DE102021107979A1 - Halbhohlstanznietbolzen mit Funktionsabschnitt sowie Verbindungsanordnung - Google Patents

Halbhohlstanznietbolzen mit Funktionsabschnitt sowie Verbindungsanordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit zumindest einem Fügepartner (5, 17) aus umformfähigem metallischen Werkstoff, insbesondere mit einer Zugfestigkeit bis 300 MPa, bevorzugt Aluminium-Werkstoff, der in einem Setzprozess mit einem Fügehilfselement (6) verbindbar sind, das in einer Setzrichtung mit seinem Nietfuß (15) in den Fügepartner (17) eintreibbar ist, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im Fügepartner (17) sowie unter Bildung einer Hinterschneidung zwischen einer Nietfußschneide (27) und einem Ringbund (13) des Fügehilfselements (6). Erfindungsgemäß ist das Fügehilfselement (6) ein Halbhohlstanznietbolzen, von dessen Ringbund (13) ein Bolzen (7), insbesondere Schraubbolzen, abragt, an dem ein Anbauteil (1) befestigbar ist, insbesondere festspannbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Fügehilfselement gemäß Anspruch 10.
  • In einem Hochvolt-Batteriesystem eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugs sind die Zellmodule an ihren seitlichen Modulflanschen über Schraubstellen am Batteriegehäuseboden festgespannt. Beispielhaft kann die jeweilige Schraubstelle mit einem Schraubbolzen realisiert sein, der vom Batteriegehäuseboden vertikal nach oben abragt und durch ein Schraubloch des Zellmodulflansches geführt ist. Der Zellmodulflansch ist zwischen einer auf den Schraubbolzen geschraubten Schraubmutter und dem Batteriegehäuseboden festgespannt.
  • Die Schraubstellen zur Zellmodul-Befestigung müssen die folgenden Anforderungen erfüllen:
    1. 1. Zum einen sind die Schraubstellen im Fahrbetrieb hohen Kräften in einer Auszugsrichtung, das heißt vertikal nach oben ausgesetzt, und zwar zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt und/oder bei einer FahrzeugBeschleunigung/-Bremsung. Der Schraubbolzen der jeweiligen Schraubstelle muss daher im Hinblick auf eine Bolzen-Belastung in Auszugsrichtung mit hoher Verbindungsfestigkeit am Batteriegehäuseboden angebunden sein.
    2. 2. Zum anderen besteht die Anforderung, die Schraubenmuttern unter Bildung einer höherfesten Verschraubungsgüte der Festigkeitsklasse 10.9 mit entsprechend großem Anzugsmoment anzuziehen, um den jeweiligen Zellmodulflansch mit ausreichend großer Vorspannkraft zu verspannen. Der Schraubbolzen muss daher zusätzlich mit ausreichend großer Verdrehfestigkeit im Batteriegehäuseboden angebunden sein, damit er das Anzugsmoment standhalten kann und nicht im Gehäuse verdreht.
  • In einer gattungsgemäßen Verbindungsanordnung sind zumindest zwei Fügepartner aus umformfähigen metallischen Werkstoffen, insbesondere mit einer Zugfestigkeit bis 300 MPa, bevorzugt Aluminiumwerkstoffe, in einem Setzprozess miteinander verbunden. Im Setzprozess durchstößt ein Fügehilfselement in einer Setzrichtung mit seinem Nietfuß den stempelseitigen Fügepartner und wird in den matrizenseitigen Fügepartner eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im matrizenseitigen Fügepartner. Der Nietfuß wird im Setzprozess aufgespreizt, wodurch sich eine Hinterschneidung zwischen einer Nietfußschneide und einem Ringbund des Fügehilfselements bildet.
  • Derartige Verbindungsanordnungen sind beispielhaft aus der DE 10 2015 014 941 A1 oder aus der DE 295 09 439 U1 bekannt. Aus der DE 10 2014 011 599 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Fügen zumindest zweier Bauteile bekannt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsanordnungen können die oben genannten Anforderungen an die Verdrehfestigkeit sowie an die Verbindungsfestigkeit des Schraubbolzens in Auszugsrichtung möglicherweise nicht erfüllen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verbindungsanordnung sowie ein Fügehilfselement bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Verbindungsfestigkeit in Auszugsrichtung bereitstellt und/oder eine größere Verdrehfestigkeit bereitstellt.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung geht von einer Verbindungsanordnung mit zumindest einem Fügepartner aus einem umformfähigen metallischen Werkstoff aus. Der Werkstoff ist bevorzugt ein Aluminiumwerkstoff mit einer Zugfestigkeit bis 300 MPa. Der Fügepartner wird in einem Setzprozess mit einem Fügehilfselement verbunden, das in den matrizenseitigen Fügepartner eingetrieben wird, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im Fügepartner. Im Setzprozess wird der Nietfuß aufgespreizt, wodurch sich eine Hinterschneidung zwischen einer Nietfußschneide und einem Ringbund des Fügehilfselements ergibt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist das Fügehilfselement als ein Halbhohlstanznietbolzen realisiert, von dessen Ringbund ein Bolzen, insbesondere Schraubbolzen, abragt. An den Bolzen kann ein zusätzliches Anbauteil befestigt, insbesondere durch Schraubverbindung, festgespannt werden.
  • Der erfindungsgemäße Halbhohlstanznietbolzen ist zielgerichtet so ausgelegt, dass der Bolzen die oben beschriebenen Anforderungen hinsichtlich einer Verbindungsfestigkeit bei einer Bolzen-Belastung in Auszugsrichtung sowie hinsichtlich einer Verdrehfestigkeit bei einer Drehmoment-Beaufschlagung des Bolzens erfüllt. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Stanzverbindung im Betriebsfall mit hohen Auszugskräften, insbesondere größer als 6 kN, entgegen der Setzrichtung beaufschlagt werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Stanzverbindung beim Verbau des Anbauteils mit einem hohen Anzugsmoment, das heißt Schraubmoment, zerstörungsfrei beaufschlagt werden. Auf diese Weise können prozesssicher normierte Anzugsmomente höherfester Verschraubungsgüten (zum Beispiel Festigkeitsklasse 10.9) erzielt werden.
  • Zur Durchführung des Setzprozesses werden zunächst die beiden zu fügenden Fügepartner zwischen einem Niederhalter und einer Matrize festgespannt. Anschließend wirkt ein im Niederhalter hubverstellbar gelagerter Setzstempel mit einer Setzkraft auf den Ringbund ein, wodurch der Halbhohlstanznietbolzen in die Fügepartner eingetrieben wird. Bevorzugt weist der Ringbund im unverformten Zustand eine Bundhöhe auf, die in Setzrichtung betrachtet größer als 2 mm ist. Auf diese Weise kann eine setzkraftbedingte Verformung des Ringbunds vermieden werden. Entsprechend kann die vom Setzstempel aufgebrachte Setzkraft im Wesentlichen verlustfrei über den Ringbund bis zum Nietfuß geleitet werden, wodurch ein einwandfreies Spreizverhalten begünstigt wird.
  • Nachfolgend werden die zur Steigerung der Verdrehfestigkeit sowie zur Steigerung der Verbindungsfestigkeit durchgeführten Maßnahmen im Einzelnen beschrieben:
    • Insbesondere in Kombination mit Fügepartner, deren Werkstoffe eine Zugfestigkeit kleiner als 300 MPa aufweisen, kann der Halbhohlstanznietbolzen zum Beispiel aus einem Kaltfließpressstahl oder einem Kaltstauchstahl mit einer Materialhärte von größer als 290 HV, insbesondere 320 HV gefertigt sein. Versuche haben gezeigt, dass speziell bei diesen Materialhärten einerseits bei einem Schraubvorgang, das heißt beim Festspannen des Anbauteils zwischen einer in Gewindeeingriff mit dem Schraubbolzen befindlichen Schraubmutter und dem setzseitigen Fügepartner, eine größere Verdrehfestigkeit bei einer Drehmoment-Beaufschlagung des Bolzens erzielbar ist. Die Verschraubung kann daher mit einer höherfeste Verschraubungsgüte in zum Beispiel einer Festigkeitsklasse von 10.9 realisiert werden. Bei einer solchen höherfesten Verschraubungsgüte ist das Anbauteil mit einer, im Vergleich zu einer Standard-Verschraubungsgüte in zum Beispiel einer Festigkeitsklasse von 8.8, größeren Vorspannkraft festgespannt. Andererseits ist bei der obigen Materialhärte noch ein ausreichendes Spreizverhalten mit ausreichend großer Hinterschneidung beziehungsweise ausreichend großem Material-Füllgrad zwischen dem Ringbund und der Nietfußschneide erzielbar. Durch die ausreichend große Hinterschneidung ist die Verbindungsfestigkeit bei einer Bolzen-Belastung in Auszugsrichtung gesteigert, das heißt die Stanzverbindung kann hohen Auszugskräften zerstörungsfrei standhalten.
  • Im Hinblick auf die obigen Anforderungen ist es bevorzugt, wenn der Ringbund-Durchmesser bei 18 mm liegt. Die die Nietfußlänge kann bei 6,9 mm liegen und/oder der Nietfuß-Außendurchmesser bei 10 mm liegen. Es ist hervorzuheben, dass die obigen Maßangaben lediglich für ein konkretes Anwendungsbeispiel gelten und die Erfindung nicht beschränken sollen.
  • Die Ringbund-Oberseite und die Ringbund-Unterseite können bevorzugt ebenflächig realisiert sein und jeweils in einer Ebene quer zur Bolzenachse liegen. Bevorzugt kann eine gerundete Übergangskante zwischen der Ringbund-Unterseite und dem Nietfuß bereitgestellt sein. Der Übergangsradius der Übergangskante kann mindestens 2 mm betragen oder alternativ größer als 20% des Nietfuß-Außendurchmessers sein. Bei einer solchen Auslegung ist im Setzprozess gewährleistet, dass die gerundete Übergangskante den setzseitigen Fügepartner mit ausreichender Setzkraft gegen den matrizenseitigen Fügepartner drückt, damit eine Spaltreduzierung zwischen den Fügepartnern begünstigt wird. Eine solche Spaltreduzierung wirkt sich wiederum vorteilhaft auf die Verbindungsfestigkeit und Verdrehfestigkeit der Stanzverbindung aus.
  • In einer technischen Umsetzung kann der Halbhohlstanznietbolzen entlang der Bolzenachse rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Der Nietfuß kann eine zylindrische Nietfußwand aufweisen, die radial innen ein Hohlprofil beziehungsweise eine Vertiefung begrenzt. Die Vertiefung ist an der Nietfußschneide offen ausgeführt. In einer Ausführungsvariante kann die Nietfußwand umfangsseitig geschlossen sein. Alternativ dazu kann die Verdrehfestigkeit des Halbhohlstanznietbolzens in der Verbindungsanordnung wie folgt gesteigert werden: So kann die Nietfußwand in Umfangsrichtung Wandsegmente aufweisen, die über Ausnehmungen voneinander beabstandet sind. Im Setzprozess kann daher Fügepartner-Werkstoff in die Ausnehmungen einfließen. Der zwischen den Wandsegmenten befindliche Fügepartner-Werkstoff kann bei einer um die Bolzenachse gerichteten Drehmoment-Belastung als Drehmomentstütze wirken. In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann jede der Ausnehmungen ein sich in Axialrichtung erstreckender Schlitz sein, der an der Nietfußschneide axial offen ist.
  • Im Hinblick auf eine zusätzlich gesteigerte Verdrehfestigkeit ist es bevorzugt, wenn der Nietfuß-Außendurchmesser größer als 6,5 mm, insbesondere 10 mm, bemessen ist. Auf diese Weise wird beim Festspannen des Anbauteils am Halbhohlstanznietbolzen gewährleistet sein, dass der Nietfuß einem größeren Anzugsmoment und einer größeren Auszugskraft standhalten kann. Bevorzugt kann das Verhältnis zwischen Nietfuß-Außendurchmesser und Bolzen-Durchmesser größer als 1,25:1 sein.
  • Die Vertiefung beziehungsweise das Hohlprofil des Halbhohlstanznietbolzens erstreckt sich über eine Profilhöhe entlang einer Bolzenachse zwischen einer Nietfußschneiden-Ebene und einem innen liegenden Profilscheitel. Beispielhaft kann die Profilhöhe bei 6,1 mm liegen. Es ist hervorzuheben, dass die obige Maßangabe lediglich für ein konkretes Anwendungsbeispiel gelten und die Erfindung nicht beschränken sollen.
  • Bevorzugt ist es, wenn in Axialrichtung betrachtet zwischen dem Profilscheitel und der ebenen Unterseite des Ringbunds ein Vollmaterial-Abschnitt gebildet ist. Mittels des Vollmaterial-Abschnitts wird der Ringbund im Setzprozess zusätzlich versteift, so dass eine setzkraftbedingte Verformung des Ringbunds unterbunden wird und eine einwandfreie Setzkraft-Einleitung bis in den Nietfuß erfolgt. Versuche haben gezeigt, dass der Vollmaterialabschnitt in Axialrichtung betrachtet bevorzugt größer als 1 mm ist.
  • Die oben erwähnte Vertiefung beziehungsweise das Hohlprofil wird in Radialrichtung von einer Nietfuß-Innenwand begrenzt, die auf einem Nietfuß-Innendurchmesser liegt. Dieser kann bei etwa 7,7 mm liegen.
  • Der Nietfuß ist in Axialrichtung mit der Nietfußschneide verlängert. Die Nietfußschneide kann um eine Schneiden-Höhe vom Nietfuß axial abragen. Die Nietfußschneide kann im Querschnitt betrachtet eine Außenflanke und eine Innenflanke aufweisen, die an einer Schneiden-Spitze zusammenlaufen. Die Innenflanke der Nietfußschneide kann mit der Bolzenachse beziehungsweise mit der Nietfuß-Innenwand einen Winkel von etwa 90° aufspannen.
  • Zur weiteren Steigerung der Verdrehfestigkeit des Halbhohlstanznietbolzens ist es bevorzugt, wenn von der ebenflächigen Ringbund-Unterseite zumindest eine Erhebung in Axialrichtung abragt. Die Erhebung wird im Setzprozess in den stempelseitigen Fügepartner eingetrieben und wirkt daher bei einer Drehmoment-Belastung als Drehmomentstütze. Zudem kann das Fügehilfselement mit einer galvanisch aufgebrachten Korrosionsschutzschicht ausgebildet sein. Mittels der Korrosionsschutzschicht wird eine Korrosion des Fügeverbunds vermieden. Bevorzugt kann das Grundmaterial der Korrosionsschutzschicht Zink oder ZnNi sein. Zink oder ZnNi bilden einen galvanischen Korrosionsschutz. Mittels des galvanischen Korrosionsschutzes kann eine Anlagenverschutzung vermieden oder reduziert werden, und zwar in Abgrenzung zu Almac, das kein galvanischer Korrosionsschutz ist.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Schliffbild einer Stanzverbindung;
    • 2 bis 7 unterschiedliche Darstellungen eines Halbhohlstanznietbolzens im unverformten Zustand.
  • In der 1 ist beispielhaft ein Zellmodul 1 in einem Hochvolt-Batteriesystem eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs an seinem seitlichen Modulflansch 3 an einer Schraubstelle eines zweilagig ausgeführten Batteriegehäusebodens 5 des Batteriesystems festgespannt. Die Schraubstelle ist mit einem Bolzen 7 realisiert, der vertikal nach oben vom Batteriegehäuseboden 5 abragt. Der Bolzen 7 ist durch ein Schraubloch 9 des Zellmodulflansches 3 geführt. In der 1 ist der Zellmodulflansch 9 zwischen einer auf den Schraubbolzen 7 geschraubten Schraubenmutter 11 und dem Batteriegehäuseboden 5 festgespannt. Der Bolzen 7 ist Bestandteil eines Halbhohlstanznietbolzens 6, der in Verbindungsanordnung mit dem Batteriegehäuseboden 5 und einer Tragstruktur 17 ist. Die Blechdicke d1 des zweilagigen Batteriegehäusebodens 5 liegt beispielhaft bei 2mm, während die Blechdicke d2 der Tragstruktur 17 bei 2,5mm liegt.
  • Die Geometrie des Halbhohlstanznietbolzens 6 im unverformten Zustand ist in den 2 bis 5 veranschaulicht. Demnach ist der Halbhohlstanznietbolzen 6 um eine Bolzenachse rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Halbhohlstanznietbolzen 6 weist einen Ringbund 13 auf. In Axialrichtung beidseitig des Ringbunds 13 ragt jeweils einerseits der Schraubbolzen 7 und andererseits ein Nietfuß 15 ab. In der, in der 1 gezeigten Verbindungsanordnung durchstößt der Nietfuß 15 den Batteriegehäuseboden 5 und ist mit seiner Nietfußschneide 27 in die Tragstruktur 17 eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke, wodurch eine gasdichte Anbindung ohne Durchstanzen der Tragstruktur 17 realisiert ist. In der 1 ist der Batteriegehäuseboden 5 zweilagig aus Aluminiumblechteilen aufgebaut. Die Tragstruktur 17 ist ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet.
  • Die in der 1 gezeigte Schraubstellen zur Zellmodul-Befestigung muss die folgenden Anforderungen erfüllen:
    1. 1. Zum einen ist die Schraubstelle im Fahrbetrieb hohen Kräften FA in einer Auszugsrichtung A, das heißt vertikal nach oben ausgesetzt, und zwar zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt und/oder bei einer FahrzeugBeschleunigung/-Bremsung. Der Schraubbolzen 7 der Schraubstelle ist daher im Hinblick auf eine Bolzen-Belastung in Auszugsrichtung A mit hoher Verbindungsfestigkeit am Batteriegehäuseboden 5 anzubinden.
    2. 2. Zum anderen besteht die Anforderung, die Schraubenmutter 11 unter Bildung einer höherfesten Verschraubungsgüte der Festigkeitsklasse 10.9 mit entsprechend großem Anzugsmoment M (1) anzuziehen, damit der Zellmodulflansch 3 mit ausreichend großer Vorspannkraft verspannt ist. Der Halbhohlstanznietbolzen 6 muss daher mit ausreichend großer Verdrehfestigkeit im Batteriegehäuseboden 5 und in der Tragstruktur 17 angebunden sein, damit er das Anzugsmoment M standhalten kann.
  • Vor diesem Hintergrund ist der erfindungsgemäß Halbhohlstanznietbolzen 6 wie folgt aufgebaut: So ist der Halbhohlstanznietbolzen 6 aus einem Kaltfließpressstahl oder einem Kaltstauchstahl gebildet und weist dieser eine Materialhärte von größer als 290 HV, insbesondere 320 HV auf. Die Bundhöhe hB des Ringbunds 13 ist größer als 2 mm bemessen. Der Durchmesser des Ringbunds dR liegt beispielsweise bei 18 mm, während die Nietfußlänge IN bei 6,9 mm liegt. Der Nietfuß-Außendurchmesser dA liegt beispielsweise bei 10 mm.
  • Wie aus der 2 weiter hervorgeht, sind sowohl die Ringbund-Oberseite als auch die Ringbund-Unterseite 20 (3 oder 5) quer zur Bolzenachse B ebenflächig realisiert. Die Ringbund-Unterseite 20 geht an einer gerundeten Übergangskante 19 (2) in den Nietfuß 15 über. Der Radius r der gerundeten Übergangskante 19 liegt zumindest bei 2 mm.
  • Gemäß der 2 weist der Nietfuß 15 eine zylindrische Nietfußwand 21 auf, die radial innen ein Hohlprofil 23 beziehungsweise eine Vertiefung begrenzt. Das Hohlprofil 23 erstreckt sich über eine Profilhöhe hP (3) zwischen einer Nietfußschneiden-Ebene und einem inneren Profilscheitel 25. Die Profilhöhe hP liegt beispielsweise bei 6,1 mm.
  • Die Nietfußwand 21 ist in der 4 mit der Nietfußschneide 27 axial verlängert. In der 2 ragt die Nietfußschneide 27 mit einer Schneiden-Höhe hs (3) von etwa 0,25 mm von Außenseite der Nietfußwand 21 ab. Die Nietfußschneide 27 ist im Querschnitt betrachtet mit einer Außenflanke 29 und einer Innenflanke 31 ausgebildet, die an einer Schneiden-Spitze 33 zusammenlaufen. Die Innenflanke der Nietfußschneide 27 spannt mit der Bolzenachse B einen Winkel α von zum Beispiel etwa 90° auf. Die Außenflanke 29 der Nietfußschneide 27 spannt mit der Nietfuß-Außenwand 21 einen Winkel β von zum Beispiel etwa 50° auf. Der Nietfuß-Innendurchmesser dl liegt zum Beispiel bei 7,7 mm.
  • Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist der Nietfuß-Außendurchmesser dA deutlich größer bemessen als der Bolzen-Durchmesser dB (2). Erfindungsgemäß ist der Nietfuß-Außendurchmesser dA zumindest 25% größer als der Bolzen-Durchmesser dB ausgeführt.
  • In der 6 ist ein Setzprozess angedeutet, bei dem der zweilagig ausgeführte Batteriegehäuseboden 5 und die Tragstruktur 17 zwischen einem Niederhalter 35 und einer Matrize 37 geklemmt sind. Innerhalb des Niederhalters 35 ist ein Setzstempel 39 hubverstellbar geführt. Im Setzprozess beaufschlagt der Setzstempel 39 den Ringbund 13 mit einer Setzkraft Fs, während der Schraubbolzen 7 kraftfrei verbleibt. Der Halbhohlstanznietbolzen 6 durchstößt in der Setzrichtung mit seinem Nietfuß 15 den stempelseitigen Batteriegehäuseboden 5 wird in die matrizenseitige Tragstruktur 17 eingetrieben.
  • Wie aus der 5 weiter hervorgeht, weist der Ringbund 13 an seiner ebenflächigen Unterseite vier gleichmäßig umfangsverteilte Erhebungen 41 auf, die von der Ring-Bund 20 in Axialrichtung abragen. Jede der Erhebungen weist in Umfangsrichtung betrachtet eine Profilbreite a (3) auf, die beispielhaft bei 0,9 mm liegt, und eine Profilhöhe b (3) auf, die beispielhaft bei 0,5 mm. Im Setzprozess werden die Erhebungen 41 in den stempelseitigen Batteriegehäuseboden 5 eingetrieben, wodurch die Verdrehfestigkeit des Halbhohlstanznietbolzens 6 gesteigert wird.
  • In der 7 ist ein Halbhohlstanznietbolzen 6 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Bauteilgeometrie im Wesentlichen identisch mit der in der 1 gezeigten Bauteilgeometrie ist. Von daher wird auf die Vorbeschreibung verwiesen. Im Unterschied zur 2 weist der Halbhohlstanznietbolzen 6 gemäß der 7 in der Nietfußwand 21 insgesamt vier gleichmäßig umfangsverteilte Ausnehmungen 43 auf, die als Axialschlitze realisiert sind. Auf diese Weise ist die Nietfußwand 21 in Umfangsrichtung in voneinander separate Wandsegmente 45 aufgeteilt. Im Setzprozess kann Aluminium-Werkstoff der beiden Fügepartner 5, 17 in die Ausnehmungen 43 verdrängt werden. Der zwischen den Ausnehmungen 43 befindliche Fügepartner-Werkstoff wirkt bei einer Drehmoment-Beaufschlagung des Schraubbolzens 7 als eine Drehmomentstütze, mittels der die Verdrehfestigkeit des Halbhohlstanznietbolzens 6 in der Stanzverbindung gesteigert wird.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Zellmodul
    3
    Zellmodulflansch
    5
    Batteriegehäuseboden
    7
    Schraubbolzen
    9
    Schraubloch
    11
    Schraubenmutter
    13
    Ringbund
    15
    Nietfuß
    17
    Tragstruktur
    19
    gerundete Übergangskante
    21
    Nietfußwand
    23
    Hohlprofil beziehungsweise Vertiefung
    25
    innerer Profilscheitel
    27
    Nietfußschneide
    29
    Außenflanke
    31
    Innenflanke
    33
    Schneidenspitze
    35
    Niederhalter
    37
    Matrize
    39
    Stempel
    41
    Erhebungen
    43
    Ausnehmung
    45
    Segmente
    hB
    Ringbund-Höhe
    dB
    Ringbund-Durchmesser
    IN
    Nietfußlänge
    r
    Radius der gerundeten Übergangskante
    h
    Profilhöhe
    dl
    Nietfuß-Innendurchmesser
    dA
    Nietfuß-Außendurchmesser
    dB
    Schraubbolzen-Durchmesser
    d1, d2
    Materialstärken der beiden Fügepartner
    a
    Profilhöhe der Erhebung
    b
    Profilbreite der Erhebung
    A
    Auszugsrichtung
    M
    Anzugsmoment
    FA
    Auszugskraft
    FS
    Setzkraft
    B
    Bolzenachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015014941 A1 [0005]
    • DE 29509439 U1 [0005]
    • DE 102014011599 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verbindungsanordnung mit zumindest einem Fügepartner (5, 17) aus umformfähigem metallischen Werkstoff, insbesondere mit einer Zugfestigkeit bis 300 MPa, bevorzugt Aluminium-Werkstoff, der in einem Setzprozess mit einem Fügehilfselement (6) verbindbar ist, das in einer Setzrichtung mit seinem Nietfuß (15) in den Fügepartner (17) eintreibbar ist, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im Fügepartner (17) sowie unter Bildung einer Hinterschneidung zwischen einer Nietfußschneide (27) und einem Ringbund (13) des Fügehilfselements (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Fügehilfselement (6) ein Halbhohlstanznietbolzen ist, von dessen Ringbund (13) ein Bolzen (7), insbesondere Schraubbolzen, abragt, an dem ein Anbauteil (1) befestigbar ist, insbesondere festspannbar ist.
  2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsanordnung zumindest zwei Fügepartner (5, 17) aus umformfähigen metallischen Werkstoffen aufweist, die im Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem das Fügehilfselement (6) in einer Setzrichtung mit seinem Nietfuß (15) den stempelseitigen Fügepartner (5) durchstößt und in den matrizenseitigen Fügepartner (17) eintreibbar ist, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im matrizenseitigen Fügepartner (17).
  3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Setzprozess mittels eines Setzstempels (39) eine Setzkraft (Fs) auf den Ringbund (13) einwirkt, mit der der Halbhohlstanznietbolzen (6) in die Fügepartner (5, 17) eintreibbar ist, und dass der Ringbund (13) eine Bundhöhe (hB) aufweist, die im unverformten Zustand insbesondere größer als 2 mm ist.
  4. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere in Kombination mit Fügepartnern (5, 17), deren Zugfestigkeit kleiner als 300 MPa ist, der Halbhohlstanznietbolzen (6) eine Materialhärte von größer als 290 HV, insbesondere 320 HV, aufweist, und/oder dass der Halbhohlstanznietbolzen (6) aus einem Kaltfließpressstahl oder einem Kaltstauchstahl gefertigt ist.
  5. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbhohlstanznietbolzen (6) mit einer hohen Verbindungsfestigkeit bei einer Bolzen-Belastung in einer Auszugsrichtung (A), das heißt entgegen der Setzrichtung, ausgelegt ist, und/oder dass der Halbhohlstanznietbolzen (6) mit einer hohen Verdrehfestigkeit bei einer Bolzen-Drehmomentbelastung mit einem hohen Anzugsmoment (M) ausgelegt ist.
  6. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringbund-Unterseite (20) an einer gerundeten Übergangskante (19) in den Nietfuß (15) übergeht, und dass insbesondere die gerundeten Übergangskante (19) einen Radius (r) aufweist, der zumindest 2 mm ist oder größer als das 0,2-fache des Nietfuß-Außendurchmessers (dA) ist.
  7. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietfuß (15) eine zylindrische Nietfußwand (21) aufweist, die radial innen ein Hohlprofil (23) begrenzt, das an der Nietfußschneide (27) offen ist, und dass insbesondere die Nietfußwand (21) umfangsseitig durchgängig geschlossen ist, oder dass alternativ zur Steigerung der Verdrehfestigkeit des Halbhohlstanznietbolzens (6) in der Stanzverbindung die Nietfußwand (21) im unverformten Zustand Ausnehmungen (43) aufweist, und dass insbesondere im Setzprozess ein Fügepartner-Werkstoff in die Ausnehmungen (43) einfließt und dort als Drehmomentstütze wirkt, und dass insbesondere jede der Ausnehmungen (43) ein sich in Axialrichtung erstreckender Schlitz ist, der an der Nietfußschneide (27) axial offen ist.
  8. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Steigerung der Verdrehfestigkeit der Nietfuß-Außendurchmesser (dA) größer als 6,5 mm, insbesondere 10 mm, ist, und/oder dass insbesondere ein Verhältnis zwischen Nietfuß-Außendurchmesser (dA) und Bolzen-Durchmesser (dB) größer ist als 1,25:1.
  9. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Hohlprofil (23) über eine Profilhöhe (h) entlang einer Bolzenachse (B) zwischen einer Nietfußschneiden-Ebene und einem Profilscheitel (25) erstreckt, und dass insbesondere die Profilhöhe (h) bei 6,1 mm liegt, und/oder dass in Axialrichtung betrachtet zwischen dem Profilscheitel (25) und der ebenen Unterseite (20) des Ringbunds (13) ein Vollmaterial-Abschnitt (22) gebildet ist, der im Setzprozess den Ringbund (13) versteift, so dass eine setzkraftbedingte Verformung des Ringbunds (13) unterbunden ist, und dass insbesondere der Vollmaterial-Abschnitt (22) in Axialrichtung betrachtet eine Materialdicke (m) von größer als 1 mm ist, und/oder dass von der ebenflächigen Ringbund-Unterseite (20) zumindest eine Erhebung (41) in Axialrichtung vorragt, die im Setzprozess in den stempelseitigen Fügepartner (5) eintreibbar ist zur Steigerung der Verdrehfestigkeit des Halbhohlstanznietbolzens (6).
  10. Fügehilfselement (6) für eine Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur lösbaren Befestigung eines Zellmoduls (1) eines Fahrzeug-Batteriesystems an einem Trägerbauteil (17).
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