchsetzendes Fließloch, das von dem Blindniet kontinuierlich spanlos durchdrungen wird, geformt, bis der Kopf der Blindniethülse an dem ersten Bauteil zur Anlage kommt. Der beim Fließlochformen des Dornkopfes 8 von diesem verdrängte überflüssige Bauteilwerkstoff wird mit der Oberfläche des Dornkopfes sowie dem Außenmantel der Blindniethülse an deren blindseitigen Ende durch Reibungverschweißung kappenartig verbunden, und zwar derart, dass sich entsprechend den aus den Bauteilen nacheinander beim Fließlochformen verdrängten überflüssigen Bauteilwerkstoffen zwei überlappenden Kappen bilden, von denen die außen liegende Kappe die rückwärtige ringförmige Stirnfläche des Dornkopfes gegen das Ende der Blindniethülse abdichtend übergreift. Die Kappe weist vielseitige Nachteile auf. Einerseits ist die Werkstoffausnutzung gemindert. Noch viel schwerwiegender ist die Tatsache, dass sich die gebildete Kappe im Gebrauch undefiniert lösen kann. Dies ist kritisch beim Fügen an Hohlräumen, wo der Werkstoff nicht ins „Freie” fallen kann. Dies kann schlimmste Störgeräusche und Korrosion hervorrufen. Aus der Druckschrift DE 195 44 388 C1 geht eine Verbindung zwischen wenigstens zwei aneinanderliegenden Bauteilen hervorgeht, unter Verwendung eines Verbindungselementes in der Art eines Blindniets, bei der das in Richtung zum Kopf angeordnete Bauteil einen beim Herstellen der Verbindung erzeugten Durchzug aufweist, der durch die gefügten Bauteile ragt und auf der Seite des radial aufgeweiteten Bereiches des Nietkörpers ebenfalls radial aufgeweitet ist, wobei in dem Durchzug der Nietkörper sitzt. Das unterhalb des ersten Bauteils angeordnete zweite Bauteil weist einen vor dem Herstellen der Verbindung erzeugten Durchbruch auf und der Durchzug in dem ersten Bauteil wurde ebenfalls vorher erzeugt. Dann wird der Durchzug des ersten Bauteils in den Durchbruch des zweiten Bauteils geführt und aufgeweitet. Für das Herstellen der Verbindung sind somit zwei vorgeschaltete Fertigungsvorgänge erforderlich. Weiterhin muss ein genaues Positionieren der Bauteile zueinander erfolgen, um den Durchzug in die Ausnehmung zu führen. Wenn eine Vielzahl von Verbindungen realisiert werden sollen, ist diese somit hinsichtlich des vorherigen Zusammensteckens der zwei Bauteile sehr aufwendig, da die Durchzüge des oberen Bauteils genau mit den Durchbrüchen des unteren Bauteils fluchten müssen.In the publication EP 1 503 089 A1 a connecting element for joining at least two adjacent components is described, wherein the connecting element has a rivet body with a head portion and a radially expandable portion opposite thereto and protrudes through the rivet body from the direction of the head portion a shaft, and the expandable portion in the direction of the Assemblies an Einformgeometrie in the form of a mandrel head connects, which produces a hole in the components during joining. It is formed by the rotating mandrel head passing through the components flow hole, which is continuously penetrated by the blind rivet without cutting, until the head of the blind rivet sleeve comes to rest on the first component. The while flow-hole forming the mandrel head 8th from this displaced superfluous component material is with the surface of the mandrel head and the outer shell of the Blind rivet sleeve at the blind end end by friction welding cap-like manner, in such a way that corresponding to the successively from the components in the flow hole form displaced superfluous component materials form two overlapping caps, of which the outer cap sealing the rear annular end face of the mandrel head against the end of Blindniethülse overlaps. The cap has many disadvantages. On the one hand, the material utilization is reduced. Much more serious is the fact that the formed cap can become undefined in use. This is critical when joining cavities, where the material can not fall into the "free". This can cause the worst noise and corrosion. From the publication DE 195 44 388 C1 a connection between at least two adjacent components is apparent, using a connection element in the manner of a blind rivet, in which the component arranged in the direction of the head has a passage produced during the production of the connection, which projects through the joined components and on the side of the radial widened portion of the rivet body is also radially expanded, sitting in the passage of the rivet body. The second component, which is arranged below the first component, has a breakthrough created before the connection is established, and the passage in the first component has also been previously generated. Then, the passage of the first component is guided and expanded in the opening of the second component. Thus, two upstream manufacturing operations are required to make the connection. Furthermore, a precise positioning of the components must be carried out to each other to guide the passage in the recess. If a plurality of connections to be realized, this is therefore very expensive in terms of the previous mating of the two components, since the passages of the upper component must be precisely aligned with the openings of the lower component.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungselement und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen wenigstens zwei sich überlappenden Bauteilen zu entwickeln, mit welchen ein schnelles und einfaches Fügen von aneinanderliegenden Bauteilen ohne Fügestellenvorbereitung möglich ist und wobei nur eine einseitige Zugänglichkeit der Fügestelle erforderlich ist und eine hohe Verbindungsfestigkeit und -qualität sichergestellt werden.The object of the invention is to develop a connecting element and a method for producing a connection between at least two overlapping components, with which a quick and easy joining of adjacent components without joint preparation is possible and only one-sided accessibility of the joint is required and a high connection strength and quality can be ensured.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5 gelöst.This object is achieved with the characterizing features of claims 1 and 5.

Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein Verbindungselement verwendet, welches in der Art eines Blindnietes ausgebildet ist und in Richtung zu den Bauteilen eine Kopfgeometrie mit einer Spitze aufweist. Die Spitze dient der Fixierung beim Fügevorgang, kann aber bei ausreichender Bauteilfixierung und Werkzeugsteifigkeit auch weggelassen werden. Dabei ist der Nietkörper in Form eines Blindnietes oder einer Nietmutter ausgebildet und weist eine definierte Nietdornkopfgeometrie mit ggf. besonders gehärtetem Werkstoff auf. Zusätzlich muss die in den Schaft integrierte Sollbruchstelle den radialen Belastungen beim Fügevorgang entsprechen. Daher ist es auch möglich, den Schaft einzuschrauben und nach dem Herstellen der Verbindung wieder auszuschrauben.According to the invention, a connecting element is used, which is designed in the manner of a blind rivet and has a head geometry with a tip in the direction of the components. The tip is used for fixing during the joining process, but can also be omitted with sufficient component fixation and tool rigidity. In this case, the rivet body is designed in the form of a blind rivet or a rivet nut and has a defined Nietdornkopfgeometrie with possibly specially hardened material. In addition, the predetermined breaking point integrated in the shaft must correspond to the radial loads during the joining process. Therefore, it is also possible to screw the shaft and unscrew after making the connection again.

Zum Herstellen der Verbindung wird das Fügewerkzeug, welches in diesem Fall auch das Verbindungselement ist, auf den metallischen Fügepartner aufgesetzt, während sich der zweite Fügepartner darunter befindet, wobei die Fügepartner verdrehsicher gelagert sein sollten, wenn die axiale Vorhubbewegung mit einer Rotationsbewegung überlagert ist. Durch die Rotationsbewegung des Fügewerkzeuges bei gleichzeitig axialem Druck wird der Werkstoff partiell erhitzt, bis dieser teigig wird. Dabei arbeitet sich das Fügewerkzeug in den metallischen Fügepartner ein und es entsteht ein hülsenartiger Durchzug bzw. eine metallische Öse, welche sich in den zweiten Fügepartner einarbeitet, wodurch in dem zweiten Fügepartner ein Durchbruch entsteht, durch welchen der hülsenartige Durchzug ragt. Der Kopf des Blindnietes weist einen größeren Durchmesser als die sich anschließende Blindniethülse auf und verhindert dadurch das Steigen des teigigen Grundwerkstoffes nach oben. Im Anschluss wird die Rotationsbewegung gestoppt und anschließend am Schaft gezogen, während der Kopf mechanisch an der Blechoberkante fixiert wird. Der Schaft wird gestaucht und formt gleichzeitig den entstandenen metallischen Durchzug radial nach außen. Die rückwärtige Kraftaufbringung wird so lange gesteigert, bis der Schaft an der Sollbruchstelle abreißt.To make the connection, the joining tool, which in this case is also the connecting element, placed on the metallic joining partner, while the second joining partner is underneath, the joining partners should be mounted against rotation when the axial Vorhubbewegung is superimposed with a rotational movement. Due to the rotational movement of the joining tool with simultaneous axial pressure, the material is partially heated until it is doughy. In this case, the joining tool works in the metallic joining partner and there is a sleeve-like passage or a metallic eyelet, which incorporates into the second joining partner, whereby in the second joining partner an opening is formed through which protrudes the sleeve-like passage. The head of the blind rivet has a larger diameter than the subsequent Blindniethülse and thereby prevents the rise of the doughy base material upwards. Subsequently, the rotation is stopped and then pulled on the shaft, while the head is mechanically fixed to the upper edge of the sheet metal. The shaft is compressed and simultaneously forms the resulting metallic passage radially outward. The rearward force application is increased until the shaft tears off at the predetermined breaking point.

Durch die lokale Erwärmung des Bauteils wird die Hybridverbindung innerhalb eines Arbeitsganges hergestellt. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann eine nur einseitige Zugänglichkeit sichergestellt werden. Das metallische Bauteil und das Faserverbundbauteil oder auch andere Materialkombinationen werden gefügt, ohne oder mit nur geringer Zerstörung der Faserstruktur des Faserverbundbauteils. Es ist weiterhin keine Fügestellenvorbereitung erforderlich und die Fügeverbindung schnell und einfach herstellbar. Bei Verwendung eines Blindnietes wird eine mediendichte Fügeverbindung bereitgestellt. Gleichzeitig kann die eingebrachte Fügewärme ein lokales Aufschmelzen beider Fügepartner hervorrufen, so dass zwischen diesen zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung entsteht.By local heating of the component, the hybrid compound is produced within a single operation. By the solution according to the invention, only one-sided accessibility can be ensured. The metallic component and the fiber composite component or other combinations of materials are joined, without or with only little destruction of the fiber structure of the fiber composite component. It is still no joint preparation required and the joint connection quickly and easily produced. When using a blind rivet, a media-tight joint connection is provided. At the same time, the introduced joining heat can cause a local melting of both joining partners, so that in addition a cohesive connection arises between them.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and accompanying drawings. Show it:

1 zwei aufeinanderliegende plattenförmige Bauteile zu fügende Bauteile mit dem sich darüber befindlichem Verbindungselement in Schnittdarstellung, 1 two superimposed plate-shaped components to be joined components with the connecting element located above it in a sectional view,

2 das in die Bauteile mit einer Kraft F1 eindringende und rotierende Verbindungselement in Schnittdarstellung, 2 that in the components with a force F1 penetrating and rotating connecting element in a sectional view,

3 das Verbindungselement, welches sich unter Bildung einer Durchzuges im hier oberen Bauteil in die Bauteile eingeformt hat in Schnittdarstellung, 3 the connecting element, which has formed in the components forming a passage in the upper part here, in sectional view,

4 die auf den Schaft wirkende Zugkraft F2, unter welcher sich der aufweitbare Bereich des Nietkörpers und der über das zweite Bauteil ragende Bereich der Hülse radial nach außen aufweiten in Schnittdarstellung, 4 the tensile force F2 acting on the shaft, under which the expandable region of the rivet body and the region of the sleeve protruding beyond the second component expand radially outward in a sectional view,

5 die fertig hergestellte Verbindung, bei welcher der Schaft entfernt wurde in Schnittdarstellung, 5 the finished connection in which the shaft has been removed in a sectional view,

6 den Längsschnitt eines Verbindungselementes in der Art eines modifizierten Blindnietes mit Sollbruchstelle im Schaft 6 the longitudinal section of a connecting element in the manner of a modified blind rivet with predetermined breaking point in the shaft

7 den Längsschnitt eines Verbindungselementes in der Art eines modifizierten Blindnietes mit eingeschraubtem Schaft 7 the longitudinal section of a connecting element in the manner of a modified blind rivet with screwed shaft

8 den Längsschnitt eines Verbindungselementes in der Art einer Blindnietmutter mit eingeschraubtem Schaft, der eine Einformgeometrie aufweist, 8th the longitudinal section of a connecting element in the manner of a blind rivet nut with a screwed shaft, which has a Einformgeometrie,

9 und 10 das Aufschrauben einer Blindnietmutter auf einen Gewindeschaft 9 and 10 screwing a blind rivet nut onto a threaded shaft

11 das gem. 9 und 10 hergestellte Verbindungselement über zwei zu fügenden plattenartigen Bauteilen, 11 the gem. 9 and 10 manufactured connecting element via two plate-like components to be joined,

12 das Eindringen des Verbindungselementes gem. 8 in die Bauteile, 12 the penetration of the connecting element gem. 8th into the components,

13 der Abschluss der Vorhubbewegung, 13 the completion of the forward stroke,

14 die auf den Schaft wirkende Zugkraft F2, unter welcher sich der aufweitbare Bereich des Nietkörpers (hier Nietmutter) und der über das zweite Bauteil ragende Bereich der Hülse radial nach außen aufweiten, 14 the tensile force F2 acting on the shaft, under which the expandable region of the rivet body (in this case the rivet nut) and the region of the sleeve projecting beyond the second component, expand radially outward,

15 die fertig hergestellte Verbindung, 15 the ready made connection,

16 die Verbindung nach Ausschrauben des Schaftes, 16 the connection after unscrewing the shaft,

17 eine Einformgeometrie, die eine im Wesentlichen ebene Stirnseite mit einer mittigen Zentrierspitze aufweist, 17 a Einformgeometrie having a substantially flat end face with a central center point,

18 eine kegelstumpfförmige Einformgeometrie mit einer Zentrierspitze, 18 a frustoconical Einformgeometrie with a centering tip,

19 eine ballige Einformgeometrie mit Zentrierspitze, 19 a crowned Einformgeometrie with centering tip,

Nach den 1 bis 6 handelt es sich bei dem Verbindungselement 1 um einen Blindniet 2, der dahingehend modifiziert wurde, dass der dem Kopf 3 gegenüberliegende Bereich, der in die Bauteile eindringt, eine spezielle Einformgeometrie 4 (ballig, flach, spitz, ...) aufweist, die ein spanloses Einformen bei partiellem Plastifizieren/Erweichen des zumindest in Einformrichtung zuerst angeordneten Bauteils gewährleistet. Aus Richtung des Kopfes 3 weist der Blindniet 2 einen Schaft 5 mit einer nur in 6 sichtbaren Sollbruchstelle 6 auf, der mit der Einformgeometrie in Verbindung steht. Das in Richtung zum Kopf 3 weisende erste Bauteil 10 besteht aus metallischem Werkstoff, das darunter liegende zweite Bauteil 11 aus faserverstärktem Kunststoff, wobei auch andere Werkstoffpaarungen (Metall/Metall, Metall/Kunststoff, Metall/Holz, Kunststoff/Kunststoff, Kunststoff/Holz, ...) gefügt werden können. Gemäß 1 bis 3 wird das Verbindungselement mit einer Kraft F1 bei einer schnellen Rotation gegen die beiden Bauteile 10, 11 gedrückt, wodurch der Werkstoff des ersten Bauteils plastifiziert wird und sich nach dem fertigen selbstformenden Einpressvorgang aus diesem ein hülsenförmiger Durchzug 7 (Hülse) geformt hat (3). Nun wird der Schaft 5 mit einer Kraft F2 zurückgezogen, wodurch sich der Nietkörper an seinem aufweitbaren Bereich 8 und der geformte hülsenförmige Durchzug 7 radial nach außen aufweiten. 5 zeigt die dadurch hergestellte Verbindung, bei welcher der Schaft 5 über die Sollbruchstelle entfernt wurde.After the 1 to 6 this is the connector 1 around a blind rivet 2 that has been modified to that of the head 3 opposite area, which penetrates into the components, a special Einformgeometrie 4 (convex, flat, pointed,...), which ensures a non-cutting shaping during partial plasticizing / softening of the component which is at first arranged at least in the molding direction. From the direction of the head 3 has the blind rivet 2 a shaft 5 with a only in 6 visible breaking point 6 which is related to the Einformgeometrie. That towards the head 3 pointing first component 10 consists of metallic material, the underlying second component 11 made of fiber-reinforced plastic, whereby other material combinations (metal / metal, metal / plastic, metal / wood, plastic / plastic, plastic / wood, ...) can be joined. According to 1 to 3 becomes the connecting element with a force F1 in a fast rotation against the two components 10 . 11 pressed, whereby the material of the first component is plasticized and after the finished self-forming press-fitting of this a sleeve-shaped passage 7 (Sleeve) has shaped ( 3 ). Now the shank becomes 5 With a force F2 retracted, whereby the rivet body at its expandable area 8th and the molded sleeve-shaped passage 7 expand radially outwards. 5 shows the compound produced thereby, in which the shaft 5 was removed over the predetermined breaking point.

Durch den Einformvorgang in die Faserstruktur des Bauteils 11 wird dessen Faserstruktur nicht oder nur geringfügig beschädigt.By the molding process in the fiber structure of the component 11 whose fiber structure is not or only slightly damaged.

Gemäß 7 ist das Verbindungselement in der Art eines modifizierten Nietkörpers in Form eines Blindnietes 2 ausgebildet, der eine Einformgeometrie 4 in Form einer Spitze in Fügerichtung besitzt und der ein Innengewinde 2G zum Einschrauben eines Schaftes 5 mit Außengewinde 5.1 aufweist, der nach dem Herstellen der Verbindung entfernt wird, so dass in die dann vorhandene Gewindebohrung ein anderes Element einschraubbar ist. Dieser Blindniet 2 kann mit oder ohne Einformgeometrie auch zum Verbinden von vorgelochten Bauteilen verwendet werden.According to 7 is the connecting element in the manner of a modified rivet body in the form of a blind rivet 2 formed, which is a Einformgeometrie 4 in the form of a tip in the joining direction and has an internal thread 2G for screwing in a shaft 5 with external thread 5.1 has, which is removed after establishing the connection, so that in the then existing threaded hole another element is screwed. This blind rivet 2 Can be used with or without Einformgeometrie also for connecting pre-punched components.

Mit den Varianten gem. 1 bis 7 wird eine dichte Nietverbindung ohne Vorlochen hergestellt.With the variants gem. 1 to 7 a tight riveted joint is made without pre-punching.

8 zeigt den Längsschnitt eines Verbindungselementes mit einem Nietkörper in der Art einer Blindnietmutter 2.1 mit Innengewinde 2.1G und mit eingeschraubtem Schaft 5 (mit Außengewinde 5.1), der in Richtung zu den zu verbindenden Bauteilen eine Einformgeometrie 4 aufweist und der nach dem Herstellen der Verbindung vollständig ausschraubbar ist, so dass eine Durchgangsbohrung mit Gewinde 1.2G im Nietkörper (der Blindnietmutter 2.1) vorhanden ist, die ebenfalls zum Einschrauben von Bauteilen dienen kann. Der Schaft 5 liegt mit einem Absatz 5.2 am Kopf 3 der Blindnietmutter 2.1 an. 8th shows the longitudinal section of a connecting element with a rivet body in the manner of a blind rivet nut 2.1 with internal thread 2.1G and with screwed shaft 5 (with external thread 5.1 ), which in the direction of the components to be joined a Einformgeometrie 4 has and after the production of the compound is completely unscrewed, so that a through hole with thread 1.2G in the rivet body (the blind rivet nut 2.1 ) is present, which can also be used for screwing components. The shaft 5 lies with a paragraph 5.2 at the head 3 the blind rivet nut 2.1 at.

Nach den 9 bis 17 ist der Nietkörper eine Nietmutter 2.1 mit Durchgangsgewindebohrung. Diese wird auf einen Schaft 5 aufgeschraubt, der ein Außengewinde 5.1 und in Fügerichtung eine Einformgeometrie 4, beispielsweise in Form einer Spitze aufweist. Der Schaft 5 besitzt einen Bund 5.3 mit einem Absatz 5.2, der nach dem Einschrauben am Kopf 3 der Nietmutter 2.1 anliegt. Nun wird die Verbindung von Nietmutter 2.1 und Schaft 5 über den nichtvorgelochten Bauteilen 10, 11 an der erforderlichen Fügeposition positioniert (11) und bei einer Vorhubbewegung mit einer Kraft F1 und einer Rotationsbewegung in die Bauteile 10, 11 eingeformt (12), wodurch der Werkstoff des oben liegenden aus Metall bestehenden Bauteils 10 plastifiziert wird. Dabei bildet sich aus dem Werkstoff des ersten oberen Bauteils 10 ein hülsenförmiger Durchzug 7, der nach Beendigung des Einpressvorganges über das untere Bauteil 11 hinausragt (13). Nun wird entgegen der Einpressrichtung an dem Schaft 5 mit einer Kraft F2 gezogen, wodurch sich der hülsenförmige Durchzug 7 und die Blindnietmutter 2.1 in ihrem aufweitbaren Bereich 8 radial aufweiten (14). Die Beendigung dieses Vorganges ist in 15 dargestellt. Nun wird der Schaft 5 entspindelt und damit die fertige Fügeverbindung hergestellt, bei welcher die Nietmutter 2.1 mit einem Durchgangsgewinde mit einem Innendurchmesser 2.1D versehen ist (16).After the 9 to 17 the rivet body is a rivet nut 2.1 with through threaded hole. This is on a shaft 5 screwed on, which has an external thread 5.1 and in the joining direction a Einformgeometrie 4 , For example, in the form of a tip. The shaft 5 owns a bunch 5.3 with a paragraph 5.2 , after screwing on the head 3 the rivet nut 2.1 is applied. Now the connection is made by rivet nut 2.1 and shaft 5 over the non-pre-punched components 10 . 11 positioned at the required joining position ( 11 ) and in a Vorhubbewegung with a force F1 and a rotational movement in the components 10 . 11 molded ( 12 ), whereby the material of the overhead metal component 10 is plasticized. It is formed from the material of the first upper component 10 a sleeve-shaped passage 7 , after completion of the press-fitting process over the lower component 11 protrudes ( 13 ). Now, contrary to the press-in direction on the shaft 5 pulled with a force F2, resulting in the sleeve-shaped passage 7 and the blind rivet nut 2.1 in their expandable area 8th radially expanding ( 14 ). The completion of this process is in 15 shown. Now the shank becomes 5 undresses and thus made the finished joint, in which the rivet nut 2.1 with a through thread having an inner diameter 2.1D is provided ( 16 ).

Mit dem neuartigen Fügewerkzeug in Form einer Blindnietmutter können Werkstoffpaarungen analog dem herkömmlichen Blindnieten (Metall/Metall, Metall/Kunststoff, Metall/Holz, Kunststoff/Holz, Kunststoff/Kunststoff, ...) gefügt werden.With the novel joining tool in the form of a blind rivet nut, material pairings can be joined analogously to conventional blind riveting (metal / metal, metal / plastic, metal / wood, plastic / wood, plastic / plastic, ...).

Die Einformgeometrie 4 wird der zu fügenden Werkstoffpaarung angepasst und kann durch Simulation oder durch Vorversuche ermittelt werden. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn eine möglichst große Reibfläche an der in die Bauteile eindringenden Stirnfläche vorhanden ist. Dazu kann gemäß 17 eine Einformgeometrie 4 am Blindniet 2, der Nietmutter 2.1 oder dem Schaft 5 vorgesehen werden, die eine im Wesentlichen ebene Stirnseite mit einer mittigen Zentrierspitze Z aufweist, wobei die Zentrierspitze Z dafür sorgt, dass der Nietkörper und sein Schaft 5 beim Eindringen in das obere Bauteil zu diesem zentriert werden. Die ebene Stirnfläche sorgt für eine große Reibfläche, so dass der Werkstoff des oberen Bauteiles durch die entstehende Reibung in einen teilflüssigen bzw. teigigen Zustand überführt wird und dadurch eine zuverlässige Ausbildung des Durchzuges aus diesem Werkstoff realisiert wird. Bei bestimmten Werkstoffen ist ggf. eine kegelstumpfförmige Einformgeometrie 4 mit einer Zentrierspitze Z günstiger (s. 18) oder auch eine ballige Einformgeometrie 4 mit Zentrierspitze Z, (s. 19).The molding geometry 4 the material pairing to be joined is adapted and can be determined by simulation or by preliminary tests. In some cases, it may be advantageous if the largest possible friction surface is present at the end face penetrating into the components. This can according to 17 an injection molding geometry 4 on the blind rivet 2 , the rivet mother 2.1 or the shaft 5 can be provided, which has a substantially flat end face with a central centering Z, wherein the centering Z ensures that the rivet body and its shaft 5 centered on it when entering the upper component. The flat end face ensures a large friction surface, so that the material of the upper component is converted by the resulting friction in a partially liquid or doughy state and thereby a reliable training of the passage is realized from this material. For certain materials, a frusto-conical molding geometry may be required 4 with a centering tip Z cheaper (s. 18 ) or a spherical Einformgeometrie 4 with centering tip Z, (s. 19 ).

Bei einigen industriellen Anwendungen, in welchen eine exakte Führung und Positionierung von Verbindungselement und Bauteilen realisiert werden kann, ist nicht unbedingt eine Zentrierspitze erforderlich.In some industrial applications, where precise guidance and positioning of the connector and components can be realized, a centering tip is not necessarily required.

Claims (8)

Verbindungselement zum Fügen von wenigstens zwei aneinanderliegenden Bauteilen (10, 11), wobei das Verbindungselement in der Art eines Blindnietes (2) mit einem eine Längsachse aufweisenden Nietkörper mit einem Kopf (3) und einem diesem gegenüberliegenden radial aufweitbaren Bereich (8) ausgebildet ist und durch den Nietkörper aus Richtung des Kopfes (3) ein Schaft (5) ragt, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den aufweitbaren Bereich (8) in Richtung zu den Bauteilen (10, 11) eine, beim Fügen eine Lochung in den Bauteilen (10, 11) und einen hülsenförmigen Durchzug (7) des in Richtung zum Kopf (3) des Nietes angeordneten Bauteils (10) erzeugende, Einformgeometrie (4) anschließt, wobei der dem Kopf (3) gegenüberliegende Bereich, der in die Bauteile (10, 11) eindringt, die Einformgeometrie (4) aufweist und wobei die Einformgeometrie (4) im Wesentlichen eben, kegelstumpfförmig oder ballig ausgebildet ist und zusätzlich eine Zentrierspitze (Z) aufweist.Connecting element for joining at least two adjoining components ( 10 . 11 ), wherein the connecting element in the manner of a blind rivet ( 2 ) with a longitudinal axis having a rivet body with a head ( 3 ) and a radially expandable region (FIG. 8th ) is formed and by the rivet body from the direction of the head ( 3 ) a shaft ( 5 ), characterized in that adjoins the expandable area ( 8th ) in the direction of the components ( 10 . 11 ) one, when joining a perforation in the components ( 10 . 11 ) and a sleeve-shaped passage ( 7 ) towards the head ( 3 ) of the rivet arranged component ( 10 ) generating, Einformgeometrie ( 4 ), whereby the head ( 3 ) opposite region, which in the components ( 10 . 11 ), the Einformgeometrie ( 4 ) and wherein the Einformgeometrie ( 4 ) is substantially flat, frusto-conical or spherical and additionally has a centering tip (Z). Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (5) eine Sollbruchstelle aufweist oder in ein Innengewinde (2G) des Nietkörpers eingeschraubt ist.Connecting element according to claim 1, characterized in that the shaft ( 5 ) has a predetermined breaking point or in an internal thread ( 2G ) of the rivet body is screwed. Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschraubte Schaft (5) mit der Einformgeometrie (4) einteilig ausgebildet und mit dieser nach dem Fügen aus dem Nietkörper ausschraubbar ist.Connecting element according to claim 2, characterized in that the screwed shaft ( 5 ) with the molding geometry ( 4 ) formed in one piece and can be unscrewed with this after joining from the rivet body. Verbindungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietkörper als Nietmutter ausgebildet ist. Connecting element according to claim 3, characterized in that the rivet body is designed as a rivet nut. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen wenigstens zwei aneinanderliegenden Bauteilen, unter Verwendung eines Verbindungselementes in der Art eines Blindniets (2) mit einem eine Längsachse aufweisenden Nietkörper nach Anspruch 1, mit einem Kopf (3) und einem diesem gegenüberliegenden radial aufweitbaren Bereich (8), wobei durch den Nietkörper aus Richtung des Kopfes (3) ein Schaft (5) ragt, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den aufweitbaren Bereich (8) in Richtung zu den Bauteilen (10, 11) eine Einformgeometrie (4) anschließt, und mit folgenden Verfahrensschritten: – Übereinanderlegen der zu fügenden Bauteile (10, 11), – Aufsetzen des Verbindungselements mit seiner Einformgeometrie (4) auf die zu fügenden Bauteile (10, 11), – Beaufschlagen des Verbindungselementes während einer Vorhubbewegung mit einer axialen Fügekraft, wobei das Verbindungselement während des Fügevorganges unter Aufbringung der axialen Fügekraft mit einer Drehzahl rotiert, – wodurch in dem in Richtung zum Kopf (3) liegenden Bauteil (10) ein hülsenförmiger Durchzug (7) und in dem darunter liegenden Bauteil (11) ein Durchbruch erzeugt wird, durch den der hülsenförmige Durchzug (7) ragt und wobei der Nietkörper durch den Durchzug (7) eingebracht wird, – nach dem Einpressen des Nietkörpers entgegen der Vorhubbewegung Ziehen am Schaft (5) mit einer Kraft, wodurch der radial aufweitbare Bereich (8) des Nietkörpers und der Bereich des hülsenförmigen Durchzuges (7), der die zu fügenden Bauteile (10, 11) überragt, radial aufgeweitet werden und nachfolgend – der Schaft (5) entfernt wird.Method for producing a connection between at least two adjoining components, using a connection element in the manner of a blind rivet (US Pat. 2 ) with a longitudinal axis having rivet body according to claim 1, with a head ( 3 ) and a radially expandable region (FIG. 8th ), wherein by the rivet body from the direction of the head ( 3 ) a shaft ( 5 ), characterized in that adjoins the expandable area ( 8th ) in the direction of the components ( 10 . 11 ) an injection molding geometry ( 4 ), and with the following method steps: - superposition of the components to be joined ( 10 . 11 ), - placing the connecting element with its Einformgeometrie ( 4 ) on the components to be joined ( 10 . 11 ), - acting on the connecting element during a Vorhubbewegung with an axial joining force, wherein the connecting element rotates during the joining operation under application of the axial joining force at a speed, - whereby in the direction towards the head ( 3 ) component ( 10 ) a sleeve-shaped passage ( 7 ) and in the underlying component ( 11 ) a breakthrough is generated, through which the sleeve-shaped passage ( 7 ) and wherein the rivet body through the passage ( 7 ) is introduced, - after pressing the rivet body against the Vorhubbewegung pulling on the shaft ( 5 ) with a force whereby the radially expandable region ( 8th ) of the rivet body and the region of the tubular passage ( 7 ), the components to be joined ( 10 . 11 ) surmounted, radially expanded and subsequently - the shaft ( 5 ) Will get removed. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement während des Fügevorganges mit einer Drehzahl rotiert, durch welche der Werkstoff des zumindest in Richtung zum Kopf (3) angeordneten Bauteils (10) in einen teigigen Zustand übergeht und dadurch plastisch zu dem hülsenförmigen Durchzug (7) umgeformt wird und dass das radiale Aufweiten des aufweitbaren Bereiches (8) des Nietkörpers und des hülsenförmigen Durchzuges (7) erfolgen, während der teigige Zustand vorhanden ist.A method according to claim 5, characterized in that the connecting element rotates during the joining process at a speed through which the material of the at least in the direction of the head ( 3 ) arranged component ( 10 ) passes into a doughy state and thereby plastically to the tubular passage ( 7 ) and that the radial expansion of the expandable region ( 8th ) of the rivet body and the sleeve-shaped passage ( 7 ) while the doughy state is present. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (5) in den Nietkörper eingeschraubt ist und nach dem Herstellen der Verbindung aus dem Nietkörper geschraubt wird.Method according to claim 6, characterized in that the shaft ( 5 ) is screwed into the rivet body and is screwed after making the connection from the rivet body. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einformgeometrie (4) mit dem Schaft (5) verbunden ist und nach dem Herstellen der Verbindung gemeinsam mit dem Schaft (5) aus dem Nietkörper geschraubt wird oder dass der Schaft (5) durch eine Sollbruchstelle nach dem Herstellen der Verbindung abgetrennt wird.Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the Einformgeometrie ( 4 ) with the shaft ( 5 ) and after the connection has been made together with the shaft ( 5 ) is screwed out of the rivet body or that the shaft ( 5 ) is separated by a predetermined breaking point after establishing the connection.
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