DE102019120704A1

DE102019120704A1 - Rivet element, rivet connection and method for producing a rivet connection

Info

Publication number: DE102019120704A1
Application number: DE102019120704.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Festner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2021-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nietelement (10, 10A) mit einem Nietschaft (14) und einem daran angeformten, gegenüber dem Nietschaft (14) verbreiterten Nietbund (12). Zur Abdichtung weist das Nietelement (10, 10A) am Nietschaft (14) oder am Nietbund (12) eine radial umlaufende Dichtung aus einem thermisch expandierbaren Dichtmittel (30) auf. Weiterhin werden eine Nietverbindung mit einem derartigen Nietelement sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung angegeben.The invention relates to a rivet element (10, 10A) with a rivet shank (14) and a rivet collar (12) formed thereon and widened in relation to the rivet shank (14). For sealing, the rivet element (10, 10A) has a radially circumferential seal made of a thermally expandable sealing means (30) on the rivet shaft (14) or on the rivet collar (12). Furthermore, a rivet connection with such a rivet element and a method for producing a rivet connection are specified.

Description

Die Erfindung betrifft ein Nietelement, eine Nietverbindung und ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Nietelement zur Herstellung einer Stanz- oder Clinchnietverbindung.The invention relates to a rivet element, a rivet connection and a method for producing a rivet connection. In particular, the invention relates to a rivet element for producing a punch or clinch rivet connection.

Beim Stanznieten und Clinchnieten wird ein Nietelement in ein oder mehr ungelochte Bauteile eingebracht. Hierzu werden das Nietelement und das oder die zu verbindenden Bauteile zwischen einem Stempel und einer Matrize angeordnet und das Nietelement wird in das oder die Bauteile getrieben. Der Nietfuß wird zwischen Stempel und Matrize so verformt, dass er mit dem Bauteil / den Bauteilen einen Hinterschnitt ausbildet. Es entsteht eine form- und kraftschlüssige Verbindung.With punch riveting and clinch riveting, a rivet element is inserted into one or more unperforated components. For this purpose, the rivet element and the component or components to be connected are arranged between a punch and a die, and the rivet element is driven into the component or components. The rivet foot is deformed between punch and die in such a way that it forms an undercut with the component / components. A positive and non-positive connection is created.

Beim Stanznieten stanzt der Stanzniet mit seinem Nietfuß einen Stanzbutzen aus. Im Gegensatz dazu stanzt der Clinchniet keinen Stanzbutzen aus dem Bauteil aus, vielmehr wird das Bauteil plastisch um den Nietfuß des Clinchniets herum verformt, wie es beim Clinchen oder Durchsetzfügen zweier Bauteile bekannt ist.In punch riveting, the punch rivet punches out a punch with its rivet foot. In contrast to this, the clinch rivet does not punch a punched slug from the component, rather the component is plastically deformed around the rivet foot of the clinch rivet, as is known when clinching or clinching two components.

Clinch- und Stanzniete werden z.B. eingesetzt um zwei oder mehr Bauteile miteinander zu verbinden oder um ein Hilfsfügeelement in einem z.B. artfremden Bauteil einzubringen, wie es z.B. aus der Druckschrift DE 10 2013 316 820 A1 bekannt ist.Clinch and punch rivets are used, for example, to connect two or more components to one another or to insert an auxiliary joining element in a component of a different type, for example, as described in the publication DE 10 2013 316 820 A1 is known.

Da die Nietelemente in einer Art Tasche in das entsprechende Bauteil eingedrückt sind, können sich dort korrosive Medien ansammeln, die zu Korrosionsproblemen wie z.B. Lochfraßkorrosion führen können. Für den Einsatz von Nietverbindungen im Nassbereich von Fahrzeugen werden daher dichtende Funktionselemente benötigt. Der Begriff „dichtend“ ist dabei im Sinne von Dichtheit gegenüber korrosiven Medien zu verstehen und kann z.B. mittels Wassersäulentest oder Farbeindringprügung nachgewiesen werden.Since the rivet elements are pressed into the corresponding component in a kind of pocket, corrosive media can accumulate there, which can lead to corrosion problems such as pitting corrosion. Sealing functional elements are therefore required for the use of riveted connections in wet areas of vehicles. The term "sealing" is to be understood in the sense of impermeability to corrosive media and can be demonstrated, for example, by means of a water column test or dye penetration test.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit anzugeben, wie eine Nietverbindung mit guter Abdichtwirkung bereitgestellt werden kann, die insbesondere für den Einsatz in der Großserienproduktion geeignet ist.Against this background, the object of the invention is to provide a way of providing a riveted connection with a good sealing effect, which is particularly suitable for use in large-scale production.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Nietelement nach Patentanspruch 1, eine Nietverbindung nach Patentanspruch 7 und ein Verfahren nach Patentanspruch 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The object is achieved by a rivet element according to claim 1, a riveted connection according to claim 7 and a method according to claim 8. Further advantageous embodiments emerge from the subclaims and the following description.

Es wird ein Nietelement angegeben mit einem Nietschaft und einem daran angeformten, gegenüber dem Nietschaft verbreiterten Nietbund. Erfindungsgemäß weist das Nietelement am Nietschaft oder am Nietbund eine radial umlaufende Dichtung aus einem thermisch expandierbaren Dichtmittel auf.A rivet element is specified with a rivet shaft and a rivet collar formed thereon that is wider than the rivet shaft. According to the invention, the rivet element on the rivet shank or on the rivet collar has a radially circumferential seal made of a thermally expandable sealant.

Als Dichtmittel wird ein Mittel eingesetzt, das einerseits eine abdichtende Funktion hat und andererseits durch Erhitzen dauerhaft expandiert werden kann. Mit anderen Worten gesagt, erfährt das Dichtmittel eine Volumenzunahme, sobald es auf eine bestimmte vorgegebene Temperatur oberhalb der Raumtemperatur erhitzt wird. Diese Volumenzunahme ist insofern dauerhaft, als das Dichtmittel auch bei anschließender Abkühlung zurück auf Raumtemperatur weiterhin ein gegenüber dem Ausgangsvolumen erhöhtes Volumen behält. Vorzugsweise wird ein Dichtmittel verwendet, bei dem eine Volumenzunahme von mindestens 100 % erreicht werden kann, d.h. das Volumen des Dichtmittels kann durch die Erhitzung verdoppelt werden. Besonders bevorzugt liegt die Volumenzunahme des Dichtmittels durch die thermische Erwärmung in einem Bereich von 100% bis 400%. Beispiele für als Dichtmittel geeignete Materialien sind z.B. blähfähige feste Materialien, die bei Temperaturen zwischen 10 und 60°-Celsius nicht pastös, sondern fest, gummiartig sind. Hierbei kann es sich z.B. um mit Mikrokugeln gefüllte Harzmaterialien oder Copolymere aus Ethylenvinylacetaten handeln.The sealant used is an agent which, on the one hand, has a sealing function and, on the other hand, can be permanently expanded by heating. In other words, the sealant experiences an increase in volume as soon as it is heated to a certain predetermined temperature above room temperature. This increase in volume is permanent insofar as the sealant continues to retain an increased volume compared to the initial volume even when it is subsequently cooled back to room temperature. Preferably, a sealant is used in which a volume increase of at least 100% can be achieved, i.e. the volume of the sealant can be doubled by heating. Particularly preferably, the increase in volume of the sealant due to the thermal heating is in a range from 100% to 400%. Examples of materials suitable as sealants are, for example, expandable solid materials that are not pasty but solid, rubber-like at temperatures between 10 and 60 ° C. These can be, for example, resin materials filled with microspheres or copolymers of ethylene vinyl acetates.

Das Dichtmittel liegt an dem Nietelement in nichtexpandiertem Zustand vor und wird erst nach erfolgter Vernietung des Nietelements durch eine nachgeschaltete Erwärmung expandiert. Die radial umlaufende Dichtung aus dem thermisch expandierbaren Dichtmittel ermöglicht durch die Volumenausdehnung des Dichtmittels, dass Spalte und Hohlräume, welche sich bei Verwendung des Nietelements in der Nietverbindung ergeben, sicher geschlossen und abgedichtet werden. Hierbei hat die Expansionsfähigkeit des Dichtmittels den Vorteil, dass das Dichtmittel bis zur Expansion keine Dichtwirkung erzielen muss. Daher können bei der Positionierung des Dichtmittels am Nietelement gewisse Toleranzen akzeptiert werden, welche die Herstellung des Nietelements vereinfachen und preiswerter gestalten. Die Dichtwirkung des Dichtmittels setzt ein, wenn die Nietverbindung bereits ausgebildet ist und das Dichtmittel in einem nachgeschalteten Schritt expandiert bzw. aufgebläht wird. Das Dichtmittel drückt sich durch den Expansionsdruck auch in kleinste Spalten und Hohlräume. Dies hat den weiteren Vorteil, dass das Dichtmaterial durch den Expansionsprozess genau an die Stellen wandert, an denen eine Abdichtung erforderlich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Nietelement lässt sich eine zuverlässige Dichtheit gegen korrosive eindringende Medien erreichen.The sealant is present on the rivet element in a non-expanded state and is only expanded by subsequent heating after the rivet element has been riveted. The radially circumferential seal made of the thermally expandable sealant enables the volume expansion of the sealant to reliably close and seal gaps and cavities which arise when the rivet element is used in the riveted connection. Here, the expandability of the sealant has the advantage that the sealant does not have to achieve a sealing effect until expansion. Therefore, certain tolerances can be accepted when positioning the sealing means on the rivet element, which make the production of the rivet element easier and cheaper. The sealing effect of the sealant begins when the riveted connection has already been formed and the sealant is expanded or inflated in a subsequent step. The expansion pressure pushes the sealant into even the smallest gaps and cavities. This has the further advantage that the expansion process causes the sealing material to migrate precisely to the points where a seal is required. With the rivet element according to the invention, a reliable seal against corrosive penetrating media can be achieved.

Das Nietelement weist einen Nietschaft auf und einen Nietbund. Das Nietelement wird soweit in das Bauteil getrieben, dass der Nietbund vorzugsweise auf dem Bauteil aufliegt. Zur Abdichtung zwischen Nietelement und Bauteil ist das Dichtmittel nun entweder am Nietbund oder am oberen Ende des Nietschaftes, d.h. in der Nähe zum Nietbund angeordnet. Eine derartige Anordnung ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Nietelement ein Stanz- oder Clinchniet ist. Bei diesem Nietverfahren wird ohne Vorloch gearbeitet. Dementsprechend erfährt das Bauteil eine größere Verformung im Bereich des eingetriebenen Nietes und es bildet sich typischerweise ein deutlicher Spalt zwischen Nietelement und Bauteil. Genau diesen Spalt schließt nun das Dichtmittel des Nietelements.The rivet element has a rivet shank and a rivet collar. The rivet element is so far in the component driven so that the rivet collar preferably rests on the component. For the purpose of sealing between the rivet element and the component, the sealing means is now either arranged on the rivet collar or at the upper end of the rivet shank, ie in the vicinity of the rivet collar. Such an arrangement is particularly advantageous if the rivet element is a punch or clinch rivet. This riveting process is carried out without a pilot hole. Accordingly, the component experiences a greater deformation in the area of the driven rivet and a clear gap typically forms between the rivet element and the component. The sealant of the rivet element closes this gap.

Nietelemente werden in der Großserienproduktion üblicherweise in großen Gebinden bereitgestellt und über z.B. pneumatische Vereinzelungsvorrichtungen vereinzelt und dem Nietwerkzeug zugeführt. Diese Bereitstellung und Vereinzelung der Nietelemente wird in einer Ausgestaltung vereinfacht, wenn das Dichtmittel in einer Dichtnut angeordnet ist, und bündig mit der Dichtnut abschließt oder in die Dichtnut hinein zurückversetzt ist. Ein derartiges Nietelement hat eine Außenkontur wie ein herkömmlicher Niet und lässt sich daher problemlos handhaben. Zudem ist das Dichtmittel in der Dichtnut vor Beschädigungen während der Handhabung der Nietelemente geschützt, wodurch Ausschuss reduziert werden kann. Ein derartiges Nietelement eignet sich daher besonders für die Großserienproduktion. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Dichtmittel nicht gegenüber der Nut vorsteht. Die Dichtung kann nicht verkanten oder während des Nietprozesses beschädigt werden. Mit einem derartigen Nietelement lassen sich geringe Toleranzen realisieren. Das Dichtmittel hat in dieser Ausgestaltung keinen nennenswerten Einfluss auf den eigentlichen Nietprozess, da es mit dem Bauteil erst im Rahmen der Volumenzunahme in Kontakt kommt. Unabhängig von eventuellen Schwankungen in der Dicke der Dichtung bleibt der Fügeprozess daher reproduzierbar. In large-scale production, riveting elements are usually provided in large containers and separated using, for example, pneumatic separation devices and fed to the riveting tool. This provision and isolation of the rivet elements is simplified in one embodiment if the sealing means is arranged in a sealing groove and is flush with the sealing groove or is set back into the sealing groove. Such a rivet element has an outer contour like a conventional rivet and can therefore be handled without problems. In addition, the sealant in the sealing groove is protected from damage during handling of the rivet elements, which means that rejects can be reduced. Such a rivet element is therefore particularly suitable for large-scale production. Another advantage is that the sealant does not protrude from the groove. The seal cannot tilt or be damaged during the riveting process. With such a rivet element, small tolerances can be achieved. In this embodiment, the sealant has no significant influence on the actual riveting process, since it only comes into contact with the component when the volume increases. The joining process therefore remains reproducible regardless of any fluctuations in the thickness of the seal.

Dies steigert die Prozessgenauigkeit des Nietprozesses. Die Dichtwirkung des Dichtmittels tritt erst durch einen anschließenden thermischen Prozess auf, bei dem das Dichtmittel expandiert wird.This increases the process accuracy of the riveting process. The sealing effect of the sealant only occurs through a subsequent thermal process in which the sealant is expanded.

Es ist besonders bevorzugt, wenn die Dichtnut im Nietbund ausgebildet ist, genauer gesagt, auf der dem Nietschaft zugewandten Seite des Nietbundes. Die Integration des Dichtmittels und der Dichtnut in den Nietbund hat den Vorteil, dass der Nietfuß nicht durch die Dichtnut geschwächt wird und somit Nietverbindungen mit hohen Festigkeitswerten erzielt werden können. Darüber hinaus hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass sich aus der Dichtnut expandierendes Dichtmittel sowohl radial nach außen als auch nach innen in Richtung des Nietschafts ausbreiten kann und somit eine größere Fläche zur Abdichtung genutzt werden kann, als dies bei nur einseitiger Ausdehnung der Fall wäre.It is particularly preferred if the sealing groove is formed in the rivet collar, more precisely, on the side of the rivet collar facing the rivet shank. The integration of the sealing means and the sealing groove in the rivet collar has the advantage that the rivet base is not weakened by the sealing groove and thus rivet connections with high strength values can be achieved. In addition, this configuration has the advantage that the sealant expanding out of the sealing groove can spread both radially outward and inward in the direction of the rivet shank and thus a larger area can be used for sealing than would be the case with only one-sided expansion.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Dichtmittel über eine gesamte, dem Nietschaft zugewandte Nietbundplanfläche aufgetragen. Als Nietbundplanfläche wird dabei die dem Nietschaft zugewandte ringförmige Fläche des Nietbundes bezeichnet, welche zur Auflage auf dem Bauteil gedacht und im Wesentlichen plan ausgebildet ist. Durch den Auftrag des Dichtmittels auf der Nietbundplanfläche wird eine relativ große und definierte Kontaktfläche zwischen Dichtmittel und Bauteil bereitgestellt. Es kann ein Dichtmittel mit geringerer Volumenzunahme verwendet werden als bei der Ausgestaltung mit Dichtnut. Durch das Auftragen des Dichtmittels auf der gesamten Nietbundplanfläche wird außerdem wieder eine plane Auflagefläche des Niets auf dem Bauteil bereitgestellt. Hierdurch wird eine definierte Einpressposition des Niets zu Beginn des Nietvorgangs vorgegeben, wodurch geringe Toleranzen bei der Nietverbindung erzielt werden.In a further preferred embodiment, the sealing means is applied over an entire flat surface of the rivet collar facing the rivet shank. The rivet collar flat surface is the annular surface of the rivet collar facing the rivet shank, which is intended to rest on the component and is essentially planar. By applying the sealant to the flat surface of the rivet collar, a relatively large and defined contact area is provided between the sealant and the component. A sealant with a smaller increase in volume can be used than in the configuration with a sealing groove. By applying the sealant to the entire flat surface of the rivet collar, a flat bearing surface of the rivet on the component is again provided. In this way, a defined press-in position of the rivet is specified at the beginning of the riveting process, whereby low tolerances are achieved in the rivet connection.

Das Nietelement ist nicht auf eine bestimmte Nietform beschränkt. Bevorzugt ist das Nietelement jedoch als Stanzniet oder als Clinchniet ausgebildet. Vorzugsweise ist das Nietelement aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet. An dem Nietbund kann weiterhin ein Funktionselement ausgebildet sein, wie z.B. ein Gewindebolzen, ein Kugelbolzen o.ä. Dieses Funktionselement kann z.B. zum Befestigen weiterer Bauteile oder Anbauteile dienen.The rivet element is not limited to a specific rivet shape. However, the rivet element is preferably designed as a punch rivet or as a clinch rivet. The rivet element is preferably formed from a steel material. A functional element can also be formed on the rivet collar, such as a threaded bolt, a ball pin or the like. This functional element can be used, for example, to fasten further components or attachments.

Weiterhin wird eine Nietverbindung angegeben, die durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Nietelements hergestellt wird.Furthermore, a riveted connection is specified which is produced by using a rivet element according to the invention.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Nietverbindung angegeben.In a further aspect of the invention, a method for producing such a riveted connection is specified.

Durch das Verfahren sowie durch die Nietverbindung können dieselben technischen Wirkungen und Vorteile erzielt werden, wie sie bereits zum Nietelement beschrieben wurden.The same technical effects and advantages can be achieved by the method and by the riveted connection as were already described for the rivet element.

Bei dem Verfahren wird das Nietelement mit mindestens einem Bauteil zu einer Nietverbindung vernietet. Im vernieteten Zustand sind Bauteil und Nietelement kraft- und formschlüssig miteinander verbunden. In einem nachgeschalteten thermischen Verfahrensschritt wird die Nietverbindung erwärmt, wodurch das Dichtmittel expandiert und zwischen Bauteil und Nietbund abdichtet.In the method, the rivet element is riveted to at least one component to form a riveted connection. In the riveted state, the component and rivet element are non-positively and positively connected to one another. In a subsequent thermal process step, the riveted connection is heated, whereby the sealant expands and seals between the component and the rivet collar.

Wird das Verfahren als Clinch- oder Stanznietverfahren durchgeführt, so wird das Nietelement mit seinem Nietschaft in ein ungelochtes Bauteil eingepresst. Hierbei verformt sich das Bauteil plastisch um das Nietelement herum. Dabei kann ein größerer Spalt zwischen Nietschaft, Nietbund und Bauteil entstehen. Dieser kann mit dem erfindungsgemäßen Nietelement sicher abgedichtet und vorzugsweise mit dem Dichtmittel aufgefüllt werden. If the process is carried out as a clinch or punch riveting process, the rivet element is pressed into an unperforated component with its rivet shank. Here, the component is plastically deformed around the rivet element. One can larger gap between the rivet shaft, rivet collar and component. This can be securely sealed with the rivet element according to the invention and preferably filled with the sealant.

Das nachgeschaltete thermische Verfahren kann ein separater Prozessschritt sein, der speziell zur Erwärmung des Nietelements durchgeführt wird. Im Rahmen der Verfahrens- und Energieeffizienz ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn als thermisches Verfahren ein Schritt verwendet wird, der bei der weiteren Bauteilbearbeitung sowieso anfällt. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn das Erwärmen der Nietverbindung im Rahmen eines dem Nietprozess nachgeschalteten KTL-(kathodische Tauchlackierung) Prozesses erfolgt.The downstream thermal process can be a separate process step that is carried out specifically to heat the rivet element. In terms of process and energy efficiency, however, it is particularly advantageous if a step is used as the thermal process that occurs in any case during further component processing. In this context, it is preferred if the riveted joint is heated in the context of a KTL (cathodic dip painting) process that follows the riveting process.

Bei der kathodischen Tauchlackierung werden Bauteile in einem elektrochemischen Verfahren in einem Bad mit einem Tauchlack unter Anlegen einer Gleichspannung beschichtet. Nach dem Beschichtungsvorgang wird die Beschichtung in einem KTL-Trocknungsofen eingebrannt. Hierbei werden die Bauteile für mehrere Minuten auf Temperaturen von über 200 °C erhitzt. Diese KTL-Trocknung kann z.B. im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden, um die Dichtung aufzublähen und die gewünschte Dichtwirkung zu erzielen.In cathodic dip painting, components are coated in an electrochemical process in a bath with a dip paint while a direct voltage is applied. After the coating process, the coating is baked in a KTL drying oven. The components are heated to temperatures of over 200 ° C for several minutes. This KTL drying can, for example, be used within the scope of the method according to the invention to inflate the seal and achieve the desired sealing effect.

Als Bauteile zur Durchführung des Verfahrens und Ausbildung der Nietverbindung eignen sich grundsätzlich alle blechförmigen Bauteile und Blechformteile. Hierbei können neben vorzugsweise einzusetzenden Stahl- oder Aluminiumbauteilen grundsätzlich auch andere Metalle bzw. Metalllegierungen verwendet werden oder faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz kommen. Aufgrund der guten erzielbaren Dichtwirkung des Nietelements und der Großserientauglichkeit eignet sich die Erfindung insbesondere um Nietverbindungen an Kraftfahrzeugbauteilen, insbesondere an Karosseriebauteilen auszubilden.In principle, all sheet-metal components and shaped sheet-metal parts are suitable as components for carrying out the method and forming the riveted connection. In addition to steel or aluminum components that are preferably to be used, other metals or metal alloys can also be used, or fiber-reinforced plastics can be used. Due to the good achievable sealing effect of the rivet element and its suitability for large-scale production, the invention is particularly suitable for forming riveted connections on motor vehicle components, in particular on body components.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. If the term “can” is used in this application, it concerns both the technical possibility and the actual technical implementation.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

1 bis 4 ein erstes beispielhaftes Nietelement zu verschiedenen Stadien des Verfahrens in einer Schnittansicht
5 ein zweites beispielhaftes Nietelement in einer Schnittansicht.

In the following, exemplary embodiments are explained using the accompanying drawings. Show in it:

1 to 4th a first exemplary rivet element at various stages of the method in a sectional view
5 a second exemplary rivet element in a sectional view.

1 zeigt ein beispielhaftes Nietelement 10 in Form eines Clinchniets, der zur Herstellung einer Nietverbindung in ein Bauteil 20 eingebracht werden soll. Bei dem Bauteil 20 kann es sich z.B. um ein Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs handeln. 1 shows an exemplary rivet element 10 in the form of a clinch rivet, which is used to produce a rivet connection in a component 20th should be introduced. With the component 20th it can, for example, be a body part of a motor vehicle.

Das Nietelement 10 ist als rotationssymmetrisches Teil ausgebildet und weist einen Nietbund 12 und einen daran angeformten Nietschaft 14 auf. Der Nietbund 12 steht radial gegenüber dem Nietschaft 14 vor, weist also einen größeren Durchmesser als dieser auf. Auf der dem Nietschaft 14 gegenüberliegenden Seite des Nietbundes 12 kann ein Funktionselement 16 vorgesehen sein, z.B. in Form des gezeigten Clipelements, eines Gewindestifts o.ä. An dem Funktionselement 16 können weitere Bauteile befestigt werden.The rivet element 10 is designed as a rotationally symmetrical part and has a rivet collar 12 and an integrally formed rivet shank 14th on. The rivet collar 12 stands radially opposite the rivet shank 14th before, so has a larger diameter than this. On the rivet 14th opposite side of the rivet collar 12 can be a functional element 16 be provided, for example in the form of the clip element shown, a threaded pin or the like on the functional element 16 further components can be attached.

Auf der dem Nietschaft 14 zugewandten Seite ist in dem Nietbund 12 eine Dichtnut 18 ausgebildet, welche radial um den Nietschaft 14 herum verläuft und diesen ringförmig umschließt. In der Dichtnut 18 ist ein Dichtmittel 30 ausgebildet, welches die Nut 18 vollständig oder teilweise füllt. Das Dichtmittel 30 schließt bündig mit der Dichtnut 18 ab oder ist in diese zurückversetzt, steht also nicht aus der Dichtnut 18 hervor. Das Dichtmittel 30 ist ein thermisch expandierbares Dichtmittel, das am Nietelement 30 zunächst in nichtexpandiertem Zustand vorliegt.On the rivet 14th facing side is in the rivet collar 12 a sealing groove 18th formed which radially around the rivet shank 14th runs around and surrounds it in a ring. In the sealing groove 18th is a sealant 30th formed which the groove 18th completely or partially fills. The sealant 30th closes flush with the sealing groove 18th from or is set back in this, so it does not protrude from the sealing groove 18th emerged. The sealant 30th is a thermally expandable sealant that adheres to the rivet element 30th is initially in a non-expanded state.

Am Nietschaftende ist eine innenliegende Ausnehmung 19 vorgesehen, wodurch das Nietschaftende eine ringförmige Form aufweist. Mit dem Nietschaftende bzw. Nietfuß wird das Nietelement 10 auf das Bauteil 20 aufgesetzt und zwischen - nicht dargestellten - Stempel und Matrize in dieses eingetrieben. Hierbei spreizt sich der Nietschaft 14 auf und das Bauteil 20 wird plastisch um den Nietschaft 14 herum verformt, siehe 2. Das Eintreiben des Nietelements wird fortgesetzt, bis der Nietbund auf dem Bauteil aufliegt, siehe 3. Nietschaft und Bauteil sind durch einen Hinterschnitt formschlüssig miteinander verbunden zur Nietverbindung 1.An internal recess 19 is provided at the end of the rivet shaft, whereby the end of the rivet shaft has an annular shape. The rivet element becomes with the rivet shaft end or rivet foot 10 on the component 20th placed and driven between - not shown - punch and die in this. The rivet shaft spreads here 14th on and the component 20th becomes plastic around the rivet shaft 14th deformed around, see 2 . The rivet element continues to be driven in until the rivet collar rests on the component, see 3 . The rivet shaft and component are positively connected to one another by an undercut to form a rivet connection 1 .

Durch die Verformung des Bauteils 20 und des Nietelements 10 bildet sich ein umlaufender Spalt 40 zwischen Nietbund 12, Nietschaft 14 und Bauteil 20 aus, in den Feuchtigkeit eindringen könnte und der eine Korrosionsschwachstelle darstellt. Die Abdichtung der Nietverbindung 1 erfolgt in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt, siehe 4. Die Nietverbindung aus 3 wird erhitzt. Das Dichtmittel 30 expandiert: es erfährt unter der Hitzeeinwirkung eine Volumenzunahme und bläht sich auf. Durch den Expansionsdruck und die Volumenzunahme breitet sich das Dichtmittel 30 bis in den Spalt 40 aus und wandert zwischen Bauteil 20 und Nietbund 12 nach außen und dichtet Hohlräume zwischen Nietbund 12 und Bauteil 20 ab. Das expandierte Dichtmittel ist in 4 mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet. Gegebenenfalls kann überschüssiges Dichtmittel, wie gezeigt, seitlich austreten. Die Erhitzung der Nietverbindung kann vorzugsweise im Rahmen einer KTL-Trocknung erfolgen.Due to the deformation of the component 20th and the rivet element 10 a circumferential gap is formed 40 between rivet collar 12 , Rivet shank 14th and component 20th into which moisture could penetrate and which represents a weak point for corrosion. The sealing of the riveted joint 1 takes place in a subsequent process step, see 4th . The riveted connection 3 is heated. The sealant 30th expands: it experiences an increase in volume under the action of heat and inflates. Through the Expansion pressure and the increase in volume spreads the sealant 30th up into the gap 40 and migrates between the component 20th and rivet collar 12 to the outside and seals cavities between the rivet collar 12 and component 20th from. The expanded sealant is in 4th with the reference number 50 marked. If necessary, excess sealant can escape from the side, as shown. The riveted joint can preferably be heated as part of a KTL drying process.

5 zeigt ein weiteres beispielhaftes Nietelement 10A. Bei dem Nietelement 10A handelt es sich ebenfalls um einen Clinchniet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale und sind nicht erneut beschrieben. Im Unterschied zu dem Nietelement gemäß 1 bis 4 ist bei dem Nietelement 10A das Dichtmittel 30 nicht in einer Dichtnut angeordnet, sondern auf der gesamten Nietbundplanfläche und bildet eine ringförmige Dichtfläche auf dem Nietbund 12 aus. 5 Fig. 10 shows another exemplary rivet element 10A . With the rivet element 10A it is also a clinch rivet. The same reference symbols denote the same features and are not described again. In contrast to the rivet element according to FIG 1 to 4th is at the rivet element 10A the sealant 30th not arranged in a sealing groove, but on the entire flat surface of the rivet collar and forms an annular sealing surface on the rivet collar 12 out.

Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Dichtnut 18 mit dem Dichtmittel 30 im Nietschaft 14 anzuordnen und radial um diesen herumlaufen zu lassen.In principle, it would also be possible to use the sealing groove 18th with the sealant 30th in the rivet 14th to be arranged and to run radially around this.

Die in den Figuren gezeigten Nietelemente 10, 10A können alternativ auch als Stanzniete ausgebildet sein, mit oder ohne Funktionselement 16. Dann eignen sie sich z.B. um zwei oder mehr Bauteile miteinander zu verbinden. Die Verarbeitung derartiger Nietelemente oder des Nietelements aus 5 erfolgt analog zu dem mit Bezug auf die 1 bis 4 beschriebenen Verfahren.The rivet elements shown in the figures 10 , 10A can alternatively also be designed as punch rivets, with or without a functional element 16 . Then they are suitable, for example, to connect two or more components together. The processing of such rivet elements or the rivet element from 5 takes place analogously to that with reference to the 1 to 4th described procedure.

Grundsätzlich ist die Erfindung auch auf andere Nietformen anwendbar, wie z.B. Nietelemente, die in vorgelochte Bauteile eingebracht werden, wie z.B. Blindniete oder Vollniete.In principle, the invention can also be applied to other types of rivets, such as rivet elements that are inserted into pre-punched components, such as blind rivets or solid rivets.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: NietverbindungRiveted connection
10, 10A10, 10A: NietelementRivet element
1212: NietbundRivet collar
1414th: NietschaftRivet shank
1616: FunktionselementFunctional element
1818th: DichtnutSealing groove
2020th: BauteilComponent
3030th: nicht-expandiertes Dichtmittelnon-expanded sealant
4040: Spaltgap
5050: expandiertes Dichtmittelexpanded sealant

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013316820 A1 [0004]

Claims

Rivet element (10, 10A) with: a rivet shank (14) and a rivet collar (12) formed thereon and widened in relation to the rivet shank (14), characterized in that the rivet element (10, 10A) on the rivet shank (14) or on the rivet collar (12 ) has a radially circumferential seal made of a thermally expandable sealing means (30).

Rivet element after Claim 1 , in which the sealing means (30) is arranged in a sealing groove (18), and is flush with the sealing groove (18) or is set back into the sealing groove (18).

Rivet element after Claim 2 , in which the sealing groove (18) is formed in the rivet collar (12) on the side facing the rivet shank (14).

Rivet element (10A) Claim 1 , in which the sealing means (30) is applied over an entire flat surface of the rivet collar facing the rivet shank (14).

Rivet element according to one of the preceding claims, in which a functional element (16) is also formed on the rivet collar (12).

Rivet element according to one of the preceding claims, in which the sealing means (30) has an increase in volume of at least 100% or an increase in volume in the range from 100% to 400% due to thermal expansion.

Rivet element according to one of the preceding claims, wherein the rivet element is a punched or clinch rivet.

Riveted connection (1) with at least one component (20), which with a rivet element (10, 10A) according to one of the Claims 1 to 7th is riveted, and in which the sealing means (30) is expanded and seals between component (20) and rivet collar (12).

Method for producing a riveted connection, in which a rivet element (10, 10A) according to one of the Claims 1 to 7th is riveted to at least one component (20) and the riveted joint (1) is heated in a subsequent thermal process step, whereby the sealing means (30) expands and seals between component (20) and rivet collar (12).

Procedure according to Claim 9 , in which the riveted joint (1) is heated as part of a KTL process.

Method according to one of the Claims 9 or 10 , in which the component (20) is a motor vehicle component.