DE102022126974A1 - Rivet connection - Google Patents

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DE102022126974A1
DE102022126974A1 DE102022126974.4A DE102022126974A DE102022126974A1 DE 102022126974 A1 DE102022126974 A1 DE 102022126974A1 DE 102022126974 A DE102022126974 A DE 102022126974A DE 102022126974 A1 DE102022126974 A1 DE 102022126974A1
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setting
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Inventor
Jan-Oliver Brassel
Jochen Rintelmann
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Audi Planung GmbH
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Audi Planung GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung mit zumindest zwei Fügepartnern (1, 2, 3), die im Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem ein Nietelement (7) mit seinem Nietschaft (13) in Setzrichtung durch den zumindest einen setzseitigen Fügepartner (2, 3) bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) eintreibbar ist, und zwar unter Aufspreizung des Nietschafts (13), so dass die Fügepartner (1, 2, 3), in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf (9) und einer Schaftspitze des Nietelements (7) geklemmt sind. Erfindungsgemäß ist der setzseitige Fügepartner (2, 3) in schwimmender Lagerung zwischen dem Nietkopf (9) des Nietelements (7) und dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) geklemmt.The invention relates to a rivet connection with at least two joining partners (1, 2, 3) that can be connected to one another in the setting process, in which a rivet element (7) with its rivet shaft (13) can be driven in the setting direction through the at least one setting-side joining partner (2, 3) into the joining partner (1) facing away from the setting side, specifically with the rivet shaft (13) spreading out, so that the joining partners (1, 2, 3), viewed in the setting direction, are clamped under compressive stress between a rivet head (9) and a shaft tip of the rivet element (7). According to the invention, the setting-side joining partner (2, 3) is clamped in a floating position between the rivet head (9) of the rivet element (7) and the joining partner (1) facing away from the setting side.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder gemäß dem Oberbergriff des Anspruches 19 sowie ein Nietelement nach Anspruch 20.The invention relates to a rivet connection according to the preamble of claim 1 or according to the preamble of claim 19 and a rivet element according to claim 20.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein gattungsgemäßer Setzprozess, in dem zumindest zwei Fügepartner miteinander verbindbar sind. In dem Setzprozess ist ein Nietelement unter Aufspreizung seines Nietschafts in Setzrichtung durch den zumindest einen setzseitigen Fügepartner bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner eintreibbar. Nach erfolgtem Setzprozess sind die Fügepartner, in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf und einer Schaftspitze des Nietelements geklemmt sind. Im Setzprozess wird das Nietelement mit einer im Stand der Technik üblichen hohen Setzkraft (von z.B. 50 kN) eingetrieben, wodurch sich die Nietfußspitze über einen Spreizweg nach radial außen ausweitet. Dadurch ergibt sich eine Hinterschneidung zwischen dem Nietkopf und der ausgeweiteten Nietfußspitze, die mit Bauteil-Material gefüllt ist. Die Nietfußspitze ist dabei formschlüssig von Bauteil-Material eingefasst. Auf diese Weise wird eine Relativbewegung, zum Beispiel hervorgerufen durch Rückfederung des Nietfußes nach dem Spreizen, verhindert, weil dafür eine Verformung des Bauteils erforderlich wäre.The starting point of the invention is a generic setting process in which at least two joining partners can be connected to one another. In the setting process, a rivet element can be driven in by spreading its rivet shaft in the setting direction through at least one joining partner on the setting side into the joining partner facing away from the setting side. After the setting process has taken place, the joining partners are clamped under compressive stress between a rivet head and a shaft tip of the rivet element, viewed in the setting direction. In the setting process, the rivet element is driven in with a high setting force (e.g. 50 kN) that is usual in the prior art, whereby the rivet foot tip expands radially outwards over an expansion path. This results in an undercut between the rivet head and the expanded rivet foot tip, which is filled with component material. The rivet foot tip is framed by component material in a form-fitting manner. In this way, a relative movement, for example caused by springback of the rivet foot after spreading, is prevented because this would require a deformation of the component.

Speziell bei einer Fügepartner-Kombination aus einem Kunststoffbauteil, einem Aluminiumbauteil oder einem Stahlbauteil als setzseitigen Fügepartner und einem Metalldruckgussteil als von der Setzseite abgewandten Fügepartner ergibt sich die folgende Problematik:

  • Zum einen weist Metalldruckguss im Vergleich zu einem Metallblech eine sehr geringe Duktilität auf. Bei Verwendung eines Metalldruckgussteil als von der Setzseite abgewandten Fügepartner ist daher das oben beschriebene formschlüssige Umfassen der Nietfußspitze - aufgrund der geringen Duktilität - nur eingeschränkt möglich, so dass es nach dem Setzvorgang zu einer Rückfederung des Nietfußes (nach dem Spreizen) kommen kann. Von daher ist das Nietelement nicht ausreichend gegen ein Lösen gesichert. Zudem besteht bei Metalldruckguss aufgrund der geringen Duktilität die Gefahr von Kerbbildung, die zu einem frühzeitigen Bauteilriss oder -bruch führen kann.
The following problem arises especially in the case of a joining partner combination consisting of a plastic component, an aluminum component or a steel component as the joining partner on the setting side and a metal die-cast part as the joining partner facing away from the setting side:
  • On the one hand, metal die casting has very low ductility compared to sheet metal. When using a metal die casting part as a joining partner facing away from the setting side, the form-fitting grip of the rivet foot tip described above is only possible to a limited extent due to the low ductility, so that after the setting process the rivet foot can spring back (after spreading). The rivet element is therefore not sufficiently secured against loosening. In addition, with metal die casting, there is a risk of notching due to the low ductility, which can lead to premature component cracking or breakage.

Zum anderen weist das Metalldruckgussbauteil im Vergleich zum Kunststoffbauteil eine sehr ausgeprägte Wärmeausdehnung auf, und kann zu anderen Aluminiumbauteilen oder Stahlbauteilen eine unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen. Eine Fügepartner-Kombination aus Metalldruckgussteil und Kunststoffbauteil ist daher im Vergleich zu einer Fügepartner-Kombination aus Metallblechteilen anfällig gegen quer zur Setzrichtung ausgerichtete Bauteilspannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Fügepartner hervorgerufen werden. Aufgrund der im Stand der Technik üblichen hohen Setzkraft (von z.B. 50 kN) wird eine derart hohe Verbindungsfestigkeit erzielt, die keine Relativbewegung innerhalb der Nietverbindung zulässt, um einen Spannungsausgleich zu ermöglichen.On the other hand, the metal die-cast component has a very pronounced thermal expansion compared to the plastic component and can have a different thermal expansion than other aluminum components or steel components. A joining partner combination of a metal die-cast part and a plastic component is therefore more susceptible to component stresses that are aligned transversely to the setting direction compared to a joining partner combination of sheet metal parts, which are caused by different thermal expansions of the joining partners. Due to the high setting force that is usual in the state of the art (e.g. 50 kN), such a high connection strength is achieved that no relative movement within the rivet connection is permitted in order to enable stress compensation.

Aus der DE 10 2018 122 200 A1 ist eine Fügeverbindung bekannt. Aus der WO 95/35174 A1 ist ein Stanznietprozess bekannt. Aus der DE 10 2015 014 941 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem plattenförmigen Bauteil bekannt.From the EN 10 2018 122 200 A1 A joint connection is known. From the WO95/35174 A1 A punch riveting process is known. From the EN 10 2015 014 941 A1 A method for producing a connection between a functional element and a plate-shaped component is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Nietverbindung bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik konstruktiv einfach betriebssicher gestaltet ist, und bei der insbesondere Bauteilspannungen, hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen, und/oder die Gefahr von Kerbbildung reduziert sind.The object of the invention is to provide a riveted connection which, in comparison to the prior art, is structurally simple and reliable and in which, in particular, component stresses caused by different thermal expansions and/or the risk of notching are reduced.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 19 oder 20 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claims 1, 19 or 20. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Die Erfindung geht von einer Nietverbindung mit zumindest zwei Fügepartnern aus, die im Setzprozess miteinander verbindbar sind. In dem Setzprozess ist ein Nietelement mit seinem Nietschaft in Setzrichtung durch den zumindest einen setzseitigen Fügepartner bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner unter Aufspreizung des Nietschafts eintreibbar. Dadurch sind die Fügepartner, in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf und einer Schaftspitze des Nietelements geklemmt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist der setzseitige Fügepartner in schwimmender Lagerung zwischen dem Nietkopf des Nietelements und dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner geklemmt. Auf diese Weise ist eine Schubspannung quer zur Setzrichtung, insbesondere hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Fügepartner, durch eine Querbewegung des setzseitigen Fügepartners reduzierbar oder abbaubar.The invention is based on a rivet connection with at least two joining partners that can be connected to one another in the setting process. In the setting process, a rivet element with its rivet shaft can be driven in the setting direction through the at least one joining partner on the setting side into the joining partner facing away from the setting side while spreading the rivet shaft. As a result, the joining partners, viewed in the setting direction, are clamped under compressive stress between a rivet head and a shaft tip of the rivet element. According to the characterizing part of claim 1, the joining partner on the setting side is clamped in a floating position between the rivet head of the rivet element and the joining partner facing away from the setting side. In this way, a shear stress transverse to the setting direction, in particular caused by different thermal expansion of the joining partners, can be reduced or eliminated by a transverse movement of the joining partner on the setting side.

Zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung kann zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem setzseitigen Fügepartner ein Gleitelement, insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet sein, mittels der ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem setzseitigen Fügepartner herabsetzbar ist. Bevorzugt kann das Gleitelement als eine Unterlegscheibe am Nietelement vormontierbar sein. In diesem Fall kann eine einteilige Vormontageeinheit, bestehend aus Nietelement und Unterlegscheibe vorgehalten werden. Die Unterlegscheibe kann bevorzugt in leichter Presspassung auf den Nietschaft aufgeschoben sein. Alternativ dazu kann das Gleitelement als eine auf die Nietkopf-Unterseite angespritzte Kunststoffbeschichtung ausgebildet sein.To support the floating bearing, a sliding element, in particular a plastic intermediate layer, can be arranged between the bottom of the rivet head and the joining partner on the setting side, by means of which a friction coefficient between the bottom of the rivet head and the joining partner on the setting side can be reduced. The sliding element can preferably be pre-assembled as a washer on the rivet element. In this case, a one-piece pre-assembly unit consisting of a rivet element and a washer can be provided. The washer can preferably be pushed onto the rivet shaft with a slight press fit. Alternatively, the sliding element can be designed as a plastic coating injected onto the underside of the rivet head.

Mit dem aus Kunststoff gebildeten Gleitelement wird eine einfache Verarbeitung gewährleistet. Zudem erfolgt die Verarbeitung oberflächenschonend und elektrisch isolierend. Ferner kann eine Kontaktkorrosion verhindert werden.The sliding element made of plastic ensures easy processing. In addition, the processing is gentle on the surface and electrically insulating. Furthermore, contact corrosion can be prevented.

Die erfindungsgemäße schwimmende Lagerung ist besonders bevorzugt bei einer Fügepartner-Kombination, in der der setzseitige Fügepartner ein Kunststoffbauteil, Aluminiumbauteil oder Stahlbauteil ist und/oder der von der Setzseite abgewandte Fügepartner ein Metallbauteil ist, was im Vergleich zum Kunststoffbauteil, Aluminiumbauteil oder Stahlbauteil eine sehr ausgeprägte oder zumindest unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweist. Erfindungsgemäß können die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen durch die Querbeweglichkeit des setzseitigen Fügepartners ausgeglichen werden.The floating bearing according to the invention is particularly preferred in a joining partner combination in which the joining partner on the setting side is a plastic component, aluminum component or steel component and/or the joining partner facing away from the setting side is a metal component, which has a very pronounced or at least different thermal expansion compared to the plastic component, aluminum component or steel component. According to the invention, the different thermal expansions can be compensated by the transverse mobility of the joining partner on the setting side.

Der setzseitige Fügepartner kann ein Durchgangsvorloch aufweisen. Durch das Durchgangsvorloch ist im Setzprozess das Nietelement in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner eintreibbar. Auf diese Weise kann im setzseitigen Fügepartner ein Spannungsaufbau quer zur Setzrichtung reduziert werden oder gänzlich wegfallen. Zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung des setzseitigen Fügepartners ist der Nietschaft bevorzugt mit Lochspiel durch das Durchgangsvorloch des setzseitigen Fügepartners geführt, so dass insbesondere innerhalb des Lochspiels die Ausgleichsbewegung des setzseitigen Fügepartners quer zur Setzrichtung ermöglicht ist.The joining partner on the setting side can have a through-hole. During the setting process, the rivet element can be driven through the through-hole into the joining partner facing away from the setting side. In this way, a build-up of tension in the joining partner on the setting side across the setting direction can be reduced or eliminated entirely. To support the floating support of the joining partner on the setting side, the rivet shaft is preferably guided with hole clearance through the through-hole of the joining partner on the setting side, so that the compensating movement of the joining partner on the setting side across the setting direction is possible, particularly within the hole clearance.

Der von der Setzseite abgewandte Fügepartner kann besonders bevorzugt als ein Metalldruckgussbauteil, insbesondere Aluminiumdruckguss, angefertigt sein. Das Metalldruckgussbauteil weist nicht nur eine sehr ausgeprägte Wärmeausdehnung, sondern auch eine im Vergleich zu einem Metallblechteil geringe Duktilität auf. Im Metalldruckgussbauteil besteht aufgrund der geringen Duktilität die Gefahr von Kerbbildung, die in einem herkömmlichen Setzprozess zu einem Bauteilriss oder -bruch führen kann.The joining partner facing away from the setting side can particularly preferably be manufactured as a metal die-cast component, in particular aluminum die-cast. The metal die-cast component not only has a very pronounced thermal expansion, but also a low ductility compared to a sheet metal part. In the metal die-cast component, due to the low ductility, there is a risk of notching, which can lead to a component crack or breakage in a conventional setting process.

Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn auf im Gegensatz zu einem herkömmlichen Setzprozess auf ein formschlüssiges Umfassen der ausgeweiteten Nietschaftspitze verzichtet wird und anstelle dessen zur Sicherung des Nietelements an dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner das folgende Wirkprinzip zum Einsatz kommt: So bildet der Nietschaft einen bistabilen Federabschnitt, der zwei Gleichgewichtszustände aufweist. Ein erster Gleichgewichtszustand entspricht dem querschnittsreduzierten, unverformten Nietschaft-Zustand. Durch Einwirken der Setzkraft schlägt der Nietschaft in den zweiten Gleichgewichtszustand um, in dem der Nietschaft mit einem ausgeweiteten Querschnitt im Vorloch des ersten Fügepartners verspreizt ist. Das Umschlagen in den Spreizzustand erfolgt im Wesentlichen ohne Aufbau einer Rückfederkraft, die das Nietelement in Richtung unverformtem Zustand vorspannt.Against this background, it is preferred if, in contrast to a conventional setting process, a form-fitting grip on the expanded rivet shaft tip is dispensed with and instead the following operating principle is used to secure the rivet element to the joining partner facing away from the setting side: The rivet shaft forms a bistable spring section that has two equilibrium states. A first equilibrium state corresponds to the cross-section-reduced, undeformed rivet shaft state. When the setting force is applied, the rivet shaft changes to the second equilibrium state in which the rivet shaft is expanded with an expanded cross-section in the pre-hole of the first joining partner. The change to the expanded state takes place essentially without the build-up of a spring-back force that prestresses the rivet element towards the undeformed state.

Erfindungsgemäß erfolgt also die Verformung des Nietelements im Setzprozess unter Nutzung des sogenannten Springbeuleffekts (auch bekannt als Knackfroscheffekt). Unter dem Springbeuleffekt versteht man einen physikalischen Effekt, bei dem die Gestalt des Nietelements zwei stabile Zustände aufweist, die durch eine geeignete Krafteinwirkung ineinander überführt werden können.According to the invention, the deformation of the rivet element in the setting process takes place using the so-called spring-buckling effect (also known as the cracking frog effect). The spring-buckling effect is a physical effect in which the shape of the rivet element has two stable states that can be converted into one another by applying a suitable force.

Ein besonderer Vorteil dieses neuen Wirkprinzips besteht im folgenden Sachverhalt: Die zur Überführung in den Spreizzustand erforderliche Setzkraft ist weitaus geringer als die im herkömmlichen Setzprozess erforderliche Setzkraft. Aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Setzkraft wird der setzseitige Fügepartner mit wesentlich geringerer Druckspannung beaufschlagt als es bei einem herkömmlichen Setzprozess der Fall wäre. Somit ist ein Setzprozess der Baugruppe bestehend aus Nietelement und Gleitelement erst möglich. Erst aufgrund dieser geringeren Druckspannung ist - im Zusammenspiel mit dem Gleitelement - die Ausgleichsbewegung der beiden oberen Fügepartner zum Spannungsausgleich ermöglicht. Im Gegensatz dazu wird im herkömmlichen Setzprozess das Nietelement in die Fügepartner mit einer derart großen Setzkraft eingetrieben, dass eine Querbeweglichkeit des setzseitigen Fügepartners mit Bezug auf den von der Setzseite abgewandten Fügepartner nicht gegeben ist.A particular advantage of this new operating principle is the following: The setting force required to transfer to the spreading state is much lower than the setting force required in the conventional setting process. Due to the lower setting force compared to the state of the art, the joining partner on the setting side is subjected to significantly lower compressive stress than would be the case with a conventional setting process. This makes a setting process of the assembly consisting of rivet element and sliding element possible. Only due to this lower compressive stress - in interaction with the sliding element - is the compensating movement of the two upper joining partners possible to equalize the stress. In contrast, in the conventional setting process the rivet element is driven into the joining partners with such a high setting force that there is no transverse movement of the joining partner on the setting side with respect to the joining partner facing away from the setting side.

Wie oben erwähnt, ist der von der Setzseite abgewandte Fügepartner im unverformten Zustand nicht komplett vorlochfrei gebildet, sondern weist dieser vielmehr an der herzustellenden Fügestelle ein Vorloch auf. Im Zusammenbauzustand ist der Nietschaft des Nietelements gegen den Innenumfang des Vorloches verspreizt.As mentioned above, the joining partner facing away from the setting side is not completely free of pre-holes in the undeformed state, but rather has a pre-hole at the joining point to be created. In the assembled state, the rivet shank of the rivet element is spread against the inner circumference of the pre-hole.

Das Nietelement kann mit Bezug auf eine Nietelement-Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Zudem kann das Nietelement einen ausgeweiteten Nietkopf aufweisen, der in Achsrichtung in den Nietschaft übergeht. An der Oberseite des Nietkopfes kann zudem ein weiteres Funktionselement, zum Beispiel ein Gewindebolzen, angeformt sein. Der Nietschaft kann eine zur Nietschaftspitze offen gestaltete Innenwölbung aufweisen; zudem kann der Nietschaft an der Schaftspitze mit einer ringförmig umlaufenden Schneidkante abschließen.The rivet element can be designed to be rotationally symmetrical with respect to a rivet element longitudinal axis. In addition, the rivet element can have an expanded rivet head that merges into the rivet shaft in the axial direction. A further functional element can also be provided on the top of the rivet head. element, for example a threaded bolt. The rivet shaft can have an inner curvature that is open towards the rivet shaft tip; in addition, the rivet shaft can end at the shaft tip with a ring-shaped cutting edge.

Im Spreizzustand kann die Nietschaftwand entgegen der Setzrichtung, das heißt in Richtung Nietkopf, umgeschlagen sein. In diesem Fall kann die Schneidkante in Spreizeingriff mit dem Innenumfang des Bauteil-Vorloches sein. Zudem umzieht die Nietschaftwand den Nietschaft-Vollmaterialabschnitt tellerförmig sowie in Umfangsrichtung unterbrechungsfrei bzw. durchgängig.In the expanded state, the rivet shank wall can be folded over in the opposite direction to the setting direction, i.e. in the direction of the rivet head. In this case, the cutting edge can be in expanding engagement with the inner circumference of the component's pilot hole. In addition, the rivet shank wall surrounds the solid material section of the rivet shank in a plate shape and in the circumferential direction without interruption or continuously.

In einer bevorzugten technischen Realisierung kann der erste Fügepartner ein Metalldruckgussteil, zum Beispiel ein Aluminium-Druckgussteil, sein, während das Nietelement aus einem Kaltschlagmaterial gefertigt sein kann. Speziell in diesem Fall ist die erfindungsgemäße Nietverbindung von Vorteil, da hier der erste Fügepartner während des Setzvorgangs im Wesentlichen ohne plastische Verformung, das heißt insbesondere nur elastisch, beansprucht wird. Der erste Fügepartner bleibt erfindungsgemäß nach erfolgtem Setzprozess weitgehend unverformt.In a preferred technical implementation, the first joining partner can be a metal die-cast part, for example an aluminum die-cast part, while the rivet element can be made of a cold-forming material. In this case in particular, the rivet connection according to the invention is advantageous because the first joining partner is stressed during the setting process essentially without plastic deformation, i.e. in particular only elastically. According to the invention, the first joining partner remains largely undeformed after the setting process has taken place.

Im Hinblick auf eine einwandfreie Überführung des Nietelements vom unverformten Zustand in den Spreizzustand ist es von Vorteil, wenn das Bauteil-Vorloch eine entsprechende Aktivierungskontur aufweist. Mittels der Aktivierungskontur kann im Setzvorgang ein Überführen des Nietelement vom unverformten Zustand in den Spreizzustand prozesssicher gestaltet werden.In order to ensure that the rivet element is transferred smoothly from the undeformed state to the expanded state, it is advantageous if the component pre-hole has a corresponding activation contour. The activation contour can be used to ensure that the rivet element is transferred reliably from the undeformed state to the expanded state during the setting process.

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante kann die Aktivierungskontur als ein, vom Vorloch-Boden vorragender Spreizkegel realisiert sein. Mit Hilfe der Aktivierungskontur kann der fußseitige Schaftabschnitt des Nietschafts im Setzprozess entgegen der Setzrichtung in den Spreizzustand umgeschlagen werden. Nach dem Umschlagen in den Spreizzustand geht ein radial innerer kopfseitiger Schaftabschnitt des Nietschafts an einer nietkopffernen Umschlagkante in den, in Richtung Nietkopf ragenden, fußseitigen Schaftabschnitt über, der den kopfseitigen Schaftabschnitt radial außen umzieht.According to a first embodiment, the activation contour can be implemented as an expansion cone protruding from the base of the pilot hole. With the help of the activation contour, the base-side shaft section of the rivet shaft can be folded into the expanded state in the opposite direction to the setting direction during the setting process. After folding into the expanded state, a radially inner head-side shaft section of the rivet shaft merges at a folding edge remote from the rivet head into the base-side shaft section protruding in the direction of the rivet head, which surrounds the head-side shaft section radially on the outside.

Die im Bauteil-Vorloch ausgebildete Aktivierungskontur kann zusätzlich eine Ringkehle aufweisen, die den Spreizkegel an seinem Kegelfuß umzieht. Die Ringkehle kann radial nach außen an einem, insbesondere gerundeten Inneneckbereich in die Vorloch-Umfangswand übergehen. Speziell der Spreizkegel in Kombination mit der Ringkehle sowie dem Vorloch-Inneneckbereich führen zu einem Umschlagen des fußseitigen Schaftabschnittes des Nietschafts, wie es oben beschrieben ist.The activation contour formed in the component pilot hole can also have a ring groove that surrounds the expansion cone at its cone base. The ring groove can merge radially outwards into the pilot hole peripheral wall at a particularly rounded inner corner area. In particular, the expansion cone in combination with the ring groove and the pilot hole inner corner area lead to a folding of the base-side shaft section of the rivet shaft, as described above.

Nachfolgend ist ein mit der oben angegebenen Aktivierungskontur durchführbarer Setzprozess beschrieben: So kann zu Beginn des Setzprozesses das Nietelement mit seiner Schneidkante auf der Kegelmantelfläche des Spreizkegels sitzen. Durch Einwirken der Setzkraft kann das Nietelement mit seiner Schneidkante entlang der Kegelmantelfläche in Richtung Ringkehle gleiten, ohne in das Material des Fügepartners einzudringen. Auf diese Weise wird der fußseitige Schaftabschnitt des Nietschafts unter Materialverdünnung vorgespreizt. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses wird der materialverdünnte, fußseitige Schaftabschnitt des Nietschafts vom Spreizkegel in die Ringkehle geführt. Zum Abschluss des Setzprozesses wird die fußseitige Schneidkante des Nietelements an der Vorloch-Umfangswand in das Material eingetrieben.A setting process that can be carried out using the activation contour specified above is described below: At the start of the setting process, the rivet element can sit with its cutting edge on the conical surface of the expansion cone. By applying the setting force, the rivet element can slide with its cutting edge along the conical surface in the direction of the ring groove without penetrating the material of the joining partner. In this way, the base-side shaft section of the rivet shaft is pre-expanded while the material is thinned. As the setting process continues, the material-thinned, base-side shaft section of the rivet shaft is guided by the expansion cone into the ring groove. At the end of the setting process, the base-side cutting edge of the rivet element is driven into the material on the pre-hole peripheral wall.

Wie oben erwähnt, findet im Setzprozess am Spreizkegel eine Vorspreizung des Nietschafts statt. Durch die Vorspreizung wird der Nietschaft von seinem formstabilen, zylindrischen unverformten Zustand konisch ausgeweitet. Die konische Ausweitung des Nietschafts erfolgt unter Reduzierung der Wandstärke der Schaftwandung. Dadurch reduziert sich die Formstabilität des Nietschafts. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses kann daher der Nietschaft prozesssicher in seinen Spreizzustand umschlagen.As mentioned above, the rivet shaft is pre-expanded on the expansion cone during the setting process. The pre-expanding causes the rivet shaft to expand conically from its dimensionally stable, cylindrical, undeformed state. The conical expansion of the rivet shaft takes place while reducing the wall thickness of the shaft wall. This reduces the dimensional stability of the rivet shaft. As the setting process continues, the rivet shaft can therefore reliably change to its expanded state.

Für einen prozesssicheren Ablauf des Setzvorganges ist es von Bedeutung, dass das Nietelement mit seiner Schneidkante zu Beginn des Setzprozesses nicht am Spreizkegel in das Material des ersten Fügepartners eindringt. Vor diesem Hintergrund kann eine Schneidflanke an der Schneidkante einen Schneidenwinkel aufweisen, der in etwa einem Kegelwinkel entspricht, der zwischen der Kegelmantelfläche des Spreizkegels und einer rechtwinkligen Ebene aufgespannt ist. Dadurch ist gewährleistet, dass das Nietelement mit seiner Schneidkante entlang der Kegelmantelfläche des Spreizkegels in Richtung Ringkehle abgleiten kann, ohne in das Material des ersten Fügepartners einzudringen.To ensure that the setting process runs reliably, it is important that the rivet element with its cutting edge does not penetrate the material of the first joining partner at the expansion cone at the start of the setting process. Against this background, a cutting flank on the cutting edge can have a cutting angle that roughly corresponds to a cone angle that is spanned between the conical surface of the expansion cone and a rectangular plane. This ensures that the rivet element with its cutting edge can slide along the conical surface of the expansion cone in the direction of the ring groove without penetrating the material of the first joining partner.

Die Vorloch-Umfangswand kann an einem Vorloch-Öffnungsrand in eine setzseitige Oberfläche des ersten Fügepartners übergehen. Dabei kann sich die Vorloch-Umfangswand vom bodenseitigen Vorloch-Inneneckbereich bis zum Vorloch-Öffnungsrand konisch ausweiten oder zylinderförmig verlaufen. Der Vorloch-Durchmesser ist bevorzugt größer bemessen als der Nietschaft-Außendurchmesser. Auf diese Weise kann das Nietelement in Vorbereitung auf den Setzprozess mit Lochspiel leichtgängig in dem Vorloch des ersten Fügepartners vorpositioniert werden.The pilot hole peripheral wall can merge into a setting-side surface of the first joining partner at a pilot hole opening edge. The pilot hole peripheral wall can expand conically from the bottom-side pilot hole inner corner area to the pilot hole opening edge or can run in a cylindrical shape. The pilot hole diameter is preferably larger than the rivet shaft outer diameter. In this way, the rivet element can be easily pre-positioned in the pilot hole of the first joining partner with hole clearance in preparation for the setting process.

In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Aktivierungskontur wie folgt ausgebildet sein: So kann das sacklochartige Vorloch des ersten Fügepartners einen durchmessergroßen Einführabschnitt aufweisen. Dieser geht an einer umlaufenden Ringschulter in eine durchmesserkleine Senkung über. Die Schneidkante des noch unverformten Nietelements kann auf einem Durchmesser liegen, der größer bemessen ist als der Innendurchmesser der Ringschulter. Dadurch kann (in Vorbereitung auf den Setzprozess) das Nietelement mit seiner Schneidkante auf der Ringschulter des Bauteil-Vorloches positioniert werden.In a further design variant, the activation contour can be designed as follows: The blind hole-like pre-hole of the first joining partner can have a large-diameter insertion section. This transitions into a small-diameter depression on a circumferential ring shoulder. The cutting edge of the still undeformed rivet element can lie on a diameter that is larger than the inner diameter of the ring shoulder. This allows the rivet element to be positioned with its cutting edge on the ring shoulder of the component pre-hole (in preparation for the setting process).

Bei Einwirken der Setzkraft kann sich das Nietelement mit seiner Schneidkante nach radial außen aufweiten, und zwar bis Erreichen eines maximalen Außendurchmessers. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses kann der Nietschaft um einen zusätzlichen Übertotpunkt-Hubweg in die Vorloch-Senkung eingetrieben werden. Dadurch erfolgt eine Überspreizung des Nietschaftes, bei der der Nietschaft in den Spreizzustand umschlägt.When the setting force is applied, the rivet element with its cutting edge can expand radially outwards until a maximum outer diameter is reached. As the setting process continues, the rivet shank can be driven into the pre-hole countersink by an additional over-center stroke. This causes the rivet shank to over-expand, which causes the rivet shank to switch to the expanded state.

Bevorzugt kann das Nietelement aus einem Kaltschlagmaterial gefertigt sein, bei dem insbesondere bei der Überspreizung eine Umformgrenze überschritten wird, bei der eine Verfestigung des Nietelement-Materials eintritt, die im Hinblick auf eine gesteigerte Verbindungsfestigkeit zwischen dem Nietelement und dem Bauteil von Vorteil ist. Von daher kann erfindungsgemäß auf eine Matrize verzichtet werden, deren Matrizenform ein Aufspreizen des Nietschaftes unterstützt. Anstelle dessen kann der erste Fügepartner zwischen einem Niederhalter und einem ebenflächigen Amboss zwischengeklemmt sein.The rivet element can preferably be made from a cold-forming material in which a deformation limit is exceeded, particularly during over-expansion, at which a hardening of the rivet element material occurs, which is advantageous with regard to increased connection strength between the rivet element and the component. Therefore, according to the invention, a die can be dispensed with, the die shape of which supports the spreading of the rivet shaft. Instead, the first joining partner can be clamped between a hold-down device and a flat anvil.

Der erfindungsgemäße Setzprozess kann Bestandteil einer vollautomatischen Prozesskette sein, bei der ein Setzgerät am distalen Ende eines Roboterarms eines Industrieroboters befestigt ist, der mittels einer Programmsteuerung autonom arbeitet. Um einen einwandfreien Setzvorgang zu gewährleisten, ist es bevorzugt, wenn der Nietschaft-Außendurchmesser kleiner bemessen ist als der Ringschulter-Außendurchmesser. Auf diese Weise kann das noch unverformte Nietelement mit seiner Schneidkante in schwimmender Lagerung, das heißt mit Querspiel, auf der Ringschulter positioniert werden, wodurch Bauteil und/oder Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können.The setting process according to the invention can be part of a fully automatic process chain in which a setting device is attached to the distal end of a robot arm of an industrial robot that works autonomously using a program control. In order to ensure a flawless setting process, it is preferred if the rivet shaft outer diameter is smaller than the ring shoulder outer diameter. In this way, the still undeformed rivet element can be positioned with its cutting edge in a floating position, i.e. with transverse play, on the ring shoulder, whereby component and/or manufacturing tolerances can be compensated.

Bei Ausführung des von der Setzseite abgewandten Fügepartners als ein Druckgussteil kann das Vorloch während des Gießverfahrens im ersten Fügepartner erzeugt werden. In diesem Fall kann das Vorloch einen konusartigen Innenumfang aufweisen, der als Entformungsschräge dient. Der konusartige Innenumfang wirkt während des Setzvorgangs zusätzlich auch als eine Einführschräge, um eine einwandfreie Positionierung des Nietelements auf der Ringschulter des Bauteil-Vorloches zu gewährleisten.If the joining partner facing away from the setting side is designed as a die-cast part, the pilot hole can be created in the first joining partner during the casting process. In this case, the pilot hole can have a conical inner circumference that serves as a draft angle. The conical inner circumference also acts as an insertion angle during the setting process to ensure that the rivet element is positioned correctly on the ring shoulder of the component pilot hole.

In einer konkreten Ausgestaltung kann das Nietelement im unverformten Zustand eine Nietelementlänge von beispielhaft 2 bis 5 mm aufweisen. Die Wandstärke der Schaftwandung des Nietschafts kann im unverformten Zustand in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,7 mm liegen, insbesondere bei 0,5 mm. Zudem kann das Nietelement je nach Anwendungsfall zum Beispiel aus einem schweißgeeigneten Drahtwerkstoff, oder aus einem herkömmlichen Kaltschlagstahl gefertigt sein, bei dem insbesondere bei der Überspreizung, das heißt beim Umschlagen während des Setzprozesses, eine Umformgrenze überschritten wird, bei der eine Verfestigung des Nietelement-Materials eintritt, die im Hinblick auf eine gesteigerte Verbindungsfestigkeit zwischen dem Nietelement und dem Bauteil von Vorteil ist. Erfindungsgemäß kann während des Setzprozess auf eine Matrize verzichtet werden, deren Matrizengravur ein Aufspreizen des Nietschafts unterstützt. Anstelle dessen kann das Bauteil im Setzprozess zwischen einem Niederhalter und einem ebenflächigen Amboss zwischengeklemmt sein.In a specific embodiment, the rivet element can have a rivet element length of, for example, 2 to 5 mm in the undeformed state. The wall thickness of the shaft wall of the rivet shaft can be in a range between 0.3 and 0.7 mm in the undeformed state, in particular 0.5 mm. In addition, depending on the application, the rivet element can be made from a wire material suitable for welding, for example, or from a conventional cold-forming steel, in which a deformation limit is exceeded, in particular during over-expansion, i.e. when turning over during the setting process, at which a hardening of the rivet element material occurs, which is advantageous with regard to increased connection strength between the rivet element and the component. According to the invention, a die can be dispensed with during the setting process, the die engraving of which supports the spreading of the rivet shaft. Instead, the component can be clamped between a hold-down device and a flat anvil during the setting process.

In einer oben angegebenen Ausführungsform sind die beiden Fügepartner unmittelbar im Setzprozess miteinander verbindbar, bei dem das Nietelement mit seinem Nietschaft in Setzrichtung durch den setzseitigen Fügepartner bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner eintreibbar ist. Dadurch sind die beiden Fügepartner, in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf und einer Schneidkante des Nietschafts des Nietelements geklemmt.In an embodiment specified above, the two joining partners can be connected to one another directly in the setting process, in which the rivet element with its rivet shank can be driven in the setting direction through the joining partner on the setting side into the joining partner facing away from the setting side. As a result, the two joining partners, viewed in the setting direction, are clamped under compressive stress between a rivet head and a cutting edge of the rivet shank of the rivet element.

In einer zweiten Ausführungsform kann im Setzprozess das Nietelement mit seinem Nietschaft in Setzrichtung nur in einen ersten Fügepartner eintreibbar sein. Der zweite Fügepartner kann dagegen unabhängig vom Setzprozess am Nietelement befestigbar sein, insbesondere in einer Clip-, Schraub-, Rast- oder Schweißverbindung.In a second embodiment, the rivet element can only be driven into a first joining partner with its rivet shaft in the setting direction during the setting process. The second joining partner, however, can be fastened to the rivet element independently of the setting process, in particular in a clip, screw, snap-in or welded connection.

Zur Realisierung der obigen zweiten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn der Vorloch-Durchmesser am Vorloch-Öffnungsrand des sacklochartigen Vorloches des ersten Fügepartners (entspricht dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner) kleiner bemessen ist als ein Kopfdurchmesser des Nietkopfes, so dass nach erfolgtem Setzprozess die Nietkopf-Unterseite in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich des Bauteil-Vorloches ist. An der Nietkopf-Oberseite des Nietelements kann ein Bolzen zur Anbindung des zweiten Fügepartners, insbesondere ein Gewindebolzen oder Schweißbolzen, ausgebildet sein. Im Zusammenbauzustand kann der Bolzen durch ein Durchgangsloch des zweiten Fügepartners geführt sein. Auf der, aus dem Durchgangsloch des zweiten Fügepartners ragenden Gewindebolzenspitze kann ein Clip-, Rast-, Schraub- oder Schweißelement befestigt sein. In diesem Fall kann der zweite Fügepartner zwischen dem Clip-, Rast-, Schraub- oder Schweißelement und dem ersten Fügepartner verspannbar sein.To implement the above second embodiment, it is advantageous if the pilot hole diameter at the pilot hole opening edge of the blind hole-like pilot hole of the first joining partner (corresponds to the joining partner facing away from the setting side) is smaller than a head diameter of the rivet head, so that after the setting process has been completed, the rivet head underside is in contact with the opening edge area of the component pilot hole. A bolt for connecting the second joining partner, in particular a threaded bolt or welding bolt, can be formed on the rivet head top of the rivet element. In the assembled state, the Bolts must be guided through a through hole in the second joining partner. A clip, locking, screw or welding element can be attached to the threaded bolt tip protruding from the through hole in the second joining partner. In this case, the second joining partner can be clamped between the clip, locking, screw or welding element and the first joining partner.

Bei einer Verschweißung kann der Schweißbolzen im Zusammenbauzustand durch ein Durchgangsloch des zweiten Fügepartners geführt sein. Auf der aus dem Durchgangsloch des zweiten Fügepartners ragenden Schweißbolzenspitze kann ein dritter Fügepartner oder ein Kopfelement, etwa eine Schweißkappe, mit dem ein Gleitelement (zum Beispiel Gleitelementringscheibe) fest verbunden ist, mittels Widerstandspunktschweißen aufschweißbar sein. Der zweite Fügepartner kann daher zwischen dem dritten Fügepartner oder der Schweißkappe und dem Nietkopf verspannt werden.When welding, the welding stud can be guided through a through hole in the second joining partner in the assembled state. A third joining partner or a head element, such as a welding cap, to which a sliding element (for example a sliding element ring disk) is firmly connected, can be welded onto the welding stud tip protruding from the through hole in the second joining partner using resistance spot welding. The second joining partner can therefore be clamped between the third joining partner or the welding cap and the rivet head.

Erfindungsgemäß ist der zweite Fügepartner in schwimmender Lagerung zwischen dem Nietkopf des Nietelements und dem zweiten Fügepartner geklemmt. Auf diese Weise ist eine Schubspannung quer zur Setzrichtung, insbesondere hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Fügepartner, durch eine Querbewegung des zweiten Fügepartners reduzierbar oder abbaubar. Zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner kann - analog zur ersten Ausführungsform - ein Gleitelement, insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet sein, mittels dem ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner herabsetzbar ist. Ebenfalls kann das Clip-, Rast-, Schraub- oder Schweißelement zum Beispiel mit einem Bund ausgeführt sein, an dem eine Kunststoff-Zwischenlage, etwa eine Kunststoffscheibe befestigt ist oder ein Kunststoffring angespritzt ist, mittels dem ein Reibwert zwischen dem Clip-, Rast-, Schraub- oder Schweißelement und dem zweiten Fügepartner herabsetzbar ist.According to the invention, the second joining partner is clamped in a floating position between the rivet head of the rivet element and the second joining partner. In this way, a shear stress transverse to the setting direction, in particular caused by different thermal expansion of the joining partners, can be reduced or eliminated by a transverse movement of the second joining partner. To support the floating position between the top of the rivet head and the second joining partner, a sliding element, in particular a plastic intermediate layer, can be arranged - analogous to the first embodiment - by means of which a coefficient of friction between the top of the rivet head and the second joining partner can be reduced. The clip, locking, screw or welding element can also be designed, for example, with a collar to which a plastic intermediate layer, such as a plastic disk, is attached or a plastic ring is molded on, by means of which a coefficient of friction between the clip, locking, screw or welding element and the second joining partner can be reduced.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

  • 1 bis 5 Ansichten einer Nietverbindung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 6 bis 9 Ansichten einer Nietverbindung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
  • 10 bis 12 Ansichten einer Nietverbindung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures. They show:
  • 1 to 5 Views of a riveted connection according to a first embodiment;
  • 6 to 9 Views of a riveted connection according to a second embodiment; and
  • 10 to 12 Views of a riveted connection according to further embodiments.

In 1 ist eine Nietverbindung mit einem unteren ersten Fügepartner 1, einem mittleren zweiten Fügepartner 2 und einem der Setzseite zugewandten dritten Fügepartner 3 gezeigt. Die Nietverbindung wird in einem anhand der 4 angedeuteten Setzprozess mit Hilfe eines als Halbhohlniet ausgebildeten Nietelements 7 erzeugt, das einen durchmessergroßen Nietkopf 9 aufweist, der als Flachkopf realisiert ist. Der Nietkopf 9 geht an seiner Nietkopf-Unterseite in einen durchmesserkleinen Nietschaft 13 über, der an einer umlaufenden Schneidkante 15 abschließt. Das Nietelement 7 ist im unverformten Zustand als ein um eine Längsachse L rotationssymmetrisches Bauteil realisiert und in den Figuren in einer Querschliffansicht gezeigt.In 1 is a riveted joint with a lower first joining partner 1, a middle second joining partner 2 and a third joining partner 3 facing the setting side. The riveted joint is shown in a 4 The rivet element 7 is produced by means of the setting process indicated with the aid of a rivet element 7 designed as a semi-tubular rivet, which has a large-diameter rivet head 9 that is implemented as a flat head. The rivet head 9 merges at its rivet head underside into a small-diameter rivet shaft 13 that terminates at a circumferential cutting edge 15. In the undeformed state, the rivet element 7 is implemented as a component that is rotationally symmetrical about a longitudinal axis L and is shown in the figures in a cross-section view.

In der, in der 1 gezeigten Nietverbindung ist das Nietelement 7 durch den setzseitigen Fügepartner 3 sowie durch den mittleren Fügepartner 2 bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner 1 eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im Fügepartner 1. In der 1 ist der Nietschaft 13 aufgespreizt. Die drei Fügepartner 1, 2 und 3 sind daher unter einer in Setzrichtung S wirkenden Druckspannung miteinander verklemmt.In the, in the 1 In the rivet connection shown, the rivet element 7 is driven through the joining partner 3 on the setting side and through the middle joining partner 2 into the joining partner 1 facing away from the setting side, while maintaining a residual base thickness in the joining partner 1. In the 1 the rivet shank 13 is spread open. The three joining partners 1, 2 and 3 are therefore clamped together under a compressive stress acting in the setting direction S.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Mischbauverbindung realisiert, bei der der von der Setzseite abgewandte Fügepartner 1 ein Aluminiumdruckgussteil ist, während der setzseitige Fügepartner 3 und der mittlere Fügepartner 2 jeweils ein Kunststoffbauteil, zum Beispiel ein thermoplastisches Kunststoffteil, oder ein CFK-Bauteil ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann der setzseitige Fügepartner 3 und/oder der mittlere Fügepartner 2 auch ein Stahlbauteil oder Aluminiumbauteil sein.In the present exemplary embodiment, a mixed construction connection is realized in which the joining partner 1 facing away from the setting side is an aluminum die-cast part, while the setting-side joining partner 3 and the middle joining partner 2 are each a plastic component, for example a thermoplastic plastic part, or a CFRP component. In an alternative embodiment, the setting-side joining partner 3 and/or the middle joining partner 2 can also be a steel component or aluminum component.

Eine solche Fügepartner-Kombination aus Aluminiumdruckgussteil und Kunststoffbauteil ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Fügepartner-Kombination aus Metallblechteilen anfällig gegen quer zur Setzrichtung ausgerichtete Bauteilspannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Fügepartner 1, 2, 3 hervorgerufen werden. Zudem weist der von der Setzseite abgewandte Fügepartner 1 (d.h. das Aluminiumdruckgussteil) im Vergleich zu herkömmlichen Metallblechen eine sehr geringe Duktilität auf. Ein herkömmlicher Setzprozess, bei dem der Nietschaft vom Druckgussmaterial des von der Setzseite abgewandten Fügepartners 1 komplett formschlüssig umfasst ist, ist daher nicht prozesssicher durchführbar. Zudem besteht bei Metalldruckguss aufgrund der geringen Duktilität die Gefahr, dass es im Setzprozess zu einer Kerbbildung kommt, die zu einem frühzeitigen Bauteilriss oder -bruch führen kann.In comparison to a conventional joining partner combination of sheet metal parts, such a joining partner combination of aluminum die-cast part and plastic component is susceptible to component stresses that are directed transversely to the setting direction and are caused by different thermal expansions of the joining partners 1, 2, 3. In addition, the joining partner 1 facing away from the setting side (i.e. the aluminum die-cast part) has very low ductility compared to conventional metal sheets. A conventional setting process in which the rivet shaft is completely enclosed in a form-fitting manner by the die-cast material of the joining partner 1 facing away from the setting side cannot therefore be carried out reliably. In addition, with metal die casting, due to the low ductility, there is a risk that notches will form during the setting process, which can lead to premature component cracking or breakage.

Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass die beiden oberen Fügepartner 2, 3 in schwimmender Lagerung zwischen dem Nietkopf 9 des Nietelements 7 und dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner 1 geklemmt sind. Auf diese Weise kann eine Bauteilspannung quer zur Setzrichtung S, die zum Beispiel durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Fügepartner 1, 2, 3 hervorrufen wird, durch eine quergerichtete Ausgleichsbewegung der oberen Fügepartner 2, 3 reduziert oder abgebaut werden.A core of the invention is that the two upper joining partners 2, 3 are clamped in a floating position between the rivet head 9 of the rivet element 7 and the joining partner 1 facing away from the setting side. In this way A component stress transverse to the setting direction S, which is caused, for example, by different thermal expansion of the joining partners 1, 2, 3, can be reduced or eliminated by a transverse compensating movement of the upper joining partners 2, 3.

Zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem obersten Fügepartner 3 ein Gleitelement 6 angeordnet, mittels dem ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem obersten Fügepartner 3 herabsetzbar ist. Das Gleitelement 6 ist beispielhaft eine Kunststoff-Unterlegscheibe, die am Nietelement 7 vormontierbar ist.To support the floating bearing between the bottom of the rivet head and the top joining partner 3, a sliding element 6 is arranged, by means of which a coefficient of friction between the bottom of the rivet head and the top joining partner 3 can be reduced. The sliding element 6 is, for example, a plastic washer that can be pre-assembled on the rivet element 7.

Zur weiteren Unterstützung der schwimmenden Lagerung weisen die beiden oberen Fügepartner 2, 3 jeweils ein Durchgangsvorloch 17 auf, durch das das Nietelement 7 in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner 1 eintreibbar ist. Der Nietschaft 13 ist dabei mit einem Lochspiel Δx durch die Durchgangsvorlöcher 17 der Fügepartner 2, 3 geführt, so dass innerhalb des Lochspiels Δx die Ausgleichsbewegung B der oberen Fügepartner 2, 3 quer zur Setzrichtung ermöglicht ist.To further support the floating bearing, the two upper joining partners 2, 3 each have a through hole 17 through which the rivet element 7 can be driven into the joining partner 1 facing away from the setting side. The rivet shaft 13 is guided through the through holes 17 of the joining partners 2, 3 with a hole clearance Δx, so that the compensating movement B of the upper joining partners 2, 3 transverse to the setting direction is possible within the hole clearance Δx.

Auf diese Weise kann bei einer Wärmebeanspruchung ein Spannungsausgleich zwischen den Fügepartnern 1, 2, 3 erfolgen.In this way, stress compensation between the joining partners 1, 2, 3 can take place in the event of thermal stress.

Im Setzprozess (3 bis 5) wird das Nietelement 7 belastungsfrei durch das Vorloch 17 der beiden Fügepartner 2, 3 geführt und im weiteren Verlauf in den von der Setzseite abgewandten ersten Fügepartner 1 eingetrieben.In the setting process ( 3 to 5 ), the rivet element 7 is guided stress-free through the pilot hole 17 of the two joining partners 2, 3 and is then driven into the first joining partner 1 facing away from the setting side.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Nietverbindung mit einem von der Setzseite abgewandten Fügepartner 1 realisierbar ist, dessen Fließfähigkeit bzw. Duktilität im Vergleich zum Stand der Technik reduziert ist (zum Beispiel ein Bauteil aus Aluminiumdruckguss). Erfindungsgemäß erfolgt nämlich die Sicherung des Nietelements 7 nicht durch ein vollständiges formschlüssiges Einfassen des Nietschafts 13 im Material des ersten Fügepartners 1, sondern durch den nachfolgend anhand der 1 bis 5 beschriebenen Sicherungsmechanismus:

  • Gemäß der 1 ist das Nietelement 7 in ein Vorloch 5 des von der Setzseite abgewandten ersten Fügepartners 1 eingetrieben, das sich konusartig bis zu einer Vorlochtiefe t erstreckt und dort mit einem Vorloch-Boden abschließt.
A significant advantage of the invention is that the rivet connection can be realized with a joining partner 1 facing away from the setting side, whose flowability or ductility is reduced compared to the prior art (for example a component made of die-cast aluminum). According to the invention, the securing of the rivet element 7 is not carried out by a complete form-fitting enclosing of the rivet shaft 13 in the material of the first joining partner 1, but by the following based on the 1 to 5 described security mechanism:
  • According to the 1 the rivet element 7 is driven into a pre-hole 5 of the first joining partner 1 facing away from the setting side, which extends conically to a pre-hole depth t and ends there with a pre-hole bottom.

Im Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 eine Aktivierungskontur 31 (3 oder 4) ausgebildet ist, die im Setzprozess das Überführen des Nietelements 7 vom unverformten Zustand in den Spreizzustand steuert. Die Aktivierungskontur 31 weist einen vom Vorloch-Boden vorragenden Spreizkegel 33 auf, der an seinem Kegelfuß von einer, im Vorloch-Boden ausgebildeten Ringkehle 35 umzogen ist. Die Ringkehle 35 geht radial nach außen an einem gerundeten Inneneckbereich 37 in eine Vorloch-Umfangswand 39 (4 oder 5) über. In den 1 bis 5 erstreckt sich die glattflächige Vorloch-Umfangswand 39 vom Vorloch-Inneneckbereich 37 bis zu einem Vorloch-Öffnungsrand 41 ( 2) an der setzseitigen Oberfläche des ersten Fügepartners 1 geringfügig konisch ausgeweitet.In the pre-hole 5 of the first joining partner 1 an activation contour 31 ( 3 or 4 ) which controls the transfer of the rivet element 7 from the undeformed state to the expanded state during the setting process. The activation contour 31 has an expansion cone 33 protruding from the pre-hole base, which is surrounded at its cone base by an annular groove 35 formed in the pre-hole base. The annular groove 35 extends radially outwards at a rounded inner corner area 37 into a pre-hole peripheral wall 39 ( 4 or 5 ) over. In the 1 to 5 the smooth-surfaced pre-hole peripheral wall 39 extends from the pre-hole inner corner area 37 to a pre-hole opening edge 41 ( 2 ) on the setting-side surface of the first joining partner 1 is slightly conically expanded.

Gemäß der 1 ist ein fußseitiger Schaftabschnitt 43 des hohlen Nietschafts 13 mit seiner Schneidkante 15 an der Vorloch-Umfangswand 39 in das Material des ersten Fügepartners 1 eingetrieben.According to the 1 a base-side shaft section 43 of the hollow rivet shaft 13 is driven with its cutting edge 15 at the pre-hole peripheral wall 39 into the material of the first joining partner 1.

Wie aus der 2 hervorgeht, ist der Vorloch-Durchmesser dv größer bemessen als der Nietschaft-Außendurchmesser dA, sodass das Nietelement 7 in Vorbereitung auf den Setzprozess mit einem Lochspiel im Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 vorpositionierbar ist. Der Vorloch-Durchmesser dv ist zudem kleiner bemessen als ein Kopfdurchmesser dK des Nietkopfes 9. Dessen Unterseite ist nach erfolgtem Setzprozess in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich eines Durchgangsvorloches 17 des oberen setzseitigen Fügepartners 3. Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist der Nietschaft 13 im unverformten Zustand außenseitig zylindrisch ausgebildet. Die Innenwölbung 14 des Nietschafts 13 ist hohlzylindrisch realisiert, wodurch sich über die Nietelement-Längsachse L eine konstante Wandstärke w der Schaftwandung ergibt. Das Nietelement 7 ist insgesamt rotationssymmetrisch zur Nietelement-Längsachse L ausgeführt.As from the 2 As can be seen from the drawing, the pre-hole diameter dv is larger than the rivet shaft outer diameter d A , so that the rivet element 7 can be pre-positioned in preparation for the setting process with a hole clearance in the pre-hole 5 of the first joining partner 1. The pre-hole diameter dv is also smaller than a head diameter d K of the rivet head 9. After the setting process has been completed, the underside of the rivet head 9 is in contact with the opening edge area of a through-hole 17 of the upper setting-side joining partner 3. As can be seen from the drawing, 2 As can be seen further, the rivet shaft 13 is cylindrical on the outside in the undeformed state. The inner curvature 14 of the rivet shaft 13 is hollow-cylindrical, which results in a constant wall thickness w of the shaft wall over the rivet element longitudinal axis L. The rivet element 7 is designed to be rotationally symmetrical to the rivet element longitudinal axis L.

Nachfolgend wird anhand der 3 bis 5 ein Setzprozess beschrieben: Zu Beginn des Setzprozesses (3) wird das (durch die Fügepartner 2, 3 geführte) Nietelement 7 mit seiner Schneidkante 15 in Anlage mit der Kegelmantelfläche des Spreizkegels 33 gebracht. Das Nietelement 7 ist dabei koaxial zum Spreizkegel 33 ausgerichtet. Mit Einleitung der Setzkraft F gleitet das Nietelement 1 mit seiner Schneidkante 15 entlang der Kegelmantelfläche in Richtung Ringkehle 35. Auf diese Weise wird der fußseitige Schaftabschnitt 43 des Nietschafts 11 vorgespreizt. Durch die Vorspreizung weitet sich einerseits der zylindrische Nietschaft 13 konisch aus. Andererseits reduziert sich durch die konische Ausweitung des Nietschafts 13 speziell am fußseitigen Schaftabschnitt 43 die Wandstärke w. Aufgrund der konischen Ausweitung sowie der reduzierten Wandstärke w kann die Aktivierungskontur 31 im weiteren Setzprozess den Nietschaft 13 prozesssicher in den Spreizzustand überführen. Zum Abschluss des Setzprozesses (5) wird die Schneidkante 15 des Nietelements 7 an der Vorloch-Umfangswand 39 in das Material des ersten Fügepartners 1 eingetrieben.The following is based on the 3 to 5 a setting process is described: At the beginning of the setting process ( 3 ), the rivet element 7 (guided by the joining partners 2, 3) is brought with its cutting edge 15 into contact with the conical surface of the expansion cone 33. The rivet element 7 is aligned coaxially to the expansion cone 33. When the setting force F is introduced, the rivet element 1 slides with its cutting edge 15 along the conical surface in the direction of the ring groove 35. In this way, the base-side shaft section 43 of the rivet shaft 11 is pre-expanded. On the one hand, the pre-expanding causes the cylindrical rivet shaft 13 to expand conically. On the other hand, the conical expansion of the rivet shaft 13, especially on the base-side shaft section 43, reduces the wall thickness w. Due to the conical expansion and the reduced wall thickness w, the activation contour 31 can reliably transfer the rivet shaft 13 into the expanded state in the further setting process. At the end of the setting process ( 5 ) the cutting edge 15 of the rivet elements 7 are driven into the material of the first joining partner 1 at the pilot hole peripheral wall 39.

In der 2 laufen am Nietschaft 13 zwei Schneidflanken 45, 47 unter Bildung der Schneidkante 15 zusammen. Die radial innere Schneidkante 45 spannt mit einer zur Nietelement-Längsachse L rechtwinkligen Ebene einen Schneidenwinkel β auf. Dieser entspricht einem Kegelwinkel γ, der zwischen der Kegelmantelfläche des Spreizkegels 33 und einer zur Nietelement-Längsachse L rechtwinkligen Ebene aufgespannt ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass im Setzprozess die Schneidkante 15 prozesssicher in Richtung Ringkehle 35 abgleitet, ohne in das Material einzudringen.In the 2 Two cutting flanks 45, 47 converge on the rivet shaft 13 to form the cutting edge 15. The radially inner cutting edge 45 spans a cutting angle β with a plane perpendicular to the rivet element's longitudinal axis L. This corresponds to a cone angle γ that is spanned between the conical surface of the expansion cone 33 and a plane perpendicular to the rivet element's longitudinal axis L. This ensures that the cutting edge 15 slides reliably in the direction of the ring groove 35 during the setting process without penetrating the material.

Mit Hilfe der Aktivierungskontur 31 wird der fußseitige Schaftabschnitt 43 des Nietschafts 11 im Setzprozess entgegen der Setzrichtung S umgeschlagen. In der fertiggestellten Nietverbindung geht daher ein kopfseitiger Schaftabschnitt 49 an einer nietkopffernen Umschlagkante 51 in den, in Richtung Nietkopf 9 ragenden fußseitigen Schaftabschnitt 43 über. Der umgeschlagene fußseitige Schaftabschnitt 43 erstreckt sich in Umfangsrichtung durchgängig sowie tellerförmig um den kopfseitigen Schaftabschnitt 49. Es ist hervorzuheben, dass lediglich der umgeschlagene fußseitige Schaftabschnitt 43 mit seiner Schneidkante 15 des Nietschafts 11 an der Vorloch-Umfangswand 39 in das Material des ersten Fügepartners 1 eindringt, während der kopfseitige Schaftabschnitt 49 ohne Materialeingriff mit dem ersten Fügepartner 1 verbleibt. With the help of the activation contour 31, the base-side shaft section 43 of the rivet shaft 11 is folded over in the setting process against the setting direction S. In the finished rivet connection, a head-side shaft section 49 therefore merges at a folding edge 51 remote from the rivet head into the base-side shaft section 43 protruding in the direction of the rivet head 9. The folded-over base-side shaft section 43 extends continuously in the circumferential direction and in a plate shape around the head-side shaft section 49. It should be emphasized that only the folded-over base-side shaft section 43 with its cutting edge 15 of the rivet shaft 11 penetrates into the material of the first joining partner 1 on the pre-hole peripheral wall 39, while the head-side shaft section 49 remains without material engagement with the first joining partner 1.

Der Nietschaft 11 wirkt somit wie ein bistabiler Federabschnitt, der im Setzprozess in den ausgeweiteten Spreizzustand umschlägt. Der Spreizzustand (1 oder 5) zeichnet sich dadurch aus, dass im Gegensatz zum Stand der Technik im Wesentlichen keine Rückfederkraft im Nietschaft 13 aufgebaut wird, die das Nietelement 7 in Richtung unverformtem Zustand vorspannt. Von daher kann erfindungsgemäß auf ein nahezu komplett formschlüssiges Einfassen des Nietschafts 11 in das Material verzichtet werden.The rivet shaft 11 thus acts like a bistable spring section, which changes into the expanded expansion state during the setting process. The expansion state ( 1 or 5 ) is characterized in that, in contrast to the prior art, essentially no spring-back force is built up in the rivet shaft 13, which prestresses the rivet element 7 in the direction of the undeformed state. Therefore, according to the invention, an almost completely form-fitting enclosing of the rivet shaft 11 in the material can be dispensed with.

Gemäß den 3 bis 5 weist das erfindungsgemäße Setzgerät als Gegenhalter 30 keine Matrize mit Matrizengravur, sondern einen ebenflächigen Amboss auf.According to the 3 to 5 The setting tool according to the invention does not have a die with die engraving as the counterholder 30, but rather a flat anvil.

Ein besonderer Vorteil dieses neuen Wirkprinzips besteht im Folgenden: Die zur Überführung in den Spreizzustand erforderliche Setzkraft F ist weitaus geringer als die im herkömmlichen Setzprozess erforderliche Setzkraft. Aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Setzkraft F werden das Nietelement 7 mit dem Gleitelement 6 und den beiden oberen Fügepartnern 2, 3 mit wesentlich geringerer Druckspannung beaufschlagt als es bei einem herkömmlichen Setzprozess der Fall wäre. Erst aufgrund dieser geringeren Druckspannung ist - im Zusammenspiel mit dem Gleitelement 6 - die quergerichtete Ausgleichsbewegung der beiden oberen Fügepartner 2, 3 zum Spannungsausgleich ermöglicht. Im Gegensatz dazu wird im herkömmlichen Setzprozess das Nietelement in die Fügepartner mit einer derart großen Setzkraft eingetrieben, dass eine Querbeweglichkeit der Fügepartner 2, 3 mit Bezug auf den von der Setzseite abgewandten Fügepartner 1 nicht gegeben ist.A particular advantage of this new operating principle is the following: The setting force F required to transfer to the spreading state is much lower than the setting force required in the conventional setting process. Due to the lower setting force F compared to the state of the art, the rivet element 7 with the sliding element 6 and the two upper joining partners 2, 3 are subjected to a much lower compressive stress than would be the case in a conventional setting process. It is only due to this lower compressive stress - in interaction with the sliding element 6 - that the transverse compensation movement of the two upper joining partners 2, 3 to compensate for the stress is possible. In contrast, in the conventional setting process the rivet element is driven into the joining partners with such a high setting force that there is no transverse mobility of the joining partners 2, 3 with respect to the joining partner 1 facing away from the setting side.

In den 6 bis 9 ist eine Nietverbindung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, deren Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels der 1 bis 5 entspricht. Wie im ersten Ausführungsbeispiel wirkt auch im zweiten Ausführungsbeispiel der Nietschaft 13 als ein bistabiler Federabschnitt, der die beiden Gleichgewichtszustände aufweist, nämlich den unverformten querschnittsreduzierten Zustand (7) und einen ausgeweiteten Spreizzustand (6 oder 9).In the 6 to 9 a rivet connection according to a second embodiment is shown, the structure of which essentially corresponds to the structure of the first embodiment of the 1 to 5 As in the first embodiment, in the second embodiment the rivet shaft 13 also acts as a bistable spring section, which has the two equilibrium states, namely the undeformed cross-section-reduced state ( 7 ) and an extended spread state ( 6 or 9 ).

Nachfolgend werden anhand der 6 bis 9 die Vorloch-Geometrie des ersten Fügepartners 1, die Nietelement-Geometrie sowie der erfindungsgemäße Setzvorgang beschrieben: So ist gemäß der 7 das noch unverformte Nietelement 7 mit Bezug auf seine Längsachse L rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Nietschaft 13 ist in der 6 oder 7 aufgeteilt in einen kopfseitigen Schaftabschnitt 49 und in einen sich daran anschließenden fußseitigen Schaftabschnitt 43, der eine Innenwölbung 14 begrenzt, die an der Nietschaftspitze offen ist. Die Innenwölbung 14 schließt an einer ringförmig umlaufenden Schneidkante 15 des Nietelements 7 ab.The following are based on the 6 to 9 the pre-hole geometry of the first joining partner 1, the rivet element geometry and the setting process according to the invention are described: According to the 7 the still undeformed rivet element 7 is rotationally symmetrical with respect to its longitudinal axis L. The rivet shaft 13 is in the 6 or 7 divided into a head-side shaft section 49 and an adjoining foot-side shaft section 43, which delimits an inner curvature 14 that is open at the rivet shaft tip. The inner curvature 14 ends at an annular circumferential cutting edge 15 of the rivet element 7.

Das Umschlagen des als bistabiler Federabschnitt wirkenden Nietschafts 13 wird mittels einer Aktivierungskontur 31 (7) im Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 unterstützt, die wie folgt ausgebildet ist: So weist das Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 in der 7 einen durchmessergroßen Einführabschnitt 21 auf. Dieser geht in Richtung Vorloch-Boden 22 an einer umlaufenden Ringschulter 23 stufenartig in eine durchmesserkleine Vorloch-Senkung 25 über. Bei noch unverformtem Nietelement 7 verläuft die Schneidkante 15 auf einem Durchmesser d1, der größer bemessen ist als der Innendurchmesser d2 der Ringschulter 23. Zudem ist der Nietschaft-Außendurchmesser kleiner bemessen als der Ringschulter-Außendurchmesser d3.The turning of the rivet shaft 13, which acts as a bistable spring section, is carried out by means of an activation contour 31 ( 7 ) in the pilot hole 5 of the first joining partner 1, which is designed as follows: Thus, the pilot hole 5 of the first joining partner 1 in the 7 a large diameter insertion section 21. This gradually changes in the direction of the pilot hole base 22 on a circumferential annular shoulder 23 into a small diameter pilot hole depression 25. When the rivet element 7 is still undeformed, the cutting edge 15 runs on a diameter d 1 that is larger than the inner diameter d 2 of the annular shoulder 23. In addition, the rivet shaft outer diameter is smaller than the annular shoulder outer diameter d 3 .

Der Setzvorgang wird mit einem Setzgerät durchgeführt, das in den 7 bis 9 den Niederhalter 27 aufweist, in dem ein Setzkolben 29 hubverstellbar geführt ist. Die drei Fügepartner 1, 2, 3 sind zwischen dem Niederhalter 27 und einem ebenflächigen Amboss 30 zwischengeklemmt.The setting process is carried out with a setting tool that is inserted into the 7 to 9 the hold-down device 27, in which a setting piston 29 is guided with an adjustable stroke. The three joining partners 1, 2, 3 are clamped between the hold-down device 27 and a flat anvil 30.

Bei Einwirken der Setzkraft F weitet sich der Nietschaft 13 mit seiner Schneidkante 15 nach radial außen auf, und zwar bis Erreichen eines Setzhub-Totpunktes T (8). Im Setzhub-Totpunkt T ist die Schneidkante 15 des Nietelements 1 mit einem maximalen Durchmesser dmax ausgeweitet und in Spreizeingriff mit dem Innenumfang des durchmessergroßen Einführabschnitts 21 des Bauteil-Vorloches 5. Zudem befindet sich die Stirnseite der Nietschaftspitze großflächig in Kontakt mit der Ringschulter 23.When the setting force F is applied, the rivet shaft 13 with its cutting edge 15 expands radially outwards until a setting stroke dead point T ( 8th ). At the setting stroke dead center T, the cutting edge 15 of the rivet element 1 is expanded with a maximum diameter d max and in spreading engagement with the inner circumference of the large-diameter insertion section 21 of the component pilot hole 5. In addition, the front side of the rivet shaft tip is in contact with the ring shoulder 23 over a large area.

Der Setzhub ist erfindungsgemäß über den Totpunkt T hinaus mit einer Übertotpunkt-Hubweg s (8) verlängert. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses wird daher der kopfseitige Schaftabschnitt 49 um den Übertotpunkt-Hubweg s in die Vorloch-Senkung 25 eingetrieben. Auf dieser Weise ergibt sich eine Überspreizung des fußseitigen Schaftabschnitts 43, bei der der fußseitige Schaftabschnitt 43 in den Spreizzustand umschlägt. Der fußseitige Schaftabschnitt 43 ist daher entgegen der Setzrichtung, das heißt in Richtung Nietkopf 9, umgeschlagen. Des fußseitige Schaftabschnitt 43 erstreckt sich in der Umfangsrichtung durchgängig sowie tellerförmig um den kopfseitige Schaftabschnitt 49 des Nietelements 7.According to the invention, the setting stroke is extended beyond the dead center T with an over-dead center stroke s ( 8th ). In the further course of the setting process, the head-side shaft section 49 is therefore driven into the pre-hole countersink 25 by the over-dead-center stroke distance s. In this way, an over-expansion of the foot-side shaft section 43 occurs, in which the foot-side shaft section 43 turns into the expanded state. The foot-side shaft section 43 is therefore turned over in the opposite direction to the setting direction, i.e. in the direction of the rivet head 9. The foot-side shaft section 43 extends in the circumferential direction continuously and in a plate shape around the head-side shaft section 49 of the rivet element 7.

Wie aus der 7 weiter hervorgeht, ist der Innenumfang des durchmessergroßen Einführabschnittes 21 des Bauteil-Vorloches 5 konusartig ausgebildet, sodass der Innenumfang als Einführschräge wirkt, mittels der ein leichtgängiges Einsetzen des Nietelements 7 in das Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 ermöglicht ist. Zudem ist das Nietelement 7 auf der Ringschulter 23 in schwimmender Lagerung positioniert (7), das heißt mit Querspiel positioniert, wodurch Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können.As from the 7 As can be seen further, the inner circumference of the large diameter insertion section 21 of the component pre-hole 5 is designed in a conical manner, so that the inner circumference acts as an insertion bevel, by means of which the rivet element 7 can be easily inserted into the pre-hole 5 of the first joining partner 1. In addition, the rivet element 7 is positioned on the ring shoulder 23 in a floating bearing ( 7 ), i.e. positioned with transverse play, whereby component and/or manufacturing tolerances can be compensated.

In der 10 ist eine weitere Nietverbindung gezeigt, in der der erster Fügepartner 1 mit Hilfe des Nietelements 7 mit dem zweiten Fügepartner 2 verbindbar ist. Analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird das Nietelement 7 in einem Setzprozess mit seinem Nietschaft 13 in Setzrichtung in den ersten Fügepartner 1 eingetrieben. Der zweite Fügepartner 2 wird dagegen unabhängig vom Setzprozess in einem separaten Montageprozess am Nietelement 7 befestigt. Hierzu ist das Nietelement 7 an seiner Oberseite mit einem Gewindebolzen 53 ausgebildet. Im Zusammenbauzustand ist der Gewindebolzen 53 durch ein Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 geführt. An der in der 10 aus dem Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 ragenden Gewindebolzenspitze kann eine Bundschraubmutter 57 aufgeschraubt werden, so dass der zweite Fügepartner 2 zwischen der Bundschraubmutter 57 und dem Nietkopf 9 verspannbar ist.In the 10 another rivet connection is shown in which the first joining partner 1 can be connected to the second joining partner 2 with the help of the rivet element 7. Analogous to the previous embodiments, the rivet element 7 is driven into the first joining partner 1 in a setting process with its rivet shaft 13 in the setting direction. The second joining partner 2, however, is fastened to the rivet element 7 independently of the setting process in a separate assembly process. For this purpose, the rivet element 7 is formed on its upper side with a threaded bolt 53. In the assembled state, the threaded bolt 53 is guided through a through hole 55 of the second joining partner 2. At the 10 A collar screw nut 57 can be screwed onto the threaded bolt tip protruding from the through hole 55 of the second joining partner 2, so that the second joining partner 2 can be clamped between the collar screw nut 57 and the rivet head 9.

Der zweite Fügepartner 2 ist in der 10 - analog zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel - in schwimmender Lagerung, zwischen dem Nietkopf 9 des Nietelements 7 und dem zweiten Fügepartner 2 geklemmt. Dadurch kann eine Schubspannung quer zur Setzrichtung, zum Beispiel hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Fügepartner 1, 2, durch eine Querbewegung des zweiten Fügepartners 2 reduziert oder abgebaut werden.The second joining partner 2 is in the 10 - analogous to the previous embodiment - in a floating position, clamped between the rivet head 9 of the rivet element 7 and the second joining partner 2. As a result, a shear stress transverse to the setting direction, for example caused by different thermal expansion of the joining partners 1, 2, can be reduced or eliminated by a transverse movement of the second joining partner 2.

Zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung ist zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner 2 ein Gleitelement 6 angeordnet, mittels dem ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner 2 herabsetzt. Das Gleitelement 6 ist beispielhaft eine Kunststoff-Unterlegscheibe, die am Gewindebolzen 53 des Nietelements 7 vormontierbar ist.To support the floating bearing, a sliding element 6 is arranged between the top of the rivet head and the second joining partner 2, by means of which a coefficient of friction between the top of the rivet head and the second joining partner 2 is reduced. The sliding element 6 is, for example, a plastic washer that can be pre-assembled on the threaded bolt 53 of the rivet element 7.

Zur weiteren Unterstützung der schwimmenden Lagerung ist außerdem zwischen dem zweiten Fügepartner 2 und der zugewandten Unterseite der Bundschraubmutter 57 ein Gleitelement 6 angeordnet, mittels dem ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner 2 herabsetzt. Das Gleitelement 6 ist beispielhaft eine auf die Unterseite der Bundschraubmutter 57 gespritzte Kunststoffbeschichtung oder eine fest montierte Kunststoffscheibe.To further support the floating bearing, a sliding element 6 is also arranged between the second joining partner 2 and the facing underside of the collar screw nut 57, by means of which a coefficient of friction between the rivet head top and the second joining partner 2 is reduced. The sliding element 6 is, for example, a plastic coating sprayed onto the underside of the collar screw nut 57 or a permanently mounted plastic disk.

Zudem weist der zweite Fügepartner 2 zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung ein Durchgangsvorloch 17 auf, durch das der Gewindebolzen 53 mit einem Lochspiel Δx geführt ist, so dass innerhalb des Lochspiels Δx die Ausgleichsbewegung B der zweiten Fügepartners 2 quer zur Setzrichtung ermöglicht ist.In addition, the second joining partner 2 has a through hole 17 to support the floating bearing, through which the threaded bolt 53 is guided with a hole clearance Δx, so that the compensating movement B of the second joining partner 2 transverse to the setting direction is possible within the hole clearance Δx.

In der 11 ist eine weitere Nietverbindung gezeigt, in der der erster Fügepartner 1 mit Hilfe des Nietelements 7 mit dem zweiten Fügepartner 2 verbindbar ist. Analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird das Nietelement 7 in einem Setzprozess mit seinem Nietschaft 13 in Setzrichtung in den ersten Fügepartner 1 eingetrieben. Der zweite Fügepartner 2 wird dagegen unabhängig vom Setzprozess in einem separaten Schweißprozess am Nietelement 7 befestigt. Hierzu ist der Nietkopf 9 des Nietelements 7 an seiner Oberseite mit einem Schweißbolzen 53 ausgebildet, der durch ein Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 führbar ist. An der in der 11 aus dem Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 ragenden Schweißbolzenspitze kann der als Blechbauteil gebildete dritte Fügepartner 3 mittels Widerstandspunktschweißen aufgeschweißt werden, so dass der zweite Fügepartner 2 mitsamt Kunststoff-Unterlegscheibe 6 zwischen dem dritten Fügepartner 3 und dem Nietkopf 9 verspannbar ist.In the 11 another rivet connection is shown in which the first joining partner 1 can be connected to the second joining partner 2 with the help of the rivet element 7. Analogous to the previous embodiments, the rivet element 7 is driven into the first joining partner 1 in a setting process with its rivet shaft 13 in the setting direction. The second joining partner 2, however, is fastened to the rivet element 7 independently of the setting process in a separate welding process. For this purpose, the rivet head 9 of the rivet element 7 is formed on its upper side with a welding bolt 53 which can be guided through a through hole 55 of the second joining partner 2. At the 11 The third joining partner 3, which is formed as a sheet metal component, can be welded onto the welding stud tip protruding from the through hole 55 of the second joining partner 2 by means of resistance spot welding, so that the second joining partner 2 together with the plastic washer 6 can be clamped between the third joining partner 3 and the rivet head 9.

Alternativ kann in der 12 an der aus dem Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 ragenden Schweißbolzenspitze eine Schweißkappe 56 mittels Widerstandspunktschweißen aufgeschweißt werden, so dass der zweite Fügepartner 2 zwischen der Schweißkappe 56 und dem Nietkopf 9 verspannt ist. Um eine schwimmende Lagerung zu gewährleisten, ist zwischen dem zweiten Fügepartner 2 und der Schweißkappe 57 ein weiteres Gleitelement 6 angeordnet, mittels dem ein Reibwert zwischen der Schweißkappe 57 und dem zweiten Fügepartner 2 herabsetzbar ist. Das weitere Gleitelement 6 ist in der 12 beispielhaft als ein auf die Unterseite der Schweißkappe 56 gespritzter Kunststoffbeschichtungsring oder als eine fest verbundene Gleitelementringscheibe ausgeführt.Alternatively, in the 12 a welding cap 56 is welded onto the welding stud tip protruding from the through hole 55 of the second joining partner 2 by means of resistance spot welding, so that the second joining partner 2 is clamped between the welding cap 56 and the rivet head 9. In order to ensure a floating bearing, a further sliding element 6 is arranged between the second joining partner 2 and the welding cap 57, by means of which a coefficient of friction between the welding cap 57 and the second joining partner 2 can be reduced. The further sliding element 6 is in the 12 For example, it is designed as a plastic coating ring sprayed onto the underside of the welding cap 56 or as a firmly connected sliding element ring disk.

In einer weiteren Ausführungsvariante kann das Gleitelement 6 als eine Folierung auf dem Nietkopf 9, dem Fügepartner 3 (in 11) und/oder der Bundschraubmutter 57 aufgebracht sein, die ggf. eine entsprechende Materialaussparung 58 für den Schweiß- oder Gewindebolzen 53 des Nietelements 7 aufweist.In a further embodiment, the sliding element 6 can be applied as a foil on the rivet head 9, the joining partner 3 (in 11 ) and/or the collar screw nut 57, which may have a corresponding material recess 58 for the welding or threaded bolt 53 of the rivet element 7.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
erster Fügepartnerfirst joining partner
22
zweiter Fügepartnersecond joining partner
33
dritter Fügepartnerthird joining partner
55
VorlochPre-hole
66
GleitelementSliding element
77
NietelementRivet element
55
sacklochartiges Vorloch im ersten Fügepartner 1blind hole-like pre-hole in the first joining partner 1
99
NietkopfRivet head
1313
NietschaftRivet shank
1414
InnenwölbungInner curvature
1515
SchneidkanteCutting edge
1717
DurchgangsvorlochThrough hole
2222
Vorloch-BodenPre-hole floor
2121
durchmessergroßer Einführabschnittlarge diameter insertion section
2323
RingschulterRing shoulder
2525
Vorloch-SenkungPre-hole countersinking
2727
NiederhalterHold-down clamp
2929
SetzkolbenSetting piston
3030
Ambossanvil
3131
AktivierungskonturActivation contour
3333
SpreizkegelExpansion cone
3535
RingkehleRing throat
3737
InneneckbereichInner corner area
3939
Vorloch-UmfangswandPre-hole perimeter wall
4141
Vorloch-ÖffnungsrandPre-hole opening edge
4343
fußseitiger Schaftabschnittfoot-side shaft section
45,4745.47
SchneidenflankenCutting edges
4949
kopfseitiger Schaftabschnitthead-side shaft section
5151
UmschlagkanteEnvelope edge
5353
Bolzenbolt
5555
DurchgangslochThrough hole
5656
Kopfelement bzw. SchweißkappeHead element or welding cap
5858
MaterialaussparungMaterial recess
5757
Clip-, Rast-, Schraub- oder SchweißelementClip, snap, screw or weld element
dAthere
Schaft-AußendurchmesserShaft outer diameter
dKdK
KopfdurchmesserHead diameter
dvdv
VorlochdurchmesserPre-hole diameter
ww
WandstärkeWall thickness
FF
SetzkraftSetting force
SS
SetzrichtungSetting direction
LL
Nietelement-LängsachseRivet element longitudinal axis
ββ
SchneidenwinkelCutting angle
γγ
KegelwinkelCone angle
tt
Vorloch-TiefePre-hole depth
ΔxΔx
LochspielMatch play

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102018122200 A1 [0005]DE 102018122200 A1 [0005]
  • WO 9535174 A1 [0005]WO 9535174 A1 [0005]
  • DE 102015014941 A1 [0005]DE 102015014941 A1 [0005]

Claims (20)

Nietverbindung mit zumindest zwei Fügepartnern (1, 2, 3), die im Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem ein Nietelement (7) mit seinem Nietschaft (13) in Setzrichtung durch den zumindest einen setzseitigen Fügepartner (2, 3) bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) eintreibbar ist, und zwar unter Aufspreizung des Nietschafts (13), so dass die Fügepartner (1, 2, 3), in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf (9) und einer Schaftspitze des Nietelements (7) geklemmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der setzseitige Fügepartner (2, 3) in schwimmender Lagerung zwischen dem Nietkopf (9) des Nietelements (7) und dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) geklemmt ist, so dass eine Bauteilspannung quer zur Setzrichtung, insbesondere hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Fügepartner (1, 2, 3), durch eine Querbewegung des setzseitigen Fügepartners (2, 3) reduzierbar oder abbaubar ist.Rivet connection with at least two joining partners (1, 2, 3) that can be connected to one another in the setting process, in which a rivet element (7) with its rivet shaft (13) can be driven in the setting direction through the at least one setting-side joining partner (2, 3) into the joining partner (1) facing away from the setting side, specifically by spreading the rivet shaft (13), so that the joining partners (1, 2, 3), viewed in the setting direction, are clamped under compressive stress between a rivet head (9) and a shaft tip of the rivet element (7), characterized in that the setting-side joining partner (2, 3) is clamped in a floating position between the rivet head (9) of the rivet element (7) and the joining partner (1) facing away from the setting side, so that a component stress transverse to the setting direction, in particular caused by different thermal expansion the joining partner (1, 2, 3) can be reduced or removed by a transverse movement of the setting-side joining partner (2, 3). Nietverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem setzseitigen Fügepartner (2, 3) ein Gleitelement (6), insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet ist, mittels dem ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem setzseitigen Fügepartner (2, 3) herabsetzbar ist.Rivet connection according to Claim 1 , characterized in that to support the floating bearing between the underside of the rivet head and the joining partner on the setting side (2, 3) a sliding element (6), in particular a plastic intermediate layer, is arranged, by means of which a friction value between the underside of the rivet head and the joining partner on the setting side (2, 3) can be reduced. Nietverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (6) als eine Unterlegscheibe am Nietelement (7) vormontierbar ist, oder dass das Gleitelement (6) als eine auf die Nietkopf-Unterseite angespritzte Kunststoffbeschichtung ausgebildet ist.Rivet connection according to Claim 2 , characterized in that the sliding element (6) can be pre-assembled as a washer on the rivet element (7), or that the sliding element (6) is designed as a plastic coating injection-molded onto the underside of the rivet head. Nietverbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der setzseitige Fügepartner (2, 3) ein Kunststoffbauteil und/oder der von der Setzseite abgewandte Fügepartner (1) ein Metallbauteil ist, das im Vergleich zum Kunststoffbauteil eine sehr ausgeprägte Wärmeausdehnung aufweist.Rivet connection according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the joining partner (2, 3) on the setting side is a plastic component and/or the joining partner (1) facing away from the setting side is a metal component which has a very pronounced thermal expansion compared to the plastic component. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der setzseitige Fügepartner (2, 3) ein Durchgangsvorloch (17) aufweist, durch das das Nietelement (7) in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) eintreibbar ist, und dass insbesondere zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung des setzseitigen Fügepartners (2, 3) der Nietschaft (13) mit Lochspiel (Δx) durch das Durchgangsvorloch (17) des setzseitigen Fügepartners (2, 3) geführt ist, so dass insbesondere innerhalb des Lochspiels (Δx) eine Ausgleichsbewegung des setzseitigen Fügepartners (2, 3) quer zur Setzrichtung ermöglicht ist.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that the setting-side joining partner (2, 3) has a through-hole (17) through which the rivet element (7) can be driven into the joining partner (1) facing away from the setting side, and that in particular to support the floating mounting of the setting-side joining partner (2, 3) the rivet shaft (13) is guided with hole clearance (Δx) through the through-hole (17) of the setting-side joining partner (2, 3), so that a compensating movement of the setting-side joining partner (2, 3) transverse to the setting direction is possible, in particular within the hole clearance (Δx). Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Setzseite abgewandte Fügepartner (1) ein Metalldruckgussbauteil, insbesondere Aluminiumdruckguss, ist, das nicht nur eine sehr ausgeprägte Wärmeausdehnung aufweist, sondern auch eine im Vergleich zu einem Metallblechteil geringe Duktilität aufweist, und dass insbesondere im Metalldruckgussbauteil aufgrund der geringen Duktilität die Gefahr von Kerbbildung besteht, die zu einem frühzeitigen Bauteilriss oder -bruch führen kann.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that the joining partner (1) facing away from the setting side is a die-cast metal component, in particular die-cast aluminum, which not only has a very pronounced thermal expansion, but also has a low ductility compared to a sheet metal part, and that in particular in the die-cast metal component, due to the low ductility, there is a risk of notch formation, which can lead to premature component cracking or breakage. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietschaft (13) als ein bistabiler Federabschnitt ausgebildet ist, der zwei Gleichgewichtszustände aufweist, nämlich den querschnittsreduzierten unverformten Zustand und den ausgeweiteten Spreizzustand, und dass durch Einwirken der Setzkraft (F) das Nietelement (7) vom unverformten Zustand in den Spreizzustand umschlägt, in dem der Nietschaft (13) mit ausgeweitetem Querschnitt im von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) verspreizt ist, und zwar insbesondere ohne dass im Nietelement (7) beim Umschlagen in den Spreizzustand eine Rückfederkraft aufgebaut ist, die das Nietelement (7) in Richtung unverformtem Zustand vorspannt.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that the rivet shaft (13) is designed as a bistable spring section which has two equilibrium states, namely the undeformed state with a reduced cross-section and the expanded spread state, and that through the action of the setting force (F) the rivet element (7) changes from the undeformed state to the spread state in which the rivet shaft (13) with the expanded cross-section is spread in the joining partner (1) facing away from the setting side, in particular without a spring-back force being built up in the rivet element (7) when changing to the spread state, which prestresses the rivet element (7) in the direction of the undeformed state. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Setzseite abgewandte Fügepartner (1) im unverformten Zustand an der herzustellenden Fügestelle ein insbesondere sacklochartiges Vorloch (6) aufweist, und dass im Spreizzustand ein fußseitiger Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (13) mit seiner Schneidkante (15) an einer Vorloch-Umfangswand (39) in das Material des ersten Fügepartners (1) eingetrieben ist.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that the joining partner (1) facing away from the setting side has, in the undeformed state, a pre-hole (6), in particular a blind hole-like pre-hole, at the joint to be produced, and that in the expanded state a foot-side shaft section (43) of the rivet shaft (13) is driven with its cutting edge (15) into the material of the first joining partner (1) on a pre-hole peripheral wall (39). Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nietelement (7) mit Bezug auf eine Nietelement-Längsachse (L) rotationssymmetrisch ausgebildet ist, und/oder dass das Nietelement (7) einen ausgeweiteten Nietkopf (9) aufweist, der in Achsrichtung in den Nietschaft (13) übergeht, der an der Schaftspitze mit der bevorzugt ringförmig umlaufenden Schneidkante (15) abschließt und/oder eine an der Nietschaftspitze offene Innenwölbung (14) begrenzt.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that the rivet element (7) is rotationally symmetrical with respect to a rivet element longitudinal axis (L), and/or that the rivet element (7) has an expanded rivet head (9) which merges in the axial direction into the rivet shaft (13), which terminates at the shaft tip with the preferably annular circumferential cutting edge (15) and/or delimits an inner curvature (14) which is open at the rivet shaft tip. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Setzprozess ein fußseitiger Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (13) entgegen der Setzrichtung (S) umschlägt, so dass insbesondere ein radial innerer kopfseitiger Schaftabschnitt (49) an einer nietkopffernen Umschlagkante (51) in den in Richtung Nietkopf (9) ragenden radial äußeren fußseitigen Schaftabschnitt (43) übergeht, der den kopfseitigen Schaftabschnitt (49) tellerförmig umzieht, und dass insbesondere lediglich der umgeschlagene fußseitige Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (13) mit seiner Schneidkante (15) an der Vorloch-Umfangswand (39) in das Material des ersten Fügepartners (1) eindringt, während bevorzugt der kopfseitige Schaftabschnitt (49) und/oder die Umschlagkante (51) ohne Materialeingriff mit dem Material des ersten Fügepartners (1) verbleiben.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that in the setting process a foot-side shaft section (43) of the rivet shaft (13) turns over against the setting direction (S), so that in particular a radially inner head-side shaft section (49) on a turning edge (51) remote from the rivet head turns over in the direction of the rivet head (9) protruding radially outer foot-side shaft section (43) which surrounds the head-side shaft section (49) in a plate-like manner, and in particular that only the folded-over foot-side shaft section (43) of the rivet shaft (13) penetrates into the material of the first joining partner (1) with its cutting edge (15) on the pre-hole peripheral wall (39), while preferably the head-side shaft section (49) and/or the folded-over edge (51) remain without material engagement with the material of the first joining partner (1). Nietverbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorloch (6) des von der Setzseite abgewandten Fügepartners (1) eine Aktivierungskontur (31) ausgebildet ist, die im Setzprozess ein Umschlagen des Nietelements (7) vom unverformten Zustand in den Spreizzustand steuert.Riveted joint according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that an activation contour (31) is formed in the pre-hole (6) of the joining partner (1) facing away from the setting side, which activation contour controls a change of the rivet element (7) from the undeformed state to the expanded state during the setting process. Nietverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungskontur (31) einen vom Vorloch-Boden des von der Setzseite abgewandten Fügepartners (1) vorragenden Spreizkegel (33) aufweist, und dass insbesondere die Aktivierungskontur (31) eine im Vorloch-Boden ausgebildete Ringkehle (35) aufweist, die den Spreizkegel (33) an seinem Kegelfuß umzieht, und dass insbesondere die Ringkehle (35) radial nach außen an einem insbesondere gerundeten Inneneckbereich (37) in die Vorloch-Umfangswand (39) übergeht.Rivet connection according to Claim 11 , characterized in that the activation contour (31) has an expansion cone (33) protruding from the pre-hole bottom of the joining partner (1) facing away from the setting side, and in particular that the activation contour (31) has an annular groove (35) formed in the pre-hole bottom, which surrounds the expansion cone (33) at its conical foot, and in particular that the annular groove (35) merges radially outwards into the pre-hole peripheral wall (39) at a particularly rounded inner corner region (37). Nietverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Setzprozesses das Nietelement (7) mit seiner Schneidkante (15) auf der Kegelmantelfläche des Spreizkegels (33) sitzt und anschließend entlang der Kegelmantelfläche in Richtung Ringkehle (35) gleitet, so dass sich der fußseitige Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (13) unter Materialverdünnung vorspreizt, und dass insbesondere im weiteren Verlauf des Setzprozesses der materialverdünnte fußseitige Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (11) vom Spreizkegel (33) in die Ringkehle (35) führbar ist, so dass durch Einwirken der Setzkraft (F) das Nietelement (7) in den Spreizzustand umschlägt, in dem die fußseitige Schneidkante (15) des Nietelements (7) an der Vorloch-Umfangswand (39) in das Material des ersten Fügepartners (1) eingetrieben ist.Rivet connection according to Claim 12 , characterized in that at the beginning of the setting process the rivet element (7) sits with its cutting edge (15) on the conical surface of the expansion cone (33) and then slides along the conical surface in the direction of the annular groove (35) so that the base-side shaft section (43) of the rivet shaft (13) expands while thinning the material, and that in particular in the further course of the setting process the material-thinned base-side shaft section (43) of the rivet shaft (11) can be guided from the expansion cone (33) into the annular groove (35) so that the rivet element (7) changes into the expanded state due to the action of the setting force (F), in which the base-side cutting edge (15) of the rivet element (7) is driven into the material of the first joining partner (1) on the pre-hole peripheral wall (39). Nietverbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im unverformten Zustand des Nietelements (7) am Nietschaft (13) zwei Schneidflanken (45, 47) unter Bildung der Schneidkante (15) zusammenlaufen, und dass eine der Schneidkanten (45) mit einer zur Nietelement-Längsachse (L) rechtwinkligen Ebene einen Schneidenwinkel (β) aufspannt, und dass der Schneidenwinkel (α) einem Kegelwinkel (γ) entspricht, der zwischen der Kegelmantelfläche und der rechtwinkligen Ebene aufgespannt ist.Rivet connection according to Claim 13 , characterized in that in the undeformed state of the rivet element (7) on the rivet shaft (13) two cutting flanks (45, 47) converge to form the cutting edge (15), and that one of the cutting edges (45) spans a cutting angle (β) with a plane perpendicular to the rivet element longitudinal axis (L), and that the cutting angle (α) corresponds to a cone angle (γ) which is spanned between the conical surface and the perpendicular plane. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorloch-Umfangswand (39) an einem Vorloch-Öffnungsrand (41) in eine Oberfläche des von der Setzseite abgewandten Fügepartners (1) übergeht, und dass insbesondere die Vorloch-Umfangswand (39) sich vom Vorloch-Inneneckbereich (37) bis in Richtung Vorloch-Öffnungsrand (41) konisch ausweitet oder zwischen dem Vorloch-Inneneckbereich (37) und dem Vorloch-Öffnungsrand (41) zylinderförmig verläuft.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that the pilot hole peripheral wall (39) merges at a pilot hole opening edge (41) into a surface of the joining partner (1) facing away from the setting side, and in particular that the pilot hole peripheral wall (39) widens conically from the pilot hole inner corner region (37) towards the pilot hole opening edge (41) or runs cylindrically between the pilot hole inner corner region (37) and the pilot hole opening edge (41). Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorloch-Durchmesser (dv) größer bemessen ist als der Nietschaft-Außendurchmesser (dA), so dass das Nietelement (1) mit Lochspiel in dem Bauteil-Vorloch (6) vorpositionierbar ist.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that the pilot hole diameter (dv) is larger than the rivet shaft outer diameter (d A ), so that the rivet element (1) can be pre-positioned with hole play in the component pilot hole (6). Nietverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Aktivierungskontur (31) das Vorloch (6) des ersten Fügepartners (1) einen durchmessergroßen Einführabschnitt (21) aufweist, der an einer umlaufenden Ringschulter (23) stufenartig in eine durchmesserkleine Vorloch-Senkung (25) übergeht, und dass insbesondere die Schneidkante (15) des noch unverformten Nietelements (7) auf einem Durchmesser (d1) liegt, der größer als der Innendurchmesser (d2) der Ringschulter (23) ist, so dass in Vorbereitung auf den Setzprozess das Nietelement (7) mit seiner Schneidkante (15) auf der Ringschulter (23) des Bauteil-Vorloches (6) positionierbar ist.Rivet connection according to Claim 11 , characterized in that , in order to form the activation contour (31), the pre-hole (6) of the first joining partner (1) has a large-diameter insertion section (21) which, on a circumferential annular shoulder (23), gradually transitions into a small-diameter pre-hole countersink (25), and in that in particular the cutting edge (15) of the still undeformed rivet element (7) lies on a diameter (d 1 ) which is larger than the inner diameter (d 2 ) of the annular shoulder (23), so that in preparation for the setting process the rivet element (7) can be positioned with its cutting edge (15) on the annular shoulder (23) of the component pre-hole (6). Nietverbindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Setzhub das Nietelement (7) bis zu einem Totpunkt (T) in das Bauteil-Vorloch (6) eintreibbar ist, und dass im Totpunkt (T) das Nietelement (7) mit seiner Schneidkante (15) bis Erreichen eines maximalen Durchmessers (dmax) nach radial außen aufgeweitet ist, und dass der Setzhub mit einem Übertotpunkt-Hubweg (s) verlängert ist, mit dem der Nietschaft (13) in die Vorloch-Senkung (25) eintreibbar ist, so dass eine Überspreizung des fußseitigen Schaftabschnittes (43) erfolgt, ei der dieser in den Spreizzustand umschlägt.Rivet connection according to Claim 17 , characterized in that during a setting stroke the rivet element (7) can be driven into the component pilot hole (6) up to a dead center (T), and that at the dead center (T) the rivet element (7) is expanded radially outwards with its cutting edge (15) until a maximum diameter (d max ) is reached, and that the setting stroke is extended by an over-dead center stroke (s) with which the rivet shaft (13) can be driven into the pilot hole countersink (25), so that an over-expansion of the base-side shaft section (43) takes place, during which it changes over to the expanded state. Nietverbindung, in der in einem Setzprozess ein Nietelement (7) mit seinem Nietschaft (13) in Setzrichtung in zumindest einen Fügepartner (1) eintreibbar ist, und zwar unter Aufspreizung des Nietschafts (11), wobei der Nietfuß (11) im noch unverformten Zustand querschnittsreduziert ist und im eingetriebenen Zustand einen ausgeweiteten Querschnitt aufweist, wobei an einer Oberseite eines Nietkopfes (9) des Nietelements (7) ein Bolzen (53) zur Anbindung eines zweiten Fügepartners (2), insbesondere ein Gewindebolzen oder ein Schweißbolzen, ausgebildet ist, wobei im Zusammenbauzustand der Bolzen (53) durch ein Durchgangsloch (55) des zweiten Fügepartners (2) geführt ist, und wobei auf der aus dem Durchgangsloch (55) des zweiten Fügepartners (2) ragenden Bolzenspitze ein weiteres Element (3, 56, 57) befestigt ist, so dass der zweite Fügepartner (2) zwischen dem weiteren Element (3, 56, 57) und dem Nietkopf (9) verspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fügepartner (2) in schwimmender Lagerung, insbesondere entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, zwischen dem Nietkopf (9) des Nietelements (7) und dem weiteren Element (3, 56, 57) geklemmt ist, so dass eine Bauteilspannung quer zur Setzrichtung, insbesondere hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Fügepartner (1, 2), durch eine Querbewegung des zweiten Fügepartners (2) reduzierbar oder abbaubar ist, und dass insbesondere zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner (2, 3) ein Gleitelement (6), insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet ist, und/oder dass zur Unterstützung der schwimmenden Lagerung zwischen dem zweiten Fügepartner (2, 3) und dem weiteren Element (3, 56, 57) ein Gleitelement (6), insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet ist.Riveted connection, in which a rivet element (7) with its rivet shaft (13) can be driven into at least one joining partner (1) in a setting process, namely by spreading the rivet shaft (11), wherein the rivet foot (11) has a reduced cross-section in the still undeformed state and has an expanded cross-section in the driven-in state, wherein a bolt is provided on an upper side of a rivet head (9) of the rivet element (7). zen (53) for connecting a second joining partner (2), in particular a threaded bolt or a welding bolt, wherein in the assembled state the bolt (53) is guided through a through hole (55) of the second joining partner (2), and wherein a further element (3, 56, 57) is fastened to the bolt tip protruding from the through hole (55) of the second joining partner (2), so that the second joining partner (2) can be clamped between the further element (3, 56, 57) and the rivet head (9), characterized in that the second joining partner (2) is clamped in a floating bearing, in particular according to one of the preceding claims, between the rivet head (9) of the rivet element (7) and the further element (3, 56, 57), so that a component tension transverse to the setting direction, in particular caused by different thermal expansion of the joining partners (1, 2), by a transverse movement of the second joining partner (2) can be reduced or eliminated, and that a sliding element (6), in particular a plastic intermediate layer, is arranged between the rivet head top side and the second joining partner (2, 3) in particular to support the floating support, and/or that a sliding element (6), in particular a plastic intermediate layer, is arranged between the second joining partner (2, 3) and the further element (3, 56, 57) in particular to support the floating support. Nietelement für eine Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Rivet element for a riveted connection according to one of the preceding claims.
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