DE102012017289A1 - Stamping element, useful in fastening arrangement for resistance welding of joining members e.g. sheet metal parts, comprises head element and shaft element having annular contour located at its one end facing away from end of head element - Google Patents

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Abstract

The stamping element comprises a head element and a shaft element (23). The shaft element has an annular contour (31) located at its one end facing away from an end of the head element. The stamping element forms a contact zone on joining members that are driven by predetermine force. The annular contour is a hollow cylinder formed with a front side (30), which is present in surface contact or line contact with the joining members. The shaft element has an annular circumference, an acute angle or an obtuse angle, or a circularly protruding supporting edge. The stamping element comprises a head element and a shaft element (23). The shaft element has an annular contour (31) located at its one end facing away from an end of the head element. The stamping element forms a contact zone on joining members that are driven by predetermine force. The annular contour is a hollow cylinder formed with a front side (30), which is present in surface contact or line contact with the joining members. The shaft element has an annular circumference, an acute angle or an obtuse angle, or a circularly protruding supporting edge. The front side or the supporting edge continuously extends in a transverse plane of the shaft element. The annular supporting edge is formed in a front side of the shaft element and formed by running edges, and is present in a radial direction at a same level with an outer side (29) or inner side of the shaft element. The shaft element includes a recess such as radially encircling annular groove. During the connection operation, a material of joining members forms form-fit connection in the recess. Independent claims are included for: (1) a fastening arrangement; and (2) a device for connecting a stamping element with joining member.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einprägeelement insbesondere für das Widerstandsschweißen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Befestigungsanordnung mit einem solchen Einprägeelement nach dem Patentanspruch 9 sowie eine Vorrichtung zur Verbindung des Einprägeelements mit einem Fügepartner nach dem Patentanspruch 10. Ein derartiges Einprägeelement kann beispielhaft als ein Nietelement in einem Stanznietverfahren angewendet werden.The invention relates to an embossing element in particular for resistance welding according to the preamble of claim 1, a fastening arrangement with such an embossing element according to claim 9 and a device for connecting the embossing element with a joining partner according to claim 10. Such an embossing element can be exemplified as a rivet in a punch riveting method are used.

Bei im Automobilbereich verwendeten Leichtbaustrukturen ist der Einsatz von Aluminium-Stahl-Verbindungen bekannt, bei denen zum Beispiel ein Aluminium-Blechteil mit einem Stahl-Blechteil verbunden ist. Zur Verbindung dieser beiden Blechteile kann zunächst ein Stahl-Einprägeelement in das Aluminium-Blechteil eingetrieben werden. Anschließend kann das in dem Aluminium-Blechteil eingetriebene Stahl-Einprägeelement durch Punktschweißen mit dem Stahl-Blechteil verbunden werden.In lightweight structures used in the automotive industry, the use of aluminum-steel joints is known in which, for example, an aluminum sheet metal part is connected to a steel sheet metal part. To connect these two sheet metal parts, a steel stamping element can first be driven into the aluminum sheet metal part. Subsequently, the driven in the aluminum sheet metal part steel stamping element can be connected by spot welding to the steel sheet metal part.

Auf der DE 2009 035 338 A1 ist ein solches Stanznietverfahren bekannt, bei dem das Stahl-Nietelement auf ein Aluminium-Blechteil aufsetzbar und mit vorgegebener Einpresskraft durch das Aluminium-Blechteil treibbar ist. Das Nietelement weist einen Nietkopf sowie einen Nietschaft auf. Nach dem Eintreiben ragt das Nietelement mit seinem Nietschaft um einen vorgegebenen Überstand aus dem Aluminium-Blechteil heraus. Das aus dem Aluminium-Blechteil herausragende Ende des Nietschaftes wird dann gegebenenfalls unter Zwischenlage einer Klebschicht mit dem Stahl-Blechteil punktverschweißt.On the DE 2009 035 338 A1 Such a punch riveting method is known in which the steel rivet element can be placed on an aluminum sheet metal part and can be driven by the aluminum sheet metal part with a predetermined press-in force. The rivet element has a rivet head and a rivet shank. After driving in, the rivet element protrudes with its rivet shank out of the aluminum sheet metal part by a predetermined projection. The protruding from the aluminum sheet metal part end of the rivet shank is then optionally spot-welded with the interposition of an adhesive layer with the steel sheet metal part.

Gemäß der DE 10 2009 035 338 A1 weist der Nietschaft des Nietelementes einen zylindrischen Grundkörper aus Vollmaterial auf, der an seinem, dem Nietkopf abgewandten Ende eines konusartig zulaufende Spitze aufweist. Auf dieser Weise ergibt sich beim Punktschweißen ein mittig auf der Nietelement-Längsachse liegender Aufsetzpunkt, der im Hinblick auf eine einwandfreie Schweißanbindung von Vorteil ist.According to the DE 10 2009 035 338 A1 the rivet shank of the rivet element has a cylindrical basic body made of solid material, which has at its end facing away from the rivet head of a cone-like tapered tip. In this way, during spot welding results in a centrally located on the rivet element longitudinal axis Aufsetzpunkt, which is in terms of a perfect weld connection advantage.

Bei der oben dargelegten Nietelement-Geometrie kann allerdings eine außermittige, das heißt exzentrische Krafteinleitung beim Eintreiben des Nietelementes in das Aluminium-Blechteil zu Problemen führen. Erfolgt nämlich die Krafteinleitung nicht in Flucht mit der Längsachse, sondern um einen Querversatz exzentrisch dazu, so ergibt sich zwischen der Krafteinleitungsstelle und der Längsachse ein Hebelarm. Dadurch wird das Nietelement mit einem, um den Aufsetzpunkt gerichteten Kippmoment beaufschlagt. Dies kann zwischen dem Nietelement-Kopf und dem Aluminium-Blechteil zu einer Spaltbildung mit den bekannten Korrosionsproblemen führen. Zudem ergibt sich durch den gegebenenfalls einseitig aufstehenden Nietelement-Kopf eine Störkontur, die im weiteren Fertigungsverlauf zu Problemen führen kann.In the case of the rivet element geometry set out above, however, an eccentric, ie eccentric, introduction of force when the rivet element is driven into the aluminum sheet metal part can lead to problems. If the introduction of force does not occur in alignment with the longitudinal axis, but eccentrically by a transverse offset, a lever arm results between the force introduction point and the longitudinal axis. As a result, the rivet element is subjected to a tilting moment directed around the seating point. This can lead to a gap formation between the rivet element head and the aluminum sheet metal part with the known corrosion problems. In addition, results from the optionally one-sided rivet element head an interference contour, which can lead to problems in the further manufacturing process.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Einprägeelement für das Widerstandsschweißen, eine Befestigungsanordnung mit einem solchen Einprägeelement sowie eine Vorrichtung zur Verbindung des Einprägeelementes mit dem Fügepartner bereitzustellen, bei dem in einfacher Weise eine einwandfreie Bauteilverbindung gewährleistet ist.The object of the invention is to provide an embossing element for resistance welding, a fastening arrangement with such an embossing element and a device for connecting the embossing element with the joining partner, in which a perfect component connection is ensured in a simple manner.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1, des Patentanspruches 9 oder des Patentanspruches 10 gelöst.The object is solved by the features of claim 1, claim 9 or claim 10.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Einprägeelement als ein Nietelement speziell bei Anwendung in einem Stanznietverfahren beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass das Einprägeelement nicht auf das Stanznietverfahren beschränkt ist. So beruht die Erfindung auf dem Sachverhalt, dass bei der oben angegebenen Nietelement-Geometrie mit nur einer punktförmigen Spitze am unteren Ende des Nietelementes eine zur Nietelement-Längsachse koaxiale Krafteinleitung beim Stanznietverfahren zwingend erforderlich ist, jedoch oftmals nur mit entsprechend hohem fertigungstechnischen Aufwand ermöglicht ist. Vor diesem Hintergrund weist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Nietschaft des erfindungsgemäßen Nietelementes an seinem dem Nietkopf abgewandten Ende eine spezielle Ringkontur auf. Mit der Ringkontur kann das Nietelement unter Bildung einer ringförmigen Kontaktzone auf dem Fügepartner aufgesetzt werden. Durch die ringförmige Kontaktzone ist der Nietschaft nicht mehr nur punktförmig abstützbar, sondern ist seine Abstützbasis entsprechend erhöht. Auf diese Weise ist das Stanznietverfahren insgesamt toleranzverträglicher gestaltet, wobei selbst eine exzentrische Krafteinleitung mit Querversatz erlaubt ist, ohne dass es zu einer Kippbewegung des Nietelementes kommt. Insbesondere kann der Krafteinleitungspunkt radial innerhalb der Ringkontur liegen, ohne dass eine Kippbewegung des Nietelementes zu befürchten ist.The embossing element according to the invention will be described below as a rivet element, especially when used in a stamped riveting method. It is understood, however, that the embossing element is not limited to the punch riveting method. Thus, the invention is based on the fact that in the above rivet element geometry with only a punctiform tip at the lower end of the rivet element coaxial to the rivet longitudinal axis force application in punch riveting is mandatory, but often only with a correspondingly high manufacturing complexity is possible. Against this background, according to the characterizing part of patent claim 1, the rivet shank of the rivet element according to the invention has a special ring contour at its end remote from the rivet head. With the ring contour, the rivet element can be placed on the joining partner to form an annular contact zone. Due to the annular contact zone, the rivet shank is no longer only punctiform supportable, but his Abstützbasis is increased accordingly. In this way, the punch riveting method is designed to tolerate more tolerable, with even an eccentric introduction of force with transverse offset is allowed without causing a tilting movement of the rivet element. In particular, the force introduction point can lie radially within the ring contour, without a tilting movement of the rivet element is to be feared.

Die nachfolgenden Erfindungsaspekte werden zum einfacheren Verständnis anhand einer besonders bevorzugten Verbindung eines Aluminium-Blechteiles mit einem Stahl-Blechteil mit Hilfe eines Stahl-Nietelementes beschrieben. Demnach ist der erste Fügepartner das Aluminium-Blechteil und der zweite Fügepartner das Stahl-Blechteil. Es versteht sich, dass die folgenden Erfindungsaspekte jedoch auch unabhängig von dieser speziellen Werkstoff-Paarung generell für jegliche andere Fügepartner gelten.The following aspects of the invention will be described for ease of understanding with reference to a particularly preferred connection of an aluminum sheet metal part with a steel sheet metal part by means of a steel rivet element. Accordingly, the first joining partner is the aluminum sheet metal part and the second joining partner is the steel sheet metal part. It is understood, however, that the following aspects of the invention, regardless of this particular material pairing, generally apply to any other joining partner.

In einer Ausführungsform kann zur Ausbildung der Ringkontur der Nietschaft zumindest in seinem, dem Nietkopf abgewandten Bereich hohlzylindrisch mit einer ringförmigen Stirnseite ausgebildet sein. Die ringförmige Stirnseite kann je nach Geometrie in Flächenkontakt oder in Linienkontakt mit dem Aluminium-Blechteil oder dem Stahl-Blechteil bringbar sein. Im Hinblick auf eine einwandfreie Schweißanbindung ist ein Linienkontakt der Ringkontur mit dem Fügepartner von Vorteil. In one embodiment, in order to form the ring contour of the rivet shank, at least in its region facing away from the rivet head, a hollow cylinder with an annular end face may be formed. Depending on the geometry, the annular end face can be brought into surface contact or in line contact with the aluminum sheet metal part or the steel sheet metal part. With regard to a perfect welding connection, line contact of the ring contour with the joining partner is advantageous.

Zur Realisierung eines solchen Linienkontaktes kann der Nietschaft zur Ausbildung der Ringkontur an seinem, dem Nietkopf abgewandten Ende eine ringförmig umlaufende Auflagekante aufweisen, die spitzwinklig oder stumpfwinklig in Axialrichtung vorragt. Damit die Ringkontur eine stabile Abstützbasis für das Nietelement ergibt, kann diese bevorzugt durchgängig in einer Querebene des Nietschaftes verlaufen. Die oben beschriebene ringförmige Auflagekante kann zudem unmittelbar in der dem Nietkopf abgewandten Stirnseite des Nietschaftes ausgebildet sein. Hierzu kann die ringförmige Auflagekante durch aufeinander zu laufende Flanken gebildet sein. Die ringförmige Auflagekante kann zur weiteren Verbesserung der Abstützbasis bevorzugt in der Radialrichtung auf gleicher Höhe wie die Außenseite des Nietschaftes liegen. In diesem Fall ist die ringförmige Auflagekante in axialer Verlängerung zur Außenseite des Nietschaftes angeordnet. Alternativ dazu kann die ringförmige Auflagekante auch auf gleicher Höhe wie die Innenseite des hohlzylindrischen Nietschafts liegen.To realize such a line contact, the rivet shank for forming the ring contour at its, the rivet head end remote from an annular peripheral support edge, which projects at an acute angle or obtuse angle in the axial direction. So that the ring contour results in a stable support base for the rivet element, it can preferably run continuously in a transverse plane of the rivet shank. The above-described annular support edge may also be formed directly in the end face of the rivet shank facing away from the rivet head. For this purpose, the annular bearing edge may be formed by mutually running flanks. The annular support edge may be to further improve the support base preferably in the radial direction at the same height as the outside of the rivet shank. In this case, the annular bearing edge is arranged in axial extension to the outside of the rivet shank. Alternatively, the annular bearing edge can also be at the same height as the inside of the hollow cylindrical rivet shank.

Besonders bevorzugt ist es, wenn nach dem erfolgten Stanz-Nietverfahren das Nietelement verliersicher im Aluminium-Blechteil befestigt ist. Zur Bereitstellung einer solchen Verliersicherung kann der Nietschaft radial außenseitig eine Vertiefung, insbesondere eine radial umlaufende Ringnut aufweisen. Beim Verbindungsvorgang des Nietelementes mit dem Aluminium-Blechteil kann Aluminium-Material zur Bildung einer Formschlussverbindung in die Vertiefung hinein verlagert werden.It is particularly preferred if, after the punching riveting process has taken place, the rivet element is fastened captive in the aluminum sheet metal part. To provide such a captive securing, the rivet shank may have a recess on the outside, in particular a radially encircling annular groove. When connecting the rivet element to the aluminum sheet metal part, aluminum material can be displaced into the recess to form a positive connection.

Wie oben erwähnt, wird das Nietelement beim Stanznieten zunächst auf das Aluminium-Blechteil aufgesetzt und mit vorgegebener Einpresskraft in das Aluminium-Blechteil getrieben. Nach erfolgtem Eintreiben kann das Nietelement mit einem vorgegebenen Überstand die dem Nietkopf abgewandte Seite des Aluminium-Blechteiles überragen. Das aus dem Aluminium-Blechteil vorragende Ende des Nietschaftes wird anschließend gegebenenfalls unter Zwischenlage einer Klebschicht mit dem Stahl-Blechteil verschweißt, wobei die Schweißlinse bevorzugt nicht punktförmig, sondern ringförmig ist. Mit Hilfe der Klebschicht wird zudem gewährleistet, dass ein elektrolytischer Kontakt zwischen dem Aluminium-Blechteil und dem Stahl-Blechteil verhindert ist.As mentioned above, the rivet element is initially placed on the aluminum sheet metal part during punching riveting and driven into the aluminum sheet metal part with a predetermined press-in force. After the driving in, the rivet element can protrude beyond the rivet head side of the aluminum sheet metal part with a predetermined projection. The protruding from the aluminum sheet metal part end of the rivet shank is then optionally welded with the interposition of an adhesive layer with the steel sheet metal part, wherein the weld lens is preferably not point-like, but annular. With the help of the adhesive layer is also ensured that an electrolytic contact between the aluminum sheet metal part and the steel sheet metal part is prevented.

Die Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Stanz-Nietverfahrens weist einen Stempel auf, mit dem das Nietelement durch das Aluminium-Blechteil getrieben werden kann. Zudem weist die Vorrichtung eine Matrize auf, die als ein Widerlager auf der, vom Stempel abgewandten Seite des Aluminium-Blechteiles positioniert ist. Der beim Eintreiben des Stahl-Nietelementes in das Aluminium-Blechteil ausgestanzte Butzen kann durch einen Durchlass der Matrize abgeführt werden, in den der Nietschaft des Nietelementes mit seinem unteren Ende einfahrbar ist.The device for carrying out a punching-riveting method according to the invention has a punch with which the rivet element can be driven through the aluminum sheet-metal part. In addition, the device has a die, which is positioned as an abutment on the side facing away from the stamp side of the aluminum sheet metal part. The punched in driving the steel rivet in the aluminum sheet metal part can be removed through a passage of the die, in which the rivet shank of the rivet element is retractable with its lower end.

Nachfolgend ist eine spezielle Geometrie der Matrize beschrieben, um das Stahl-Nietelement verliersicher im Aluminium-Blechteil zu haltern. Demzufolge ist der Durchlass der Matrize ringförmig gestaltet, und zwar radial begrenzt durch eine äußere hohlzylindrische Innenwand der Matrize sowie einen radial inneren Konus. Der Konus weitet sich in der Einfahrrichtung des Nietelementes aus und kann gegebenenfalls so bemessen sein, dass beim Einfahrvorgang die Ringkontur an der Konusfläche anschlägt und aufgespreizt wird.The following is a special geometry of the die described to hold the steel rivet element captive in the aluminum sheet metal part. Accordingly, the passage of the die is annular, namely radially bounded by an outer hollow cylindrical inner wall of the die and a radially inner cone. The cone expands in the direction of retraction of the rivet element and can optionally be dimensioned so that the ring contour abuts the cone surface during retraction and is spread apart.

Alternativ/oder zusätzlich kann die Matrize auf ihrem, dem Aluminium-Blechteil zugewandten Auflager zumindest einen Vorsprung aufweisen. Der Vorsprung wird beim Stanznieten in das Aluminium-Blechteil gedrückt, wodurch Aluminium-Material verlagert wird, und dadurch entsprechend die auf den Nietschaft wirkenden Klemmkräfte erhöht werden. Bevorzugt ist der Vorsprung unmittelbar am Durchlass-Rand der Matrize angeformt.Alternatively / or additionally, the die may have at least one projection on its support facing the aluminum sheet metal part. The projection is pressed during punch riveting in the aluminum sheet metal part, whereby aluminum material is displaced, and thereby correspondingly increases the clamping forces acting on the rivet shank. Preferably, the projection is formed directly on the passage edge of the die.

Die mit dem Vorsprung ausgebildete Matrize ist insbesondere in Kombination mit den radial außenseitigen Vertiefungen im Nietschaft wirkungsvoll. In diesem Fall kann sich nämlich das Aluminium-Material in die radial äußeren Vertiefungen des Nietschaftes hinein verlagern, wodurch sich eine Formschlussverbindung zwischen dem Nietelement und dem Aluminium-Blechteil ergibt.The die formed with the projection is effective, in particular in combination with the radially outer recesses in the rivet shank. In this case, namely, the aluminum material can be displaced into the radially outer recesses of the rivet shank, resulting in a positive connection between the rivet and the aluminum sheet metal part.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The advantageous embodiments and / or further developments of the invention explained above and / or reproduced in the dependent claims can be used individually or else in any desired combination with one another, for example in the case of clear dependencies or incompatible alternatives.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnung näher erläutert.The invention and its advantageous embodiments and / or developments and their advantages will be explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 bis 5 jeweils grob schematische Ansichten zur Veranschaulichung eines Stanz-Nietverfahrens mit darauf folgender Widerstands. Schweißung; 1 to 5 in each case roughly schematic views for illustrating a punching Riveting with subsequent resistance. welding;

6 in einer vergrößerten Darstellung ein erfindungsgemäßes Nietelement in Seitenschnittansicht; 6 in an enlarged view of an inventive rivet element in side sectional view;

7 bis 9 jeweils mögliche unterschiedliche Konturen im Fußbereich des Nietelementes; 7 to 9 each possible different contours in the foot of the rivet element;

10 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Nietelement zur Beschreibung der mit der Erfindung gelösten Problematik; 10 a known from the prior art rivet to describe the problem solved by the invention;

11 eine Seitenansicht einer Matrize im Vollschnitt; und 11 a side view of a die in full section; and

12 in einer Explosionsdarstellung ein Nietelement, ein Aluminium-Blechteil sowie eine Matrize gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 12 in an exploded view of a rivet, an aluminum sheet metal part and a die according to another embodiment.

Das erfindungsgemäße Einprägeelement 3 ist in den Figuren beispielhaft als ein Nietelement für den Einsatz in einem Stanznietverfahren dargestellt. So ist speziell in den 1 bis 5 ein Stanz-Nietverfahren mit nachgeschaltetem Widerstandspunktschweißen grob schematisch insoweit veranschaulicht, wie es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demzufolge wird in den, in den 1 bis 5 veranschaulichten Verfahrensschritten ein Aluminium-Blechteil 1 mit Hilfe eines Stahl-Nietelementes 3 mit einem Stahl-Blechteil 5 verbunden. Hierzu wird zunächst der 1 das Nietelemente 3 auf das Aluminium-Blechteil 1 aufgesetzt und zum Beispiel mit Hilfe einer nicht dargestellten Einpresszange mit einer vorgegebenen Einpresskraft FP durch das Material des Aluminium-Blechteiles 1 hindurch getrieben. Der dadurch aus dem Aluminium-Blechteil 1 gestanzte Butzen 5 (2) wird durch einen Durchlass 7 einer als Widerlager wirkenden Matrize 9 abgeführt. Während des Einpressvorganges ist das Aluminium-Blechteil 1 mit seiner Unterseite 11 auf ein Auflager 13 der Matrize 9 abgestützt.The stamping element according to the invention three is shown in the figures by way of example as a rivet element for use in a stamped riveting method. So is special in the 1 to 5 a punching-riveting method with downstream resistance spot welding roughly schematically illustrated insofar as it is necessary for understanding the invention. Accordingly, in the, in the 1 to 5 illustrated method steps an aluminum sheet metal part 1 with the help of a steel rivet element three with a steel sheet metal part 5 connected. For this purpose, the first 1 the rivet elements three on the aluminum sheet metal part 1 placed and, for example, by means of a not shown pressing tool with a predetermined pressing force F P through the material of the aluminum sheet metal part 1 driven through. The resulting from the aluminum sheet metal part 1 punched slugs 5 ( 2 ) is through a passage 7 an acting as an abutment die 9 dissipated. During the press-fitting process is the aluminum sheet metal part 1 with its bottom 11 on a support 13 the matrix 9 supported.

Nach dem Einpressvorgang ragt gemäß der 3 das Nietelement 3 mit einem Überstand a aus der, vom Nietkopf 15 abgewandten Seite 11 des Aluminium-Blechteiles 1 hervor, und zwar mit einem, dem Nietkopf 15 abgewandten Ende 17. Anschließend erfolgt gemäß den 4 und 5 die stoffschlüssige Verbindung mit dem Stahl-Blechteil 5. Hierzu wird das Stahl-Blechteil 5 an seiner Kontaktfläche mit einer Klebstoffschicht 19 versehen und das aus dem Aluminium-Blechteil 1 überstehende Ende 17 des Nietelementes 3 in Kontakt mit dem Stahl-Blechteil 5 gebracht. Darauffolgend wird mit konventioneller Widerstandspunktschweißtechnologie das Ende 17 des Nietelementes 3 unter Bildung einer Schweißlinse 21 mit dem Stahl-Blechteil 5 verschweißt.After the press-in process protrudes in accordance with the three the rivet element three with a supernatant a from the, from the rivet head 15 opposite side 11 of the aluminum sheet metal part 1 out, with one, the rivet head 15 opposite end 17 , Subsequently, according to the 4 and 5 the cohesive connection with the steel sheet metal part 5 , For this purpose, the steel sheet metal part 5 at its contact surface with an adhesive layer 19 provided and that from the aluminum sheet metal part 1 overhanging end 17 of the rivet element three in contact with the steel sheet metal part 5 brought. This is followed by conventional resistance spot welding technology 17 of the rivet element three forming a weld nugget 21 with the steel sheet metal part 5 welded.

Anhand der 6 ist die spezielle Geometrie des erfindungsgemäßen Stahl-Nietelementes 3 beschrieben. Demzufolge weist das Nietelement 3 neben dem Nietkopf 5 einen durch das Aluminium-Blechteil 1 zu treibenden Nietschaft 23 auf, der gemäß der 6 hohlzylindrisch (auch halbhohl ist denkbar) mit einer Bohrung 25 ausgeführt ist. Das Nietelement 3 ist ein um eine Längsachse A rotationssymmetrisch ausgebildeter Stahl-Körper. Dessen Nietschaft 23 weist eine zylindrische Außenseite 29 auf, die um einen Außenradius r von der Längsachse A des Nietelements 3 beabstandet ist.Based on 6 is the special geometry of the steel rivet element according to the invention three described. Consequently, the rivet element three next to the rivet head 5 one through the aluminum sheet metal part 1 to be driven rivet 23 on, according to the 6 hollow cylindrical (also semi-hollow is conceivable) with a bore 25 is executed. The rivet element three is a trained about a longitudinal axis A rotationally symmetrical steel body. Its riveting 23 has a cylindrical outside 29 on, which is an outer radius r from the longitudinal axis A of the rivet element three is spaced.

Durch die hohlzylindrische Ausbildung des Nietschaftes 29 ergibt sich an seinem, dem Nietkopf 15 abgewandten Ende 17 eine Ringkontur 31, mit der das Nietelement 3 unter Bildung einer ringförmigen Kontaktzone K (1 und 4) auf das Aluminium-Blechteil 1 und auf das Stahl-Blechteil 5 aufsetzbar ist. Aufgrund der Ringkontur 31 ist die Schweißlinse 21 (5) zwischen dem Nietelement 3 und dem Stahl-Blechteil 5 nicht punktförmig, sondern ringförmig.Due to the hollow cylindrical design of the rivet shank 29 results from his, the rivet head 15 opposite end 17 a ring contour 31 with which the rivet element three forming an annular contact zone K ( 1 and 4 ) on the aluminum sheet metal part 1 and on the steel sheet metal part 5 can be placed. Due to the ring contour 31 is the nugget 21 ( 5 ) between the rivet element three and the steel sheet metal part 5 not punctiform but annular.

Die Ringkontur 31 des Nietschaftes 23 ist in der 6 durch eine ringförmige Stirnseite 30 gebildet, die durchgängig in einer Querebene zur Längsachse A verläuft. Die Stirnseite 30 ist dabei jeweils in Flächenkontakt mit dem Aluminium-Blechteil 1 sowie dem Stahl-Blechteil 5 bringbar.The ring contour 31 of riveting 23 is in the 6 through an annular end face 30 formed, which runs continuously in a transverse plane to the longitudinal axis A. The front side 30 is in each case in surface contact with the aluminum sheet metal part 1 as well as the steel sheet metal part 5 brought.

Die in der 6 dargestellte spezielle Geometrie des Nietschaftes 23 ergibt eine im Vergleich zu bekannten Nietelementen (siehe zum Beispiel die 10) wesentlich vergrößerte und damit stabilere Abstützbasis, die insbesondere bei einer exzentrischen Krafteinleitung der Einpresskraft von Vorteil ist. Beispielhaft sind in der 6 mit Pfeilen eine zentrische Krafteinleitung Fp1 sowie zwei exzentrische Krafteinleitungen Fp2 und Fp3 angedeutet. Bei den exzentrischen Krafteinleitungen ist der Krafteinleitungspunkt um einen Querversatz Δy2 oder Δy3 (6) radial von der Längsachse A versetzt. Der Querversatz Δy2 ist kleiner als der Außenradius r des Nietschafts 23, wodurch bei sich der exzentrischen Krafteinleitung Fp2 kein Hebelarm und damit kein Kippmoment ergibt, mit dem das Nietelement 3 kippen könnte.The in the 6 illustrated special geometry of the rivet shank 23 gives a comparison to known rivet elements (see for example the 10 ) substantially enlarged and thus more stable support base, which is particularly advantageous for an eccentric force introduction of the press-in force. Exemplary are in the 6 Arrows indicate a centric introduction of force F p1 and two eccentric force inputs F p2 and F p3 . In the case of eccentric force introduction, the force introduction point is a transverse offset Δy 2 or Δy 3 (FIG. 6 ) offset radially from the longitudinal axis A. The transverse offset Δy 2 is smaller than the outer radius r of the rivet shank 23 , Which results in the eccentric force F P2 no lever arm and thus no tilting moment with which the rivet element three could tip over.

Der Querversatz Δy3 bei der exzentrischen Krafteinleitung Fp3 ist dagegen größer als der Außenradius r des Nietschafts 23. Dadurch ergibt sich zwischen der Außenseite 29 und dem Krafteinleitungspunkt Fp3, ein Hebelarm h. Im Gegensatz zur Erfindung (vergleiche 10) ist jedoch der Hebelarm h und damit das entstehende Kippmoment so gering, dass ein Kippen des Nietelements 3 zu befürchten ist.By contrast, the transverse offset Δy 3 in the case of the eccentric force introduction F p3 is greater than the outer radius r of the rivet shaft 23 , This results between the outside 29 and the force application point F p3 , a lever arm h. In contrast to the invention (cf. 10 ) However, the lever arm h and thus the resulting tilting moment is so low that tilting of the rivet element three is to be feared.

In den folgenden 7 bis 9 sind in vergrößerten Detailansichten alternative Ringkonturen 31 dargestellt. So ist in der 7 an der flächigen Stirnseite 30 eine in der Axialrichtung vorragende sowie ringförmig umlaufende Auflagekante 32 angeformt. Die Auflagekante 32 ist in der 7 durch gleichschenklig aufeinander zu laufende Flanken 33, 34 ausgebildet und in etwa zwischen der Außenwand 29 und der Innenwand 27 des hohlzylindrischen Nietschaftes 23 mittig angeordnet. Entsprechend ist die in der 7 gezeigte ringförmig umlaufende Auflagekante 33 stumpfwinklig ausgeführt..In the following 7 to 9 are in enlarged detail views alternative ring contours 31 shown. So is in the 7 at the flat front side 30 a projecting in the axial direction and annular peripheral bearing edge 32 formed. The bearing edge 32 is in the 7 by isosceles to each other running flanks 33 . 34 formed and approximately between the outer wall 29 and the inner wall 27 of the hollow cylindrical rivet shank 23 arranged in the middle. Accordingly, the in the 7 shown annular peripheral support edge 33 executed at an obtuse angle ..

Anstelle dessen sind in der 8 und 9 jeweils Ringkonturen 31 mit spitzwinkligen, ringförmig umlaufenden Auflagekanten 32 dargestellt. In der 8 ist die innenseitige Flanke 33 in der Axialrichtung A in Flucht zur Innenwand 27 ausgeführt. Die spitzwinklige Auflagekante 32 ist daher, in der Radialrichtung betrachtet, auf gleicher Höhe mit der Innenwand 27 des Nietschaftes 23 angeordnet.Instead, in the 8th and 9 each ring contours 31 with acute-angled, annular peripheral edges 32 shown. In the 8th is the inside flank 33 in the axial direction A in alignment with the inner wall 27 executed. The acute-angled bearing edge 32 is therefore, considered in the radial direction, at the same height with the inner wall 27 of riveting 23 arranged.

Die in der 9 gezeigte Ringkontur 31 eine spitzwinklige, ringförmig umlaufende Auflagekante 32 auf, deren radial äußere Flanke 34 in Flucht mit der Außenseite 29 des Nietschaftes 23 verlängert ist. Entsprechend ist in der 9 die spitzwinklige Auflagekante 32, in Radialrichtung betrachtet, auf gleicher Höhe mir der Außenseite 29 des Nietschaftes 23 angeordnet. Die somit gebildete Abstützbasis ist daher im Vergleich zur 7 und zur 8 noch weiter erhöht. Alternativ sind nicht nur spitzwinklige, sondern auch runde Geometrien möglich.The in the 9 shown ring contour 31 an acute-angled, annular peripheral bearing edge 32 on, whose radially outer edge 34 in flight with the outside 29 of riveting 23 is extended. Accordingly, in the 9 the acute-angled bearing edge 32 , viewed in the radial direction, at the same height as the outside 29 of riveting 23 arranged. The support base thus formed is therefore compared to 7 and to 8th even further increased. Alternatively, not only acute-angled but also round geometries are possible.

In der 10 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Nietelement 3 dargestellt, um die von der Erfindung gelöste Problematik zu veranschaulichen. Im Unterschied zur Erfindung weist das Nietelement 3 gemäß der 10 einen zylindrischen Nietschaft 23 aus Vollmaterial auf, der an seinem, dem Nietkopf 15 abgewandten Ende 17 konisch auf eine, auf der Längsachse A gelegene Konusspitze 39 zuläuft. Die im Vergleich zur Ringkontur 31 von der Konusspitze 39 bereitgestellte Abstützbasis ist somit nur punktförmig und damit wesentlich geringer als bei der Erfindung. Die geringe Abstützbasis hat insbesondere bei einer in der 10 angedeuteten exzentrischen Krafteinleitung der Einpresskraft Fp Auswirkungen. Bei einer solchen exzentrischen Krafteinleitung ist der Krafteinleitungspunkt wiederum um einen Querversatz Δy von der Längsachse A beabstandet. Der Querversatz Δy entspricht einem Hebelarm, mit dem das Nietelement 3 mit einem Kippmoment MK gekippt wird. Aufgrund der im Vergleich zur Erfindung wesentlich reduzierteren Abstützbasis führt die exzentrische Krafteinleitung unweigerlich zu einem Kippen des Nietelementes 3 (durch die strichpunktierten Linien angedeutet), wodurch es zu Anbindungsfehlern zwischen dem Element 3 und dem Stahlteil oder generell zu Anbindungsfehlern bei der Blechteil-Verbindung kommen kann.In the 10 is a known from the prior art rivet element three to illustrate the problem solved by the invention. In contrast to the invention, the rivet element three according to the 10 a cylindrical rivet shank 23 made of solid material, on his, the rivet head 15 opposite end 17 conical on a, located on the longitudinal axis A cone tip 39 tapers. The compared to the ring contour 31 from the cone tip 39 Provided support base is thus only punctiform and thus much lower than in the invention. The low support base has in particular at a in the 10 indicated eccentric force introduction of the pressing force F p impact. In such an eccentric introduction of force of the force application point is again spaced by a transverse offset Δy from the longitudinal axis A. The transverse offset Δy corresponds to a lever arm with which the rivet element three is tilted with a tilting moment M K. Due to the significantly reduced compared to the invention support base leads the eccentric force introduction inevitably to a tilting of the rivet element three (indicated by the dash-dotted lines), which leads to connection errors between the element three and the steel part or in general can lead to connection errors in the sheet metal part connection.

In den 11 und 12 sind jeweils spezielle Geometrien der Matrize 9 beschrieben, mit deren Hilfe das Stahl-Nietelement 3 verliersicher im Aluminium-Blechteil 1 gehaltert werden kann. Demzufolge ist gemäß der 11 der Durchlass 7 der Matrize 9 ringförmig gestaltet, und zwar radial begrenzt durch eine äußere hohlzylindrische Innenwand 43 der Matrize 9 sowie einen radial inneren Konus 45. Der Konus 45 weitet sich in der Einfahrrichtung des Nietelementes 3 aus und ist so bemessen, dass beim Einfahrvorgang die Ringkontur 31 an der Konusfläche anschlägt und aufgespreizt wird.In the 11 and 12 are each special geometries of the die 9 described with their help the steel rivet element three captive in the aluminum sheet metal part 1 can be held. Consequently, according to the 11 the passage 7 the matrix 9 designed annular, and although radially bounded by an outer hollow cylindrical inner wall 43 the matrix 9 and a radially inner cone 45 , The cone 45 widens in the retraction direction of the rivet element three from and is dimensioned so that during retraction the ring contour 31 strikes the cone surface and is spread.

In der 12 weist die Matrize 9 auf ihrem, dem Aluminium-Blechteil 1 zugewandten Auflager 13 beispielhaft einen Kreisring 47 auf, der am Öffnungsrand des Durchlasses 7 angeformt ist. Der Kreisring 7 wird beim Stanznieten in das Aluminium-Blechteil 1 eingedrückt. Dadurch wird Aluminium-Material in die radial äußere Ringnut 41 des Nietschaftes 23 hinein verlagert, wodurch sich zwischen dem Nietelement 3 und dem Aluminium-Blechteil 1 eine Formschlussverbindung ergibt.In the 12 has the die 9 on her, the aluminum sheet metal part 1 facing support 13 an example of a circular ring 47 on, at the opening edge of the passage 7 is formed. The circular ring 7 is punched in the aluminum sheet metal part 1 pressed. This turns aluminum material into the radially outer annular groove 41 of riveting 23 shifted in, resulting in between the rivet element three and the aluminum sheet metal part 1 a positive connection results.

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Claims (12)

Einprägeelement für das Widerstandsschweißen, das auf zumindest einen Fügepartner (1, 5), insbesondere ein Blechteil, aufsetzbar und mit vorgegebener Kraft (FP) durch den Fügepartner (1, 5) treibbar ist, welches Einprägeelement (3) einen Elementkopf (15) und einen Elementschaft (23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementschaft (23) des Einprägeelements (3) an seinem dem Elementkopf (15) abgewandten Ende (17) eine Ringkontur (31) aufweist, mit der das Einprägeelement (3) unter Bildung einer ringförmigen Kontaktzone (K) auf dem Fügepartner (1, 5) aufsetzbar ist.Imprinting element for resistance welding, which is applied to at least one joining partner ( 1 . 5 ), in particular a sheet metal part, can be placed and with a predetermined force (F P ) by the joining partner ( 1 . 5 ), which impressing element ( three ) an element head ( 15 ) and an elementary ( 23 ), characterized in that the element shaft ( 23 ) of the impressing element ( three ) at its the element head ( 15 ) facing away from the end ( 17 ) an annular contour ( 31 ), with which the imprinting element ( three ) forming an annular contact zone (K) on the joining partner ( 1 . 5 ) can be placed. Einprägeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Ringkontur (31) der Elementschaft (23) zumindest an seinem dem Elementkopf (15) abgewandten Ende (17) hohlzylindrisch mit einer ringförmigen Stirnseite (30) ausgebildet ist, die in Flächenkontakt oder in Linienkontakt mit dem Fügepartner (1, 5) bring bar ist.An embossing element according to claim 1, characterized in that for the formation of the ring contour ( 31 ) of the elementary ( 23 ) at least at its the element head ( 15 ) facing away from the end ( 17 ) hollow cylindrical with an annular end face ( 30 ) which is in surface contact or in line contact with the joining partner ( 1 . 5 ) bring bar is. Einprägeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementschaft (23) zur Ausbildung der Ringkontur (31) an seinem dem Elementkopf (15) abgewandten Ende (17) eine ringförmig umlaufende, spitzwinklig oder stumpfwinklig oder runde vorragende Auflagekante (32) aufweist.An embossing element according to claim 1 or 2, characterized in that the element shaft ( 23 ) for forming the ring contour ( 31 ) at its the element head ( 15 ) facing away from the end ( 17 ) an annular circumferential, acute-angled or obtuse-angled or round projecting bearing edge ( 32 ) having. Einprägeelement nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkontur (31), insbesondere die Stirnseite (30) oder die ringförmige Auflagekante (32), durchgängig in einer Querebene des Elementschafts (23) verläuft.An embossing element according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the ring contour ( 31 ), in particular the front side ( 30 ) or the annular support edge ( 32 ), consistently in a transverse plane of the elementary ( 23 ) runs. Einprägeelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Auflagekante (32) an der Stirnseite (30) des Elementschafts (23) ausgebildet ist.Einprägeelement according to claim 3 or 4, characterized in that the annular bearing edge ( 32 ) on the front side ( 30 ) of the elementary ( 23 ) is trained. Einprägeelement nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Auflagekante (32) durch aufeinander zu laufende Flanken (33, 34) gebildet ist, und/oder dass die ringförmige Auflagekante (32) in Radialrichtung auf gleicher Höhe mit der Außenseite (29) oder mit der Innenseite (27) des Elementschafts (23) liegt.An embossing element according to any one of claims 3, 4 or 5, characterized in that the annular bearing edge ( 32 ) by mutually running flanks ( 33 . 34 ) is formed, and / or that the annular bearing edge ( 32 ) in the radial direction at the same level with the outside ( 29 ) or with the inside ( 27 ) of the elementary ( 23 ) lies. Einprägeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementschaft (23) radial außenseitig zumindest eine Vertiefung (41), insbesondere eine radial umlaufende Ringnut, aufweist, und dass beim Verbindungsvorgang der Werkstoff des Fügepartners (1) zur Bildung einer Formschlussverbindung in die Vertiefung (41) hineinverlagerbar ist.An impressing element according to one of the preceding claims, characterized in that the element shaft ( 23 ) radially on the outside at least one recess ( 41 ), in particular a radially encircling annular groove, and that during the joining process the material of the joining partner ( 1 ) to form a positive connection in the recess ( 41 ) is hineinverlagerbar. Befestigungsanordnung mit einem Einprägeelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Fügepartner (1), wobei das Einprägeelement (3) nach dem Einpressen in den Fügepartner (1) mit einem vorgegebenen Überstand (a) aus der dem Elementkopf (15) abgewandten Seite (11) des Fügepartners (1) vorragt, und dass insbesondere das vom Fügepartner (1) vorragende Ende (17) des Elementschafts (23), gegebenenfalls unter Zwischenlage einer Klebschicht (19), mit einem zweiten Fügepartner (5) verschweißbar ist, und zwar insbesondere unter Bildung einer ringförmigen Schweißlinse (21).Fastening arrangement with an embossing element ( three ) according to one of the preceding claims and a joining partner ( 1 ), wherein the impressing element ( three ) after pressing into the joining partner ( 1 ) with a predetermined projection (a) from the element head ( 15 ) facing away ( 11 ) of the joining partner ( 1 ), and in particular that of the joint partner ( 1 ) outstanding end ( 17 ) of the elementary ( 23 ), optionally with the interposition of an adhesive layer ( 19 ), with a second joint partner ( 5 ) is weldable, in particular to form an annular weld nugget ( 21 ). Vorrichtung zur Verbindung eines Einprägeelements (3), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Fügepartner (1), mit einem Stempel, mit dem das Einprägeelement (3) durch den Fügepartner (1) treibbar ist, und einer Matrize (9), die als Gegenhalter auf der vom Stempel abgewandten Seite (11) des Fügepartners (1) positioniert ist, wobei die Matrize (9) zum Abführen eines ausgestanzten Butzens (5) einen Durchlass (7) aufweist, in den der Elementschaft (23) mit seinem dem Elementkopf (15) gegenüberliegenden Ende (17) einfahrbar ist.Device for connecting an embossing element ( three ), in particular according to one of claims 1 to 7, with a joining partner ( 1 ), with a stamp, with which the impressing element ( three ) by the joining partner ( 1 ) is drivable, and a die ( 9 ), which act as an anvil on the side facing away from the stamp ( 11 ) of the joining partner ( 1 ) is positioned, the die ( 9 ) for discharging a punched-out ( 5 ) a passage ( 7 ) into which the elementary ( 23 ) with its the element head ( 15 ) opposite end ( 17 ) is retractable. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (7) der Matrize (9) ringförmig ist und durch eine radial äußere hohlzylindrische Innenwand (43) der Matrize (9) sowie durch einen radial inneren Konus (45) begrenzt ist, der sich in der Einfahrrichtung des Einprägeelements (3) ausweitet und mit dem beim Einfahrvorgang die Ringkontur (31) des Elementschafts (23) aufspreizbar ist.Device according to claim 9, characterized in that the passage ( 7 ) of the die ( 9 ) is annular and by a radially outer hollow cylindrical inner wall ( 43 ) of the die ( 9 ) and by a radially inner cone ( 45 ) is limited, which in the retraction direction of the embossing element ( three ) and with which the ring contour ( 31 ) of the elementary ( 23 ) is spreadable. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (9) auf ihrem dem Fügepartner (1) zugewandten Auflager (13) zumindest einen Vorsprung (47) aufweist, mit dem beim Einpressvorgang der Werkstoff des Fügepartners (1) unter Erhöhung von auf den Elementschaft (23) wirkenden Klemmkräften verlagerbar ist.Device according to claim 10 or 11, characterized in that the die ( 9 ) on their joint partner ( 1 ) facing supports ( 13 ) at least one projection ( 47 ), with which during the press-fitting process the material of the joining partner ( 1 ) by increasing on the elementary ( 23 ) acting clamping forces is displaced. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von radial äußeren Vertiefungen (41) im Elementschaft (23) der Werkstoff des Fügepartners (1) unter Bildung einer Formschlussverbindung in die Vertiefungen (41) hineinverlagerbar ist.Apparatus according to claim 11, characterized in that in the case of radially outer recesses ( 41 ) in elementary ( 23 ) the material of the joining partner ( 1 ) to form a positive connection in the wells ( 41 ) is hineinverlagerbar.
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