DE102022126974A1 - Rivet connection - Google Patents
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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
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.
- 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
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
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
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 Ansichten einer Nietverbindung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;bis 5 -
6 Ansichten einer Nietverbindung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; undbis 9 -
10 bis 12 Ansichten einer Nietverbindung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
-
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
In der, in der
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
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
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
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
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
Auf diese Weise kann bei einer Wärmebeanspruchung ein Spannungsausgleich zwischen den Fügepartnern 1, 2, 3 erfolgen.In this way, stress compensation between the joining
Im Setzprozess (
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
Gemäß der 1 ist das Nietelement 7 inein 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.
- According to the
1 therivet element 7 is driven into apre-hole 5 of the first joiningpartner 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 (
Gemäß der
Wie aus der
Nachfolgend wird anhand der
In der
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
Der Nietschaft 11 wirkt somit wie ein bistabiler Federabschnitt, der im Setzprozess in den ausgeweiteten Spreizzustand umschlägt. Der Spreizzustand (
Gemäß den
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
In den
Nachfolgend werden anhand der
Das Umschlagen des als bistabiler Federabschnitt wirkenden Nietschafts 13 wird mittels einer Aktivierungskontur 31 (
Der Setzvorgang wird mit einem Setzgerät durchgeführt, das in den
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 (
Der Setzhub ist erfindungsgemäß über den Totpunkt T hinaus mit einer Übertotpunkt-Hubweg s (
Wie aus der
In der
Der zweite Fügepartner 2 ist in der
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
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
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
In der
Alternativ kann in der
In einer weiteren Ausführungsvariante kann das Gleitelement 6 als eine Folierung auf dem Nietkopf 9, dem Fügepartner 3 (in
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]
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995035174A1 (en) | 1994-06-22 | 1995-12-28 | Ariel Industries Plc | Improved means of fastening sheets by rivetting |
DE10015239A1 (en) | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Profil Verbindungstechnik Gmbh | Functional element arrangement, functional element, auxiliary joining part, assembly part and method for producing an assembly part |
DE102012204131A1 (en) | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Punch rivet and method for joining joining partners by means of a punch rivet |
DE102015114965A1 (en) | 2014-09-25 | 2016-03-31 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Apparatus and method for reducing the corrosion of joint components |
DE102015014941A1 (en) | 2015-11-18 | 2017-05-18 | Audi Ag | Method for producing a connection between a functional element and a plate-shaped component and device for carrying out the method |
DE102018122200A1 (en) | 2018-09-12 | 2020-03-12 | AM Metals GmbH | Joint connection and method for producing a joint connection |
DE102021107789A1 (en) | 2021-03-29 | 2022-09-29 | Audi Aktiengesellschaft | punch rivet connection |
DE102021115577B3 (en) | 2021-06-16 | 2022-12-01 | Audi Aktiengesellschaft | rivet connection |
DE102021122064A1 (en) | 2021-08-26 | 2023-03-02 | Audi Planung GmbH | rivet connection |
-
2022
- 2022-10-14 DE DE102022126974.4A patent/DE102022126974A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995035174A1 (en) | 1994-06-22 | 1995-12-28 | Ariel Industries Plc | Improved means of fastening sheets by rivetting |
DE10015239A1 (en) | 2000-03-27 | 2001-10-04 | Profil Verbindungstechnik Gmbh | Functional element arrangement, functional element, auxiliary joining part, assembly part and method for producing an assembly part |
DE102012204131A1 (en) | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Punch rivet and method for joining joining partners by means of a punch rivet |
DE102015114965A1 (en) | 2014-09-25 | 2016-03-31 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Apparatus and method for reducing the corrosion of joint components |
DE102015014941A1 (en) | 2015-11-18 | 2017-05-18 | Audi Ag | Method for producing a connection between a functional element and a plate-shaped component and device for carrying out the method |
DE102018122200A1 (en) | 2018-09-12 | 2020-03-12 | AM Metals GmbH | Joint connection and method for producing a joint connection |
DE102021107789A1 (en) | 2021-03-29 | 2022-09-29 | Audi Aktiengesellschaft | punch rivet connection |
DE102021115577B3 (en) | 2021-06-16 | 2022-12-01 | Audi Aktiengesellschaft | rivet connection |
DE102021122064A1 (en) | 2021-08-26 | 2023-03-02 | Audi Planung GmbH | rivet connection |
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