DE102021103913A1

DE102021103913A1 - Hohlstanzniet sowie Fügeverbindung mit dem Hohlstanzniet

Info

Publication number: DE102021103913A1
Application number: DE102021103913.4A
Authority: DE
Inventors: Sergej Erbis; Robert Olyschläger
Original assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2022-08-18

Abstract

Die vorliegende Anmeldung beschreibt einen Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, der die folgenden Merkmale aufweist: einen Nietkopf (10), der eine Oberseite (12) mit einem Kopfaußendurchmesser DKaufweist, einen Nietschaft (26) mit einer zylindrischen Schaftaußenfläche und einem Außendurchmesser DSsowie eine vollständig durch den Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gehende mittige Öffnung (40), die eine Innenfläche bereitstellt sowie an der Oberseite (12) des Nietkopfs (10) einen ersten Innendurchmesser Diund benachbart zu einem Nietfuß (30) einen zweiten Innendurchmesser aufweist, wobei eine Gesamtlänge L des Hohlstanzniets (1; 3; 5; 7) zwischen der Oberseite (12) des Nietkopfes (10) und dem Nietfuß (30) mindestens 8 mm beträgt, der erste Innendurchmesser Di kleiner ist als der zweite Innendurchmesser, für ein Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser DSdes Nietschafts (26) und dem ersten Innendurchmesser Dider mittigen Öffnung (40) gilt: DS≥ 1,3 Diund die mittige Öffnung (40) weist zumindest teilweise einen Bereich mit einer ersten konischen Form (42) auf, wobei für einen Winkel α zwischen der Schaftaußenfläche und der Innenfläche im Bereich der ersten konischen Form (42) gilt: 3° ≤ α ≤ 8°, vorzugsweise 5° ≤ α ≤ 7°.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hohlstanzniet zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, eine Fügeverbindung bestehend aus mindestens einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, die mithilfe des Hohlstanzniets verbunden sind, ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Fügeverbindung sowie ein Herstellungsverfahren eines entsprechenden Hohlstanzniets.
2. Hintergrund der Erfindung
Es ist grundsätzlich bekannt, zwei Bauteile bzw. zwei Materiallagen mittels Stanzniettechnik miteinander zu verbinden. Üblicherweise handelt es sich bei den zu verbindenden Materiallagen um dünne Materiallage, die zusammen eine Dicke von beispielsweise 5 mm nicht überschreiten.
Dickere Materiallagen und mehrlagige Material-Kombinationen mit einer größeren Dicke stellen die Stanzniettechnik vor eine große Herausforderung. Dies ist darin begründet, dass durch die Gesamtstärke oder Gesamtdicke des Materials auch ein entsprechendes Butzenvolumen anfällt, gerade bei der Verwendung von Halbhohlstanznieten. Dieses überschüssige Material kann nur begrenzt in die Ausnehmung eines Halbhohlstanzniets aufsteigen. Überschreitet das Butzenvolumen das Volumen der Ausnehmung des Halbhohlstanzniets, dann führt dies zur Deformation des Halbhohlstanzniets und/oder zu einem Verklemmen der Verbindung innerhalb der Matrize. Dadurch kann der Halbhohlstanzniet nicht weiter eingetrieben werden, so dass in dem matrizenseitigen Bauteil, das auch als Basiswerkstoff bezeichnet wird, kein Hinterschnitt ausgebildet werden kann.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist eine Anpassung der Tiefe der Ausnehmung beim Rückwärts-Fließpressen nur bis zu einem bestimmten Maximum möglich. Dies hat zur Folge, dass bei Längen des Halbhohlstanzniets über 6,5 mm die Tiefe der Ausnehmung konstant bleibt und nicht mit angepasst wird. Zusätzlich wird die Restbodendicke des matrizenseitigen Bauteils stark ausgedünnt, da die ausgestanzten Butzen in der Ausnehmung des Halbhohlstanzniets verbleiben, im Verlauf der Stempelhub-Bewegung nicht weiter aufsteigen können und deshalb das davorliegende Material punktuell verdrängen.
Ein Beispiel eines solchen Halbhohlstanzniets ist in JP H09-317730 A beschrieben. Der Halbhohlstanzniet besteht aus einem Kopf und einem Schaft. Der Schaft wird in ein zu befestigendes Element getrieben, gefolgt von einem Verstemmen. In dem Schaft des Halbhohlstanzniets ist eine konische Öffnung ausgebildet. Die sich verjüngende Öffnung ist in Richtung des Nietfußes oder Endes des Nietschafts hin verbreitert. Der Halbhohlstanzniet besteht aus einer Aluminiumlegierung und wird einer bestimmten Wärmebehandlung unterzogen.
Da sich dickere Materiallagen, wie oben erläutert, nicht mit den Standard-Geometrien für Halbhohlstanzniete richtlinienkonform fügen lassen, besteht ein Ansatz in der Verwendung von Hohlstanznieten.
Ein Beispiel eines Hohlstanzniets zeigt EP 0 129 358 A2 . Der entsprechende Hohlstanzniet weist einen Senkkopf und einen hohlen Nietschaft auf. In einem Beispiel weist dieser Nietschaft einen oberen Abschnitt mit einer relativ dicken Wand und einen unteren Abschnitt mit einer relativ schmalen Wandstärke auf, um einen verformbaren Abschnitt zu bilden. An seinem unteren Ende, d.h. am Nietfuß, endet der Hohlstanzniet in einer ringförmigen Schneidkante, die sich zu einer Schnittkante verjüngt, um das Eindringen des Hohlstanzniets in die zu verbindenden Bauteile zu erleichtern.
Ein weiterer Hohlstanzniet ist in WO 2014/013232 A1 beschrieben. Dieser weist, wie auch der Hohlstanzniet gemäß der EP 0 129 358 A2 , eine zylindrische Öffnung auf. Da dieser Niet beim Fügen mehrerer und/oder dickerer Blechlagen zum Versagen neigt, wurde mindestens ein Teil seiner Öffnung mit einem Schmiermittel beschichtet.
Abschließend offenbart JP 2003 106 316 A1 ebenfalls einen Hohlstanzniet, der einer Qualitätsprüfung eines Verbindungszustands dient, nicht jedoch dem Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen. Zu diesem Zweck weist der Hohlstanzniet einen Schaftabschnitt, der in ein verbundenes Element geschlagen ist, und einen Kopfabschnitt auf, der an einem oberen Endabschnitt des Schafts ausgebildet ist. Der Hohlstanzniet weist ein Drosselloch auf, das von einem unteren Endabschnitt des Schafts zum Kopfabschnitt verläuft.
Die oben beschriebenen Lösungen sind im Bereich des Nietkopfs, d.h. im Nietkopfbereich, häufig nicht robust genug, um die bei einem Verbinden von zwei Bauteilen auftretenden Kräfte aufnehmen zu können. Aus diesem Grund sind Deformationen des Hohlstanzniets bei festeren Materialien und/oder dickeren Materiallagen, insbesondere bei einer dickeren Decklage, häufig unvermeidbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Hohlstanzniet zu schaffen, mit dem dickere Bauteile prozesssicher gefügt werden können. Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechenden Fügeverbindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung sowie ein Herstellungsverfahrens für einen entsprechenden Hohlstanzniet bereitzustellen.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen Hohlstanzniet zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, eine Fügeverbindung bestehend aus mindestens einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 14, ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 15 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlstanzniets gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 16. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen sowie den anhängigen Patentansprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Hohlstanzniet zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen weist die folgenden Merkmale auf: einen Nietkopf, der eine Oberseite mit einem Kopfaußendurchmesser aufweist, einen Nietschaft mit einer zylindrischen Schaftaußenfläche und einem Außendurchmesser D_S sowie eine vollständig durch den Hohlstanzniet gehende mittige Öffnung, die eine Innenfläche bereitstellt sowie an der Oberseite des Nietkopfs einen ersten Innendurchmesser D_i und benachbart zu einem Nietfuß einen zweiten Innendurchmesser aufweist, wobei eine Gesamtlänge L des Hohlstanzniets zwischen der Oberseite des Nietkopfes und dem Nietfuß mindestens 8 mm beträgt, der erste Innendurchmesser Di kleiner ist als der zweite Innendurchmesser, für ein Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser D_S des Nietschafts und dem ersten Innendurchmesser Di der mittigen Öffnung gilt: Ds ≥ 1,3 Di und die mittige Öffnung weist zumindest teilweise einen Bereich mit einer ersten konischen Form auf, wobei für einen Winkel α zwischen der Schaftaußenfläche und der Innenfläche im Bereich der ersten konischen Form gilt: 3° ≤ α ≤ 8°, vorzugsweise 5° ≤ α ≤ 7°.
In bekannter Weise weist der Hohlstanzniet somit den Nietkopf, den Nietschaft sowie den Nietfuß auf. Dabei bezeichnet der Begriff Nietfuß den Bereich am kopfabgewandten axialen Ende des Nietschafts. Vorzugsweise besteht der Hohlstanzniet aus Vergütungsstahl oder Edelstahl oder weist eine Aluminiumlegierung auf.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe löst der erfindungsgemäße Hohlstanzniet durch die Kombination seiner geometrischen Merkmale. So stellt die Gesamtlänge des Hohlstanzniets von mindestens 8 mm sicher, dass auch Bauteile, die eine größere Stärke aufweisen, prozesssicher miteinander verbindbar sind. Beispielsweise ist mit dem erfindungsgemäßen Hohlstanzniet eine Fügeverbindung zwischen zwei Materiallagen realisierbar, bei der die Decklage, d.h. ein oder eine Mehrzahl oberer oder erster Bauteile, eine Dicke von mindestens 5,0 mm aufweist. Vorzugsweise können Decklagen mit einer Dicke von mindestens 5,5 mm und besonders bevorzugt mit einer Dicke von mindestens 6,0 mm ebenfalls prozesssicher verarbeitet werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Decklage, d.h. das eine oder die Mehrzahl oberer oder erster Bauteile, aus Aluminium besteht oder Aluminium aufweist.
Durch die Definition, dass der erste Innendurchmesser Di an der Oberseite des Nietkopfs erfindungsgemäß kleiner ist als der zweite Innendurchmesser, weist der erfindungsgemäße Hohlstanzniet im Nietkopfbereich eine dickere Schaftwand auf, so dass Stauchungen im oberen Bereich vermieden werden. Zudem schließt diese Definition eine ausschließlich zylindrisch ausgebildete mittige Öffnung über den gesamten Längenbereich des Hohlstanzniets, d.h. vom Nietfuß bis zur Oberseite des Nietkopfs, aus.
Das erfindungsgemäße Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser Ds des Nietschafts und dem ersten Innendurchmesser Di der mittigen Öffnung ist wesentlich für die Funktion des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets. Denn gerade hierdurch wird die durchgängige, sich zum Kopf hin verjüngende mittige Öffnung definiert, wobei gleichzeitig ein minimaler erster Innendurchmesser Di an der Oberseite des Nietkopfs beibehalten wird. Dies ist gerade bei zu verbindenden Bauteilen, bei denen die Decklage, die aus einem oder einer Mehrzahl erster oder oberer Bauteile besteht, eine Dicke von mindestens 5,0 mm, vorzugsweise mindestens 5,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 6,0 mm oder 6,5 mm aufweist, vorteilhaft. Die Dicke der Decklage bestimmt sich gemäß einer ersten Alternative durch ein einziges oberes oder erstes Bauteil. Gemäß einer zweiten Alternative wird die Decklage durch eine Mehrzahl erster Bauteile gebildet, beispielsweise durch zwei, drei oder mehr Aluminiumbleche. Gemäß einem Beispiel weisen bei einer Decklage aus drei ersten Bauteilen, d.h. bei einer Decklage aus drei Aluminiumblechen, eines der Aluminiumbleche eine Dicke von 1,0 mm und zwei Aluminiumbleche eine Dicke von 2,0 mm auf. Dementsprechend weisen bei der Verwendung von zwei Aluminiumblechen als erstes Bauteil eines eine Dicke von 2,0 mm und das andere eine Dicke von 3,0 mm auf.
Weiter unterstützt wird die Ausbildung des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets mit einer im Nietkopfbereich dickeren Schaftwand durch den zumindest teilweise in der mittigen Öffnung vorhandenen Bereich mit der ersten konischen Form. Dabei fördert der Bereich mit der ersten konischen Form insbesondere den technischen Effekt, dass Stauchungen im oberen Bereich des Hohlstanzniets, d.h. im oder benachbart zum Nietkopfbereich, vermieden werden.
Ein erster technischer Effekt des so ausgebildeten erfindungsgemäßen Hohlstanzniets ist, dass er im Vergleich zu den bekannten Halbhohlstanzniet-Geometrien mehr Volumen für die Aufnahme von aufsteigendem Material bietet. Somit ist die eingangs erläuterte Problematik bei der Aufnahme eines aus der Decklage ausgestanzten Butzens vermeidbar.
Ein zweiter technischer Effekt ergibt sich bei einem Vergleich mit den bekannten Hohlstanznieten. Denn aufgrund seiner Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße Hohlstanzniet eine höhere Steifigkeit und daher eine geringere Deformationsanfälligkeit gegenüber bekannten Hohlstanznieten auf. In dieser Hinsicht hat sich gerade der Bereich mit der ersten konischen Form als besonders vorteilhaft herausgestellt, da dieser ein kopfseitiges Herausfallen eines Butzens aus dem Hohlstanzniet verhindert. Darüber hinaus unterstützt der Bereich mit der ersten konischen Form eine Rückwärtsbewegung des Umformdorns in vorteilhafter Weise.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Hohlstanzniets gilt für den ersten Innendurchmesser D_i: D_i ≥ 1,3 mm, vorzugsweise D_i ≥ 2,0 mm. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der erste Innendurchmesser D_i immer eine gewisse Mindestgröße an der Oberseite des Nietkopfs aufweist, so dass das Aufsteigen des Butzens innerhalb des Hohlstanzniets einerseits sichergestellt ist, während andererseits ein Herausfallen des Butzens am kopfseitigen Ende des Hohlstanzniets vermieden wird.
Weiterhin bevorzugt liegt die Gesamtlänge L des Hohlstanzniets bei L ≤ 14 mm. Denn gerade bei einer Überschreitung der Länge von 14 mm kann die prozesssichere Verarbeitung des Hohlstanzniets nicht in allen Fällen sichergestellt werden. Dies gilt gerade im Hinblick auf Decklagen aus einem härteren Material, wie beispielsweise einem hoch- oder höchstfesten Stahl.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Hohlstanzniets gilt für den Kopfaußendurchmesser D_K = 7,75 mm und/oder für den Außendurchmesser D_S des Nietschafts D_S ≤ 5,6 mm, insbesondere D_S = 5,3 mm. In Verbindung mit den weiteren geometrischen Merkmalen des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets wird auf diese Weise das Setzverhalten des Hohlstanzniets weiter verbessert, so dass der Hohlstanzniet an die spezifische Fügeaufgabe optimal anpassbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Hohlstanzniets sind a) die Schaftaußenfläche und die Innenfläche am Nietfuß durch eine plane Schaftstirnfläche verbunden und die plane Schaftstirnfläche ist mit der Schaftaußenfläche durch eine Schneidkante verbunden oder b) die Innenfläche geht am Nietfuß direkt über eine Schneidkante in die Schaftaußenfläche über. Mit den jeweiligen Ausgestaltungen, d. h. ob eine plane Schaftstirnfläche in Verbindung mit einer Schneidkante am Nietfuß vorliegt oder nur eine Schneidkante vorgesehen ist, d. h. ohne plane Schaftstirnfläche, kann der Hohlstanzniet weiter an die für die Bauteile verwendeten Materialen und somit an die herzustellende Fügeverbindung angepasst werden, wodurch sich insbesondere das Anwendungsgebiet vergrößert.
In dieser Hinsicht ist es weiterhin bevorzugt, dass die Innenfläche der mittigen Öffnung am Nietfuß mit einem Übergangsbereich versehen der einen Radius Rs aufweist, für den gilt: 0,3 mm ≤ R_S ≤ 6 mm, vorzugsweise 1,0 mm ≤ R_S ≤ 4 mm, wobei der Radius R_S tangential in die Innenfläche übergeht. Gerade der Radius R_S, der auch als Einlaufradius bezeichnet werden kann, stellt eine fließende Bewegung des Materials in die mittige Öffnung hinein sicher.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform weist die Innenfläche der mittigen Öffnung des Hohlstanzniets am Nietfuß einen konisch ausgebildeten Übergangsbereich auf, vorzugsweise mit einem Winkel zwischen Schaftaußenfläche und Innenfläche im Übergangsbereich, der größer ist als der Winkel α im Bereich der ersten konischen Form. Auch auf diese Weise ist, gerade unter Berücksichtigung der Ausgestaltungsmöglichkeiten mit und ohne plane Schaftstirnfläche, eine weitere Anpassung an für die Bauteile verwendeten Materialien und somit an die herzustellende Fügeverbindung realisierbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Hohlstanzniets weist der Nietkopf einen Kopfaußenrand auf, der mit der Schaftaußenfläche verbunden ist durch a) eine konische Unterkopffase, b) einen Unterkopfradius oder c) eine konische Unterkopffase und einen Unterkopfradius, wobei der Unterkopfradius jeweils tangential in die konische Unterkopffase und die Schaftaußenfläche übergeht. Mittels dieser Ausgestaltungen ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Nietkopf-Geometrien realisierbar, so dass insbesondere der Nietkopf optimal an die herzustellende Fügeverbindung anpassbar ist. Beispielsweise kann mittels Alternative c) ein Senkkopf definiert werden, der aufgrund des Unterkopfradius einen abgerundeten Übergang zwischen Nietkopf und Nietschaft bereitstellt. Auch Alternative a) kann einen Senkkopf bereitstellen, wobei der Übergang zwischen der Unterseite des Nietkopfs und dem Nietschaft ohne den Unterkopfradius winklig verläuft. Alternative b) erweitert das Gestaltungsspektrum zusätzlich. So kann gerade bei einer Wahl eines ausreichend großen Unterkopfradius von beispielsweise 2,2 mm dieser sich bis zum Kopfaußenrand erstrecken, so dass ein Eindringen des Nietkopfbereichs in die obere Materiallage und ein flächiges Abschließen der Oberseite des Nietkopfs besonders vorteilhaft unterstützt wird. Wird der Unterkopfradius dagegen kleiner gewählt, kann ein Bereich einer Unterseite des Nietkopfs in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Hohlstanzniets verlaufen.
Ausgehend von dem vorhandenen Kopfaußenrand ist es weiterhin bevorzugt, dass der Kopfaußenrand mit der Oberseite des Nietkopfs durch einen Radius verbunden ist, der jeweils tangential in den Kopfaußenrand und die Oberseite übergeht. Diese Ausgestaltung führt zu einer abgerundeten Oberseite des Nietkopfs, was aus optischen und/oder Sicherheitsgründen vorteilhaft sein kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Hohlstanzniets weist dieser an der Oberseite des Nietkopfs ein Funktionselement auf, das vorzugsweise eine mittige Öffnung hat. Die mittige Öffnung des Funktionselements weist insbesondere im Anschlussbereich einen Durchmesser auf, der dem ersten Innendurchmesser D_i an der Oberseite des Nietkopfs entspricht. Auf diese Weise kann beispielsweise der Butzen oder das abgetrennte Material auch in das Funktionselement aufsteigen, so dass insgesamt mehr Raum zur Materialaufnahme zur Verfügung steht. Bei dem Funktionselement selbst kann es sich in bekannter Weise um einen mit einem Gewinde versehenen Bolzen oder dergleichen handeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Hohlstanzniets weist die mittige Öffnung den Bereich mit der ersten konischen Form benachbart zur Oberseite des Nietkopfs und in Richtung des Nietfußes einen Bereich mit einer zylindrischen Form auf, wobei der Durchmesserübergang von dem Bereich mit der zylindrischen Form zu dem Bereich mit der ersten konischen Form tangential ist. Alternativ weist die mittige Öffnung einen Bereich mit einer zylindrischen Form benachbart zur Oberseite des Nietkopfs und in Richtung des Nietfußes den Bereich mit der ersten konischen Form auf, wobei der Durchmesserübergang von dem Bereich mit der ersten konischen Form zu dem Bereich mit der zylindrischen Form tangential ist. In einer noch anderen Ausführungsform umfasst die mittige Öffnung den Bereich mit der ersten konischen Form benachbart zur Oberseite des Nietkopfs und weist in Richtung des Nietfußes einen Bereich mit einer zweiten konischen Form auf, wobei der Durchmesserübergang von dem Bereich mit der ersten konischen Form zu dem Bereich mit der zweiten konischen Form tangential ist. Gerade im Hinblick auf die letzte Ausführungsform ist es zusätzlich möglich, einen zylindrischen Bereich vorzusehen, der zwischen dem Nietfuß und dem Bereich mit der zweiten konischen Form angeordnet ist.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der mittigen Öffnung ermöglichen, dass der Hohlstanzniet weiter an die herzustellende Fügeverbindung und die verwendeten Materialien angepasst werden kann. Dies ist darin begründet, dass die mittige Öffnung und deren Ausgestaltung einen besonderen Einfluss auf das Aufsteigen des Materials im Inneren des Hohlstanzniets haben, so dass auf diese Weise die Qualität der Fügeverbindung positiv beeinflusst werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich der Bereich mit der ersten konischen Form von der Oberseite des Nietkopfs mindestens bis zu einem Bereich benachbart zum Nietfuß, vorzugsweise bis zu dem Übergangsbereich, wobei gilt: sin (α) ≤ 1,12 / L. Gerade wenn der Bereich mit der ersten konischen Form sich fast vollständig über die Gesamtlänge L des Hohlstanzniet erstreckt, d.h. über die Gesamtlänge L abzüglich eines Übergangsbereichs, muss sichergestellt werden, dass sich die mittige Öffnung an der Oberseite des Nietkopfs aufgrund der Wahl des Winkels α nicht schließt. Dieser Effekt würde beispielsweise dann auftreten, wenn die Gesamtlänge L des Hohlstanzniets bei unverändertem Winkel α größer gewählt wird. In Abhängigkeit von der gewählten Länge kann sich hierdurch die mittige Öffnung an der Kopfseite schließen. Dies wird durch das Verhältnis zwischen dem Winkel α und der Gesamtlänge L verhindert, gerade in Verbindung mit den anderen geometrischen Parametern, die für die bevorzugten Ausführungsformen und den erfindungsgemäßen Hohlstanzniet definiert wurden.
Eine erfindungsgemäße Fügeverbindung besteht aus einem oder einer Mehrzahl erster Bauteile und einem zweiten Bauteil, wobei das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile eine Decklage aus Aluminium darstellt, die eine Dicke im Fügebereich von mindestens 5,0 mm, vorzugsweise mindestens 5,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 6,0 mm, aufweist und das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile sowie das zweite Bauteil sind mit Hilfe des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets miteinander verbunden. Die erfindungsgemäße Fügeverbindung verwendet somit den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Hohlstanzniet. Daher wird im Hinblick auf die technischen Effekte sowie die Vorteile auf die obigen Ausführungen verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung zwischen einem oder einer Mehrzahl erster Bauteile und einem zweiten Bauteil, weist den Schritt auf: Setzen eines erfindungsgemäßen Hohlstanzniets in das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile und in das zweite Bauteil, die übereinander angeordnet sind, wobei das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile eine Decklage aus Aluminium darstellt, die eine Dicke im Fügebereich von mindestens 5,0 mm, vorzugsweise mindestens 5,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 6,0 mm, aufweist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung wird die erfindungsgemäße Fügeverbindung hergestellt. Dies erfolgt unter Verwendung des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets. Aus diesem Grund verweisen wir in diesem Zusammenhang ebenfalls auf die obigen Ausführungen.
Ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Hohlstanzniets umfasst den Schritt: Kaltumformen eines Drahtstücks, so dass es die geometrischen Merkmale des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets aufweist. Somit stellt dieses Herstellungsverfahren den erfindungsgemäßen Hohlstanzniet her. Aufgrund der Verwendung des Kaltschlagens geschieht dies auf eine kosteneffiziente Weise.
Figurenliste
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen dabei gleiche Bauteile und/oder Elemente. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets,
2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietfußes gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietfußes gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietfußes gemäß einer dritten Ausführungsform,
5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietfußes gemäß einer vierten Ausführungsform,
6 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietfußes gemäß einer fünften Ausführungsform,
7 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform,
8 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform,
9 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietkopfs gemäß einer dritten Ausführungsform,
10 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietkopfs gemäß einer vierten Ausführungsform,
11 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nietkopfs gemäß einer fünften Ausführungsform,
12 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets,
13 zeigt eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets,
14 zeigt eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlstanzniets,
15 zeigt übereinandergelegte schematische Ansichten eines Hohlstanzniets mit unterschiedlichen Gesamtlängen bei gleichbleibendem ersten Innendurchmesser Di,
16 zeigt übereinandergelegte schematische Ansichten eines Hohlstanzniets mit unterschiedlichen Winkeln α bei unveränderter Gesamtlänge des Hohlstanzniets,
17 zeigt übereinandergelegte schematische Ansichten eines Hohlstanzniets mit unterschiedlichen Gesamtlängen sowie bei einer Begrenzung des Winkels α in Abhängigkeit von der Gesamtlänge des Hohlstanzniets,
18 zeigt einen schematischen Verfahrensablauf einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Fügeverbindung und
19 zeigt einen schematischen Verfahrensablauf einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens eines Hohlstanzniets.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine erste Ausführungsform eines Hohlstanzniets 1 gemäß der vorliegenden Erfindung diskutiert. Der Hohlstanzniet 1 dient aufgrund seiner Gesamtlänge L insbesondere zum Verbinden von dickeren Materiallagen, wobei insbesondere die Decklage aus Aluminium mit einer Dicke im Fügebereich von mindestens 5,0 mm besteht. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Decklage im Fügebereich mindestens 5,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 6,0 mm. Die Dicke der Decklage bestimmt sich gemäß einer ersten Alternative durch ein einziges erstes Bauteil. Gemäß einer zweiten Alternative wird die Decklage durch eine Mehrzahl erster Bauteile gebildet, beispielsweise durch zwei oder drei Aluminiumbleche. Wird die Decklage durch drei Aluminiumbleche als erste Bauteile gebildet, dann kann eines der Aluminiumbleche eine Dicke von 1,0 mm und zwei Aluminiumbleche eine Dicke von 2,0 mm aufweisen. Dementsprechend kann bei der Verwendung von zwei Aluminiumblechen als erste Bauteile eines eine Dicke von 2,0 mm und das andere eine Dicke von 3,0 mm aufweisen. Allgemein besteht der Hohlstanzniet 1 aus Vergütungsstahl oder Edelstahl oder weist eine Aluminiumlegierung auf.
Wie in 1 ersichtlich weist der Hohlstanzniet 1 zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen einen Nietkopf 10, einen Nietschaft 26 sowie einen Nietfuß 30 auf. Der Nietkopf 10 hat eine Oberseite 12 mit einem Kopfaußendurchmesser D_K.
An den Nietkopf 10 schließt sich der Nietschaft 26 an, der über eine zylindrische Schaftaußenfläche und einen Außendurchmesser Ds verfügt. Das kopfabgewandte axiale Ende des Nietschafts 26 wird als Nietfuß 30 bezeichnet.
Aufgrund der Ausgestaltung als Hohlstanzniet 1 weist dieser eine vollständig durch den Hohlstanzniet 1 gehende mittige Öffnung 40 auf. Die mittige Öffnung 40 stellt eine Innenfläche bereit, sowie an der Oberseite 12 des Nietkopfs 10 einen ersten Innendurchmesser Di und benachbart zum Nietfuß 30 einen zweiten Innendurchmesser.
Eine Gesamtlänge L des Hohlstanzniets 1 wird zwischen der Oberseite 12 des Nietkopfs 10 und dem Nietfuß 30 gemessen. Die Gesamtlänge L beträgt erfindungsgemäß mindestens 8 mm.
Im Hinblick auf die mittige Öffnung 40 ist deren erster Innendurchmesser Di kleiner als der zweite Innendurchmesser benachbart zum Nietfuß 30. Auf diese Weise ist eine ausschließlich zylindrische Ausgestaltung der mittigen Öffnung 40 ausgeschlossen.
Weiterhin erfüllt die Ausführungsform gemäß 1 das Erfordernis, dass für ein Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser D_S des Nietschafts 26 und dem ersten Innendurchmesser D_i der mittigen Öffnung 40 gilt: D_S ≥ 1,3 Di. Dieses Verhältnis stellt, gerade im Hinblick auf die oben diskutierten Dicken von Aluminium-Decklagen im Fügebereich, eine ausreichende Dicke des Hohlstanzniets 1 im Bereich des Nietschafts 26 bereit, so dass dieser bei einem Setzvorgang nicht gestaucht wird.
Die mittige Öffnung 40 weist darüber hinaus zumindest teilweise einen Bereich mit einer ersten konischen Form 42 auf. Ein Winkel α im Bereich mit der ersten konischen Form 42 wird zwischen der Schaftaußenfläche und der Innenfläche der mittigen Öffnung 40 gemessen und liegt im Bereich der ersten konischen Form 42 bei 3° ≤ α ≤ 8°, vorzugsweise 5° ≤ α ≤ 7°.
Auf diese Weise ist besonders effizient sichergestellt, dass ein während des Setzvorgangs aus der Decklage abgetrennter Butzen im Inneren des Hohlstanzniets 1 nach oben steigen kann. Vorzugsweise ist der erste Innendurchmesser D_i ≥ 1,3 mm und besonders bevorzugt ist der erste Innendurchmesser D_i ≥ 2,0 mm. Gerade auf diese Weise wird eine ausreichend große Öffnung an der Oberseite 12 des Nietkopfs 10 bereitgestellt, die eine Bewegung des abgetrennten Butzens innerhalb der mittigen Öffnung 40 sicherstellt.
Um ein prozesssicheres Fügen sicherstellen zu können, ist es ebenfalls bevorzugt, die Gesamtlänge L zu begrenzen. Als vorteilhaft hat sich hierbei ergeben, wenn die Gesamtlänge L 14,0 mm nicht überschreitet. Gerade in dem Bereich der Gesamtlänge L zwischen 8 mm und 14 mm kann eine Verarbeitung vieler zu verbindender Bauteile sichergestellt werden. Bei einer Überschreitung der Gesamtlänge L von 14,0 mm kann die prozesssichere Verarbeitung des Hohlstanzniets 1 nicht in allen Fällen sichergestellt werden. Dies gilt gerade im Hinblick auf Decklagen aus einem im Vergleich zu Aluminium härteren Material, wie beispielsweise einem hoch- oder höchstfesten Stahl.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform des Hohlstanzniets 1 beträgt der Kopfaußendurchmesser D_K vorzugsweise 7,75 mm, während der Außendurchmesser Ds des Nietschafts 26 bei Ds ≤ 5,6 mm, vorzugsweise bei Ds = 5,3 mm, liegt.
Ein erster technischer Effekt des so ausgebildeten Hohlstanzniets 1 ist, dass er im Vergleich zu den bekannten Halbhohlstanzniet-Geometrien mehr Volumen für die Aufnahme von aufsteigendem Material bietet. Ein zweiter technischer Effekt ist, dass er aufgrund seiner Ausgestaltung eine höhere Steifigkeit und daher eine geringere Deformationsanfälligkeit im Vergleich zu bekannten Hohlstanznieten aufweist. In dieser Hinsicht hat sich gerade der Bereich mit der ersten konischen Form 42 als besonders vorteilhaft herausgestellt, da dieser ein kopfseitiges Herausfallen eines Butzens aus dem Hohlstanzniet 1 verhindert. Darüber hinaus unterstützt der Bereich mit der ersten konischen Form 42 eine Rückwärtsbewegung des Umformdorns in vorteilhafter Weise.
Nun bezugnehmend auf die 2 bis 6 werden unterschiedliche Ausgestaltungen des Nietfußes 30 diskutiert, wodurch der Hohlstanzniet 1 optimal an die jeweilige Fügeaufgabe anpassbar ist.
2 zeigt zunächst eine vergrößerte Ansicht des Nietfußes 30 des Hohlstanzniets 1 aus 1. Der Nietfuß 30 weist an der Außenseite eine Schräge 38 auf, die direkt über eine Schneidkante 36 in einen Übergangsbereich 32 der Innenfläche der mittigen Öffnung 40 übergeht. Daher geht, mit anderen Worten, die Innenfläche der mittigen Öffnung 40 am Nietfuß 30 über den Übergangsbereich direkt über die Schneidkante 36 in die Schaftaußenfläche über, im dargestellten Beispiel mittels der Schräge 38, bevor die zylindrische Schaftaußenfläche des Nietschafts 26 beginnt. Somit stellt bei einem Setzvorgang mit dem Hohlstanzniet 1 nur die Schneidkante 36 den ersten Kontaktbereich zwischen der Decklage und dem Hohlstanzniet 1 dar.
Der Übergangsbereich 32 der Innenfläche der mittigen Öffnung 40 weist im dargestellten Beispiel einen Radius R_S auf. Der Radius R_S der Übergangsbereich 32 verbindet die Schneidkante 36 mit dem Bereich mit der ersten konischen Form 42 der mittigen Öffnung 40. Der Übergang ist an dieser Stelle tangential ausgebildet. Der Radius Rs liegt zwischen 0,3 mm ≤ R_S ≤ 6 mm. Vorzugsweise liegt der Radius zwischen 1,0 mm und 4 mm. Zu beachten ist, dass der Radius R_S tangential in die Innenfläche bzw. den Bereich mit der ersten konischen Form 42 übergeht.
Nun bezugnehmend auf 3 ist eine alternative Ausgestaltung des Nietfußes 30 gezeigt. Im Vergleich zu der vorherigen Ausgestaltung gemäß 2 weist der Nietfuß 30 gemäß 3 eine plane Schaftstirnfläche 34 auf und auf die Schräge 38 wurde verzichtet. Somit sind die Schaftaußenfläche des Nietschafts 26 und die Innenfläche der mittigen Öffnung 40 am Nietfuß 30 durch die plane Schaftstirnfläche 34 verbunden und die plane Schaftstirnfläche 34 ist mit der Schaftaußenfläche durch die Schneidkante 36 verbunden. Somit stellt bei einem Setzvorgang mit dem Hohlstanzniet 1 mit dieser Nietfußgestaltung die Schneidkante 36 zusammen mit der planen Schaftstirnfläche 34 den ersten Kontaktbereich zwischen der Decklage und dem Hohlstanzniet 1 dar. Die obigen Ausführungen zum Radius R_S gelten für diese Ausführungsform analog.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Nietfußes 30. In diesem Beispiel ist kein Radius R_S im Übergangsbereich 32 vorgesehen. Vielmehr ist der Übergangsbereich 32 konisch ausgebildet. Der Winkel zwischen Schaftaußenfläche des Nietschafts 26 und der Innenfläche der mittigen Öffnung 40 im Übergangsbereich 32 ist hierbei größer als der Winkel α im Bereich der ersten konischen Form 42. In dem Beispiel gemäß 4 geht die Innenfläche der mittigen Öffnung 40 am Nietfuß 30 erneut direkt über die Schneidkante 36 in die Schaftaußenfläche mittels der Schräge 38 über. Hierzu wird auf die Erläuterungen zu 2 verwiesen.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem konisch ausgebildeten Übergangsbereich 32. In dieser Hinsicht wird auf die Ausführungen zur Ausführung gemäß 4 verwiesen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 4 ist, wie bereits zur Ausführungsform gemäß 3 erläutert, eine plane Schaftstirnfläche 34 vorgesehen. Die Schneidkante 36 ist somit zwischen der planen Schaftstirnfläche 34 und der Schaftaußenfläche des Nietschafts 26 vorhanden, wobei auf die Schräge 38 verzichtet wurde.
Abschließend zeigt 6 eine weitere Ausführungsform des Nietfußes 30. Hier weist der Nietfuß 30den konisch ausgebildeten Übergangsbereich 32, eine plane Schaftstirnfläche 34 sowie die Schräge 38 auf, die die Außenseite des Nietschafts 26 mit der planen Schaftstirnfläche 34 verbindet. Die Schneidkante 36 ist somit zwischen der Schräge 38 und der planen Schaftstirnfläche 34 vorhanden.
Nun bezugnehmend auf die 7 bis 11 werden verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten des Nietkopfes 10 diskutiert, mit denen der Hohlstanzniet 1 weiter an die Anforderungen der spezifischen Fügeaufgabe anpassbar ist.
In dieser Hinsicht zeigt 7 zunächst eine Ausführungsform des Nietkopfs, wie er in 1 verwendet wird. Dieser Nietkopf 10 weist die Oberseite 12 sowie einen Kopfaußenrand 14 auf. Das kopfzugewandte axiale Ende des Nietschafts 26 geht an der Schaftaußenfläche über einen Unterkopfradius 18 in eine konische Unterkopffase 16 über. Der Unterkopfradius 18 geht dabei jeweils tangential in die Schaftaußenfläche des Nietschafts 26 sowie die konische Unterkopffase 16 über. Auf diese Weise wird der Hohlstanzniet 1 mit einem als Senkkopf ausgebildeten Nietkopf 10 bereitgestellt.
8 zeigt eine alternative Ausführungsform des Nietkopfs 10. Hier geht die Schaftaußenfläche des Nietschafts 26 ausschließlich mittels einer konischen Unterkopffase 16 in den Kopfaußenrand 14 des Nietkopfs 10 über. Mit anderen Worten wurde auf den Unterkopfradius verzichtet.
In der Ausführungsform gemäß 9 geht die Schaftaußenfläche des Nietschafts 26 ausschließlich mittels des Unterkopfradius 18 in den Kopfaußenrand 14 über. Im Unterscheid zu der Ausführungsform gemäß 8 ist daher keine Unterkopffase vorgesehen. Der Wert für den Unterkopfradius 18 liegt vorzugsweise bei ungefähr 2,2 mm.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform ohne konische Unterkopffase 16 und mit einem im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 9 deutlich kleineren Unterkopfradius 18. Dies resultiert darin, dass an der Unterseite des Nietkopfs 10 eine Fläche gebildet ist, die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Hohlstanzniets 1 verläuft. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen geht der Kopfaußenrand 14 in die Oberseite 12 mittels eines Radius 20 über. Der Radius 20 geht dabei jeweils tangential in den Kopfaußenrand 14 sowie die Oberseite 12 über.
Schließlich zeigt 11 die Ausgestaltung des Hohlstanzniets ähnlich wie in 10, allerdings ist hier kein Radius 20 an der Oberseite 12 des Nietkopfes 10 vorgesehen, sondern ein Funktionselement 22 mit einer mittigen Öffnung 24. Bei diesem Funktionselement 22 handelt es sich beispielsweise um einen mit einem Gewinde versehenen Bolzen. Hierdurch können zusätzliche Funktionen mit dem Fügeelement realisiert werden.
Nun bezugnehmend auf 12 ist eine zweite Ausführungsform eines Hohlstanzniets 3 dargestellt. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus sowie der geometrischen Angaben gelten die Ausführungen und Werte für die erste Ausführungsform auch für die zweite Ausführungsform, insbesondere im Hinblick auf die Gesamtlänge L, den Kopfaußendurchmesser D_K, den ersten Innendurchmesser D_i, den Außendurchmesser D_S des Nietschafts 26 sowie den Radius R_S im Übergangsbereich. Vorzugsweise gilt dies auch für den Winkel α im Bereich der ersten konischen Form 42. Dementsprechend kann auch der Hohlstanzniet 3 mit einer der in den 2 bis 11 diskutierten Nietfuß- oder Nietkopfgestaltungen kombiniert werden.
Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform des Hohlstanzniets 1 ist die mittigen Öffnung 40 des Hohlstanzniets 3 anders ausgestaltet. So geht der Übergangsbereich 32 in einen Bereich mit einer zylindrischen Form 44 über. An diesen Bereich mit der zylindrischen Form 44 schließt sich der Bereich mit der ersten konischen Form 42 an. Mittels dieser Ausgestaltung kann ein größeres Aufnahmevolumen im unteren Bereich des Hohlstanzniets 3, d. h. in dem Bereich benachbart zum Nietfuß 30 bereitgestellt werden.
Eine dritte Ausführungsform eines Hohlstanzniets 5 ist in 13 gezeigt. Auch hier gelten, wie bereits zur Ausführungsform gemäß 12 dargelegt, die Ausführungen zu der Ausführungsform gemäß 1 analog. Im Unterscheid zur Ausführungsform gemäß 12 schließt sich bei dem Hohlstanzniet 5 an den Übergangsbereich 32 der Bereich mit der ersten konischen Form 42 an. In Richtung Nietkopf 10 folgt in der mittigen Öffnung 40 ein Bereich mit einer zylindrischen Form 44. In allen Fällen ist der Durchmesserübergang von der zylindrischen Form 44 in die erste konische Form 42 tangential.
Schließlich zeigt 14 eine vierte Ausführungsform eines Hohlstanzniets 7. Diese Ausführungsform ist ähnlich zu der zweiten Ausführungsform des Hohlstanzniets 3 gemäß 12, so dass auch für diese Ausführungsform die obigen Erläuterungen analog gelten.
Allerdings ist bei dem Hohlstanzniet 7 zwischen dem Bereich mit der zylindrischen Form 44 und dem Bereich mit der ersten konischen Form 42 ein Bereich mit einer zweiten konischen Form 46 vorgesehen. Der Bereich mit der zweiten konischen Form 46 stellt einen Stufenübergang dar, wobei der Stufenübergang in die benachbarten Bereiche tangential verläuft.
15 zeigt unterschiedliche Längen des Hohlstanzniets 1, wobei der erste Innendurchmesser Di konstant gehalten wurde. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Winkel α in Abhängigkeit von der Länge L des Hohlstanzniets.
Wird der erste Innendurchmesser D_i nicht konstant gehalten, sondern der Winkel α festgelegt, dann ergibt sich hieraus das Problem, dass ab einer bestimmten Länge L in Verbindung mit einem bestimmten Winkel α keine mittige durchgehende Öffnung 40 mehr vorhanden ist. Dies wird beispielhaft durch 16 für drei verschiedene Winkel α₁, α₂ und α₃ verdeutlicht. Beispielhafte Werte für die Winkel liegen bei α₁ = 3°, α₂ = 5° und α₃ = 8°, wobei im dargestellten Beispiel nur der Winkel α₃ dazu führt, dass keine durchgehende mittige Öffnung 40 mehr vorhanden ist.
Um diesem Problem vorzubeugen, wurde festgelegt, dass gerade bei einem Bereich mit der ersten konischen Form 42, der sich von der Oberseite 12 des Nietkopfs 10 bis zum Übergangsbereich 32 erstreckt, gelten muss: sin (α) ≤ 1,12 / L. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die mittige Öffnung 40 benachbart zur Oberseite 12 des Nietkopfs 10 schließt. Dies wird durch 17 verdeutlicht.
Nun Bezugnehmend auf 18 ist der Verfahrensablauf einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Fügeverbindung zwischen mindestens einem ersten und einem zweiten Bauteil dargestellt. Dieses weist als einzigen Schritt A ein Setzen eines Hohlstanzniets gemäß einer der obigen Ausführungsformen in das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile und in das zweite Bauteil auf. Die beiden Bauteile sind dabei übereinander angeordnet und das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile stellt eine Decklage aus Aluminium dar, die eine Dicke im Fügebereich von mindestens 5,0 mm, vorzugsweise mindestens 5,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 6,0 mm, aufweist.
19 zeigt abschließend den Verfahrensablauf einer Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens eines Hohlstanzniets. Dieses umfasst als einzigen Schritt I ein Kaltumformen eines Drahtstücks, so dass es die geometrischen Merkmale des Hohlstanzniets gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen aufweist.
Bezugszeichenliste

1: erste Ausführungsform eines Hohlstanzniets
3: zweite Ausführungsform eines Hohlstanzniets
5: dritte Ausführungsform eines Hohlstanzniets
7: vierte Ausführungsform eines Hohlstanzniets
10: Nietkopf
12: Oberseite
14: Kopfaußenrand
16: Unterkopffase
18: Unterkopfradius
20: Radius an der Oberseite 12
22: Funktionselement
24: Öffnung im Funktionselement 22
26: Nietschaft
30: Nietfuß
32: Übergangsbereich
34: plane Schaftstirnfläche
36: Schneidkante
38: Schräge
40: Öffnung
42: erste konische Form
44: zylindrische Form
46: zweite konische Form
α: Winkel im Bereich der ersten konischen Form 42
Di: erster Innendurchmesser
DK: Außendurchmesser des Nietkopfs 10
DS: Außendurchmesser des Nietschafts 26
L: Gesamtlänge des Hohlstanzniets
RS: Radius im Übergangsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H09317730 A [0005]
EP 0129358 A2 [0007, 0008]
WO 2014/013232 A1 [0008]
JP 2003106316 A1 [0009]

Claims

Ein Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, der die folgenden Merkmale aufweist: a. einen Nietkopf (10), der eine Oberseite (12) mit einem Kopfaußendurchmesser D_K aufweist, b. einen Nietschaft (26) mit einer zylindrischen Schaftaußenfläche und einem Außendurchmesser D_S sowie c. eine vollständig durch den Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gehende mittige Öffnung (40), die eine Innenfläche bereitstellt sowie an der Oberseite (12) des Nietkopfs (10) einen ersten Innendurchmesser D_i und benachbart zu einem Nietfuß (30) einen zweiten Innendurchmesser aufweist, wobei d. eine Gesamtlänge L des Hohlstanzniets (1; 3; 5; 7) zwischen der Oberseite (12) des Nietkopfes (10) und dem Nietfuß (30) mindestens 8 mm beträgt, e. der erste Innendurchmesser D_i kleiner ist als der zweite Innendurchmesser, f. für ein Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser D_S des Nietschafts (26) und dem ersten Innendurchmesser D_i der mittigen Öffnung (40) gilt: D_S ≥ 1,3 D_i und g. die mittige Öffnung (40) weist zumindest teilweise einen Bereich mit einer ersten konischen Form (42) auf, wobei für einen Winkel α zwischen der Schaftaußenfläche und der Innenfläche im Bereich der ersten konischen Form (42) gilt: 3° ≤ α ≤ 8°, vorzugsweise 5° ≤ α ≤ 7°.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß Patentanspruch 1, wobei für den ersten Innendurchmesser gilt: D_i ≥ 1,3 mm, vorzugsweise D_i ≥ 2,0 mm.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Gesamtlänge L ≤ 14 mm ist.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei für den Kopfaußendurchmesser D_K = 7,75 mm und/oder für den Außendurchmesser D_S des Nietschafts (26) D_S ≤ 5,6 mm, insbesondere D_S = 5,3 mm, gilt.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei a. die Schaftaußenfläche und die Innenfläche am Nietfuß (30) durch eine plane Schaftstirnfläche (34) verbunden sind und die plane Schaftstirnfläche (34) mit der Schaftaußenfläche durch eine Schneidkante (36) verbunden ist oder b. die Innenfläche geht am Nietfuß (30) direkt über eine Schneidkante (36) in die Schaftaußenfläche über.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Innenfläche der mittigen Öffnung (40) am Nietfuß (30) einen Übergangsbereich (32) mit einem Radius R_S aufweist für den gilt: 0,3 mm ≤ R_S ≤ 6 mm, vorzugsweise 1,0 mm ≤ R_S ≤ 4 mm, wobei der Radius R_S tangential in die Innenfläche übergeht.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei die Innenfläche der mittigen Öffnung (40) am Nietfuß (30) einen konisch ausgebildeten Übergangsbereich (32) aufweist, vorzugsweise mit einem Winkel zwischen Schaftaußenfläche und Innenfläche im Übergangsbereich (32), der größer ist als der Winkel α im Bereich der ersten konischen Form (42).
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Nietkopf (10) einen Kopfaußenrand (14) aufweist, der mit der Schaftaußenfläche verbunden ist durch a. eine konische Unterkopffase (16), b. einen Unterkopfradius (18) oder c. eine konische Unterkopffase (16) und einen Unterkopfradius (18), wobei der Unterkopfradius (18) jeweils tangential in die konische Unterkopffase (16) und die Schaftaußenfläche übergeht.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß Patentanspruch 8, wobei der Kopfaußenrand (14) mit der Oberseite (12) des Nietkopfs (10) durch einen Radius (20) verbunden ist, der jeweils tangential in den Kopfaußenrand (14) und die Oberseite (12) übergeht.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, der an der Oberseite (12) des Nietkopfs (10) ein Funktionselement (22) aufweist, vorzugsweise ein Funktionselement (22) mit mittiger Öffnung (24).
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mittige Öffnung (40) a. den Bereich mit der ersten konischen Form (42) benachbart zur Oberseite (12) des Nietkopfs (10) und in Richtung des Nietfußes (30) einen Bereich mit einer zylindrischen Form (44) aufweist, wobei der Durchmesserübergang von dem Bereich mit der zylindrischen Form (44) zu dem Bereich mit der ersten konischen Form (42) tangential ist, b. einen Bereich mit einer zylindrischen Form (44) benachbart zur Oberseite (12) des Nietkopfs (10) und in Richtung des Nietfußes (30) den Bereich mit der ersten konischen Form (42) aufweist, wobei der Durchmesserübergang von dem Bereich mit der ersten konischen Form (42) zu dem Bereich mit der zylindrischen Form (44) tangential ist, oder c. den Bereich mit der ersten konischen Form (42) benachbart zur Oberseite (12) des Nietkopfs (10) und in Richtung des Nietfußes (30) einen Bereich mit einer zweiten konischen Form (46) aufweist, wobei der Durchmesserübergang von dem Bereich mit der ersten konischen Form (42) zu dem Bereich mit der zweiten konischen Form (46) tangential ist.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei sich der Bereich mit der ersten konischen Form (42) von der Oberseite (12) des Nietkopfs (10) mindestens bis zu einem Bereich benachbart zum Nietfuß (30) erstreckt, vorzugsweise bis zu dem Übergangsbereich (32), wobei gilt: sin (α) ≤ 1,12 / L.
Der Hohlstanzniet (1; 3; 5; 7) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, der aus Vergütungsstahl oder Edelstahl besteht oder eine Aluminium-Legierung aufweist.
Fügeverbindung bestehend aus einem oder einer Mehrzahl erster Bauteile und einem zweiten Bauteil, wobei das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile eine Decklage aus Aluminium darstellt, die eine Dicke im Fügebereich von mindestens 5,0 mm, vorzugsweise mindestens 5,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 6,0 mm, aufweist und das eine erste oder die Mehrzahl erster Bauteile sowie das zweite Bauteil sind mit Hilfe eines Hohlstanzniets (1; 3; 5; 7) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 13 miteinander verbunden.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung zwischen einem oder einer Mehrzahl erster Bauteile und einem zweiten Bauteil, das den folgenden Schritt aufweist: Setzen eines Hohlstanzniets (1; 3; 5; 7) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 13 in das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile und in das zweite Bauteil, die übereinander angeordnet sind, wobei das eine oder die Mehrzahl erster Bauteile eine Decklage aus Aluminium darstellt, die eine Dicke im Fügebereich von mindestens 5,0 mm, vorzugsweise mindestens 5,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 6,0 mm, aufweist.
Ein Herstellungsverfahren eines Hohlstanzniets (1; 3; 5; 7) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 13, das den Schritt umfasst: Kaltumformen eines Drahtstücks, so dass es die geometrischen Merkmale des Hohlstanzniets (1; 3; 5; 7) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 13 aufweist.