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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stanzniet zum Verbinden von Blechen, insbesondere von aufeinanderliegenden Blechen, von denen wenigstens eines aus einem hoch- oder höchstfesten Stahl besteht.
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Ein Halbhohlstanzniet hat herkömmlicherweise einen Nietfuß, der auf die zu verbindenden Bleche aufgesetzt wird, und einen Nietkopf, auf den die zum Hineintreiben des Niets in die Bleche erforderliche Kraft ausgeübt wird. Indem der Niet das Blech, auf das der Nietfuß aufgesetzt wird, durchstößt und sich in einem darauf folgenden Blech aufweitet, wird eine dauerhaft feste und belastbare formschlüssige Verbindung zwischen den Blechen geschaffen.
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Ein Problem beim Stanznieten von hochfesten Blechen ist, dass ein Butzen, den der Stanzniet aus dem durchstoßenen ersten Blech ausstanzt, dazu neigt, während des weiteren Vordringens wie eine Schutzkappe auf dem Nietfuß sitzenzubleiben. Dies kann dazu führen, dass ein dahinterliegendes zweites Blech zwischen der Ronde und der Wand eines Gesenks stark ausgedünnt wird und aufreißen kann, oder dass auch das zweite Blech durchstanzt wird. Da die für den Formschluss der Verbindung erforderliche Aufweitung des Nietfußes nach dem Durchstoßen des ersten Blechs verhindert oder zumindest stark eingeschränkt wird, wird die gewünschte Festigkeit der Nietverbindung nicht erreicht.
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Aus
DE 10 2009 050 342 A1 ist ein Stanzniet bekannt, der besonders zur Verwendung an Blechen aus hoch- und höchstfesten Stellen geeignet sein soll. Dieser Stanzniet umfasst einen Nietkopf, einen als Schneide dienenden Nietfuß und einen Nietkopf und Nietfuß verbindenden, mit einem inkompressiblen Material, insbesondere einem selbstaushärtenden Klebstoff, gefüllt ist. Eine solche inkompressible Füllung macht es noch schwieriger, dass der Butzen in den Hohlraum des Niets eindringt, so dass hier die Neigung des Stanzbutzens, auf dem Nietfuß sitzen zu bleiben und dessen Aufweitung zu verhindern, eher noch erhöht ist.
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Wird ein derartiger Niet im Rohbau einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt, kann es im nachfolgenden Lackierprozess zu Störungen kommen, weil bei den Einbrenntemperaturen von 160–200°C Gase freigesetzt werden können oder die unterschiedlichen Wärmeausdehungskoeffizienten zum Austritt von Klebstoff an undichten Stellen der Nietverbindung führen. Außerdem kann die Anwesenheit des Klebstoffs eine üblicherweise zur Verbesserung der Anbindung des Lacks an die Metalloberfläche durchgeführte Phosphatierung behindern.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Stanzbutzen zu schaffen, der in der Lage ist, ein Blech aus hochfestem Material zu durchstoßen und dennoch nach Durchstoßen dieses Blechs zuverlässig aufweitet.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch einen Stanzniet mit einem Nietkopf, einem als Schneide dienenden Nietfuß und einem Nietkopf und Nietfuß verbindenden Nietschaft, der eine Außenhülle aus einem ersten Metall und eine Füllung aus einem zweiten Metall aufweist, das weicher als das erste ist. Da das zweite Metall den Nietschaft wesentlich wirksamer verstärkt als eine Kunststofffüllung, kann die Außenhülle des Nietschafts dünner gemacht werden als bei einem Niet, bei dem diese Außenhülle die gesamte zum Durchstoßen des äußeren Blechs nötige Kraft übertragen muss. Wenn sich allerdings die Füllung während des Nietvorgangs zu verformen beginnt, erleichtert die geringe Stärke der Außenhülle das Nachgeben in radialer Richtung, so dass der Nietbutzen leicht in den Fuß eindringen und ihn aufweiten kann.
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Die Kombination beider Metalle erlaubt es, dem Nietschaft die Wandstärke zu verleihen, die erforderlich ist, um das erste Blech von mehreren miteinander zu vernietenden Blechen zu durchstoßen, gleichzeitig erleichtert es jedoch die Weichheit des Zweitmetalls dem Stanzbutzen, beim weiteren Vordringen des Niets das zweite Metall zurückzudrängen und beim Eindringen in den Nietschaft diesen aufzuweiten.
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Vorzugsweise ist der Nietschaft hohl, d. h. Außenhülle und Füllung bilden lediglich zwei Schichten einer gleichen sich rings um den Hohlraum erstreckenden Wand. Nachdem die innere Schicht zunächst beim Durchstößen des äußeren Blechs die äußere versteift hat, erleichtert der Hohlraum ihr das Nachgeben unter dem Druck des Nietbutzens, so dass zum Aufweiten des Niets im wesentlichen nur noch der Widerstand der Außenhülle überwunden werden muss.
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Die verwendeten Metalle können je nach Art der zu verbindenden Bleche unterschiedlich sein, wenn ein Blech aus hochfestem Stahl genietet werden soll, sollten beide Metalle Stähle sein.
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Ein solcher Stanzniet kann gefertigt werden indem aus einem zweilagigen Stahlrohr, dessen äußere Lage aus einem härtbarem Stahl und dessen Füllung aus einem nicht härtbarem Stahl weicher Güte besteht, Stücke geschnitten und diese an einem Ende gestaucht werden, um den Nietkopf zu formen. Es kann auch ein massiver Stahlstab verwendet werden, dessen äußere Hülle ein Rohr aus härtbarem Stahl ist und das mit der Füllung aus dem nicht härtbaren Stahl ausgefüllt ist; dann kann der Hohlraum durch einen Dorn geformt werden, der von der Fußseite des zu fertigenden Niets her in die Füllung hineingetrieben wird.
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Der Nietkopf kann den hohlen Nietschaft einseitig verschließen.
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Um hohe Stanzkräfte aufnehmen zu können, kann der Nietkopf als massive Scheibe aus dem ersten Metall ausgebildet sein; insbesondere bei der oben beschriebenen Fertigung aus einem zweilagigen Stahlrohr oder -stab sollte der Nietkopf wenigstens einen Ring aus dem ersten Metall umfassen, der wiederum einen Kern aus dem zweiten Metall umgeben kann.
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Um das Blech ohne vorzeitige Aufweitung durchstoßen zu können, sollte der Nietfuß aus dem ersten Metall bestehen.
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Um das Eindringen des Nietbutzens zu erleichtern, sollte der Nietfuß eine zu einer Schneidkante hin kegelig aufgeweitete innere Oberfläche aufweisen. Eine innere Oberfläche der Füllung kann an die innere Oberfläche des Nietfußes stufenlos anschließen.
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Eine erfindungsgemäße Stanznietverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Stanzniet wie oben beschrieben, der ein kopfseitiges Blech und ein fußseitiges Blech verbindet, die Füllung des Stanzniets durch einen aus dem kopfseitigen Blech ausgestanzten Butzen kopfwärts verdrängt ist.
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Einer Weiterentwicklung zufolge kann die Außenhülle des Stanzniets wiederum von einem Überzug umgeben sein, der weicher als das erste Metall ist. Dieser Überzug neigt dazu, beim Nieten in Richtung des Nietkopfs zurückgeschoben zu werden und zwischen dem Nietkopf und dem kopfseitigen Blech hermetisch zu dichten, so dass auch dann, wenn im Innern einer mit dem Stanzniet hergestellten Nietverbindung Luft eingeschlossen sein sollte, diese zuverlässig am Entweichen gehindert ist und somit das Lackieren der vernieteten Bleche nicht behindern kann.
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Für den Überzug kann der Einfachheit halber dasselbe zweite Metall wie für die Füllung verwendet werden.
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Um die Festigkeit der Schneidkante nicht zu beeinträchtigen, sollte der Überzug sich nicht bis zum Nietfuß erstrecken.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 einen axialen Schnitt durch einen an zu verbindenden Blechen platzierten erfindungsgemäßen Stanzniet; und
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2 einen Schnitt durch die mit dem Niet und den Blechen der 1 erhaltene Stanznietverbindung.
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3 einen axialen Schnitt durch einen Stanzniet gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Stanzniet 1, platziert an zwei miteinander zu vernietenden Blechen 2, 3, einen Stempel 4 einer Nietpresse, die den Stanzniet 1 gegen das Blech 2 gedrückt halt, sowie ein dem Stempel 4 gegenüberliegendes, das Blech 3 unterstützendes Gesenk 5 mit einer Aussparung 6, die vorgesehen ist, um beim Nieten verdrängtes Metall des Blechs 3 aufzunehmen.
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Der Stanzniet 1 ist hier in an sich bekannter Weise als halbhohler Niet geformt, mit einem Kopf 7 in Form einer Kreisscheibe, einem das Blech 2 berührenden Nietfuß 8 und einem zylindrischen, hier hohlen Nietschaft 9, der sich zwischen Kopf 7 und Nietfuß 8 erstreckt und dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der des Nietkopfs 7.
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Der Stanzniet 1 umfasst eine Außenhülle 10, die sich über seine gesamte axiale Länge vom Kopf 7 bis zum Fuß 8 erstreckt und aus einem gehärteten Stahl besteht. Die insbesondere im Nietschaft 9 rohrförmige Außenhülle 10 ist im Inneren ausgekleidet mit einer Füllung 11 aus nichthärtendem, vorzugsweise im wesentlichen kohlenstoffreiem Stahl. Die Füllung 11 erstreckt sich nicht bis unmittelbar an den Nietfuß 8, so dass eine Schneidkante 12, mit der der Nietfuß 8 das Blech 2 berührt, vollständig aus dem gehärteten Stahl besteht. Eine innere Oberfläche, die sich um einen zentralen Hohlraum 13 des Stanzniets 1 herum erstreckt, ist ausgehend von der Schneidkante 12 zunächst nach oben kegelig verjüngt und besteht in einem schmalen unteren Abschnitt 14 aus dem gehärteten, in einem angrenzenden Abschnitt 15 aus dem nichthärtenden Stahl.
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Um den Stanzniet 1 zu fertigen, kann ein zweischichtiges Stahlrohr mit einer Außenschicht aus härtbarem Stahl und einer Innenschicht aus nicht härtbarem Stahl oder ein massiver Stahlstab mit einer Außenhülle aus härtbarem Stahl und einer Füllung aus dem nicht härtbarem Stahl in Stücke vereinzelt werden. Die Stücke werden anschließend an einem Ende gestaucht, um den Kopf 7 in Form einer Kreisscheibe auszubilden, deren Außendurchmesser etwas größer ist als der des ursprünglichen Stahlrohrs oder -stabs, und der einen Ring 16 aus dem härtbaren Stahl umfasst, der sich rings um einen Kern 17 aus dem nicht härtbaren Stahl erstreckt. Wenn für die Fertigung der Nieten von einem Rohr ausgegangen wird, kann in dem Kern 17 eine Öffnung oder eine Schwachstelle zurückbleiben. 1 zeigt einen aus einem massiven Stahlstab gefertigten Stanzniet ohne eine solche Öffnung oder Schwachstelle. Am anderen Ende des Stücks werden durch Einpressen eines Dorns die Schneidkante 12 und der Hohlraum 13 geformt.
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Wenn der Stanzniet 1 in die Bleche 2, 3 vorgetrieben wird, stanzt er zunächst einen kreisscheibenförmigen Butzen 18 aus dem Blech 2 aus und treibt diesen vor sich her in das Blech 3 hinein. In dem Maße, wie der Butzen 18 dabei auch in den Hohlraum 13 des Stanzniets 1 eindringt, schiebt er dort den weichen Stahl der Füllung 11 kopfwärts vor sich her, so dass um den Butzen 18 herum im wesentlichen nur der harte Stahl der Außenhülle 10 stehen bleibt. Dadurch wird der Nietschaft 9 in seinem kopffernen Bereich geschwächt. Wenn die ursprüngliche Stärke des Nietschafts 9 soeben ausreichend bemessen ist, um das Blech 2 zu durchstoßen und den Butzen 18 auszustanzen, führt die anschließende Schwächung dazu, dass der Butzen 18 sicher in den Hohlraum 13 einrücken und dabei die Außenhülle 10 aufspreizen kann. So ist, wie in 2 gezeigt, für einen sicheren, formschlüssigen Eingriff des Stanzniets 1 in dem Blech 3 gesorgt, durch das beide Bleche 2, 3 fest zusammengehalten sind. Gleichzeitig sorgt die nun in Hohe der Grenzlinie zwischen den Blechen 2, 3 zu einer erheblich erhöhten Materialstärke zusammengeschobene Füllung 11 für eine sehr hohe Scherbelastbarkeit der Nietverbindung.
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Die Materialmenge der Füllung 11 kann so bemessen sein, dass der Hohlraum 13 bei der fertigen Stanzverbindung komplett verschwunden ist. Im in 2 gezeigten Fall ist, nachdem der Stanzniet 1 so weit in die Bleche 2, 3 vorgetrieben ist, dass sein Kopf 7 mit der Außenseite des Blechs 2 bündig abschließt, noch ein Rest des Hohlraums 13 vorhanden ist. Rings um den Hohlraum 13 herum besteht jedoch ein großflächiger, inniger Kontakt zwischen dem Butzen 18 und der Füllung 11, die den Hohlraum 13 abdichtet. Wenn das Blech 2 und der Stanzniet 1 überlackiert sind, ist der Stanzniet 1 wegen der Oberflächenbündigkeit seines Kopfs 7 nicht mehr auszumachen. Wenn anschließend zum Trocknen des Lacks die gesamte Anordnung aus Blechen 2, 3 und Stanzniet 1 erhitzt wird, verhindert der dichte Kontakt zwischen Butzen 18 und Füllung 11, dass Luft aus dem Hohlraum 13 entweicht und zu Fehlern in der Lackschicht führt.
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3 zeigt eine Abwandlung des Stanzniets 1, bei der die Außenhülle 10 aus gehärtetem Stahl ihrerseits noch einmal mit einem Überzug 19 aus nichthärtendem Stahl versehen ist. Dieser Überzug 19 wird beim Nieten durch das Blech 2 weitgehend vom Nietschaft 9 abgestreift und an dessen kopfnahem Ende zusammengeschoben. Dies führt wiederum zu einer Schwächung des Nietschafts 9, die das Eindringen des Nietbutzens 18 in den Nietschaft 9 und dessen Aufweitung nach Durchstoßen des Blechs 1 erleichtert. Außerdem bewirkt der zwischen den Rändern der Öffnung des Blechs 1 und dem Nietkopf 7 zusammengeschobene Überzug 19 eine hermetische Dichtung zwischen dem Stanzniet 1 und den Rändern des in das Blech 2 gestanzten Loches.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stanzniet
- 2
- Blech
- 3
- Blech
- 4
- Stempel
- 5
- Gesenk
- 6
- Aussparung
- 7
- Nietkopf
- 8
- Nietfuß
- 9
- Nietschaft
- 10
- Außenhülle
- 11
- Füllung
- 12
- Schneidkante
- 13
- Hohlraum
- 14
- Abschnitt
- 15
- Abschnitt
- 16
- Ring
- 17
- Kern
- 18
- Butzen
- 19
- Überzug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009050342 A1 [0004]
