DE102022127385B3 - Rivet connection - Google Patents

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Jan-Oliver Brassel
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung mit zumindest zwei Fügepartnern (1, 2), die in einem Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem ein Nietelement (7) mit seinem Nietschaft (13) in Setzrichtung durch den zumindest einen setzseitigen Fügepartner (2) bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) eintreibbar ist, und zwar unter Aufspreizung des Nietschafts (13), so dass die Fügepartner (1, 2), in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf (9) und einer Schaftspitze des Nietelements (7) geklemmt sind. Erfindungsgemäß ist zur Vermeidung von Kontaktkorrosion der setzseitige Fügepartner (2) kontaktfrei, das heißt elektrisch isolierend gegenüber dem Nietelement (7) und gegenüber dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) angeordnet.The invention relates to a rivet connection with at least two joining partners (1, 2), which can be connected to one another in a setting process, in which a rivet element (7) with its rivet shank (13) passes in the setting direction through the at least one setting-side joining partner (2) into the The joining partner (1) facing away from the setting side can be driven in, namely by spreading the rivet shaft (13), so that the joining partners (1, 2), viewed in the setting direction, are under compressive stress between a rivet head (9) and a shaft tip of the rivet element (7 ) are clamped. According to the invention, in order to avoid contact corrosion, the joining partner (2) on the setting side is arranged in a contact-free manner, i.e. in an electrically insulating manner relative to the rivet element (7) and relative to 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.

Der Einsatz von CFK-Mischbau, bestehend aus einem Kohlefaserverbundbauteil und einem Aluminiumdruckgussbauteil, bietet speziell im Fahrzeugbau die folgenden Vorteile: So handelt es sich bei beiden Werkstoffen um Leichtbauwerkstoffe. Zudem weist das Kohlefaserverbundbauteil eine sehr hohe Bauteilsteifigkeit auf, was Vorteile im Hinblick auf die Crashsicherheit bietet. Außerdem lässt sich das Aluminiumdruckgussbauteil im Gießverfahren mit äußerst geringer Bauteil- und Fertigungstoleranz sowie mit hoher Wiederholgenauigkeit herstellen. Von daher können im CFK-Mischbau die unterschiedlichen Eigenschaften des Kohlefaserverbundbauteils und des Aluminiumdruckgussbauteils im Hinblick auf die Anforderungen im Fahrzeugbau ideal kombiniert werden.The use of CFRP mixed construction, consisting of a carbon fiber composite component and an aluminum die-cast component, offers the following advantages, especially in vehicle construction: Both materials are lightweight materials. In addition, the carbon fiber composite component has a very high component rigidity, which offers advantages in terms of crash safety. In addition, the aluminum die-cast component can be produced using the casting process with extremely low component and manufacturing tolerances and with high repeat accuracy. Therefore, in CFRP mixed construction, the different properties of the carbon fiber composite component and the aluminum die-cast component can be ideally combined with regard to the requirements in vehicle construction.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Nietelement-Setzprozess, in dem das Kohlefaserverbundbauteil und das Aluminiumdruckgussbauteil miteinander verbindbar sind. Im Setzprozess wird ein Nietelement unter Aufspreizung seines Nietschafts in Setzrichtung durch das Kohlefaserverbundbauteil (das heißt der setzseitige Fügepartner) bis in das Aluminiumdruckgussbauteil (das heißt der von der Setzseite abgewandte Fügepartner) eingetrieben. Nach erfolgtem Setzprozess sind die Fügepartner, in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf und einer Schaftspitze des Nietelements geklemmt.The starting point of the invention is a rivet element setting process in which the carbon fiber composite component and the aluminum die-cast component can be connected to one another. In the setting process, a rivet element is driven through the carbon fiber composite component (i.e. the joining partner on the setting side) into the die-cast aluminum component (i.e. the joining partner facing away from the setting side) by spreading its rivet shank in the setting direction. After the setting process has taken place, the joining partners, viewed in the setting direction, are clamped under compressive tension between a rivet head and a shaft tip of the rivet element.

In einem konventionellen Setzprozess wird das Nietelement mit einer hohen Setzkraft (von zum Beispiel 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.In a conventional setting process, the rivet element is driven in with a high setting force (for example 50 kN), whereby the tip of the rivet foot expands radially outwards over an expansion path. This creates an undercut between the rivet head and the expanded rivet base tip, which is filled with component material. The tip of the rivet base is framed in a form-fitting manner by the component material. In this way, a relative movement, for example caused by springing back of the rivet foot after spreading, is prevented because this would require a deformation of the component.

Speziell bei der oben beschriebenen Nietverbindung aus Kohlefaserverbundbauteil und Aluminiumdruckgussbauteil ergibt sich die folgende Problematik:

  • Erstens weist das Aluminiumdruckgussbauteil im Vergleich zu einem herkömmlichen Aluminiumblech eine sehr geringe Duktilität auf. Bei Verwendung eines Aluminiumdruckgussbauteil 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 dem Aluminiumdruckgussbauteil aufgrund der geringen Duktilität die Gefahr von Kerbbildung, die zu einem frühzeitigen Bauteilriss oder-bruch führen kann.
The following problem arises particularly with the rivet connection described above between a carbon fiber composite component and a die-cast aluminum component:
  • Firstly, the aluminum die-cast component has very low ductility compared to a conventional aluminum sheet. When using an aluminum die-cast component as a joining partner facing away from the setting side, the form-fitting gripping of the rivet base tip described above is only possible to a limited extent - due to the low ductility - so that the rivet base can spring back (after spreading) after the setting process. Therefore, the rivet element is not sufficiently secured against loosening. In addition, due to the low ductility of the aluminum die-cast component, there is a risk of notch formation, which can lead to premature component cracking or breakage.

Zweitens weist das Aluminiumdruckgussbauteil im Vergleich zum Kohlefaserverbundbauteil eine sehr ausgeprägte Wärmeausdehnung auf, während das Kohlefaserverbundbauteil nahezu keiner Wärmeausdehnung unterliegt. Eine Fügepartner-Kombination aus Aluminiumdruckgussbauteil und Kohlefaserverbundbauteil ist daher anfällig für quer zur Setzrichtung ausgerichtete Bauteilspannungen, die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen hervorgerufen werden. Aufgrund der im Stand der Technik üblichen hohen Setzkraft (von zum Beispiel 50 kN) wird jedoch eine derart hohe Verbindungsfestigkeit erzielt, die keine Relativbewegung innerhalb der Nietverbindung zulässt, um einen Spannungsausgleich zu ermöglichen.Secondly, the aluminum die-cast component has a very pronounced thermal expansion compared to the carbon fiber composite component, while the carbon fiber composite component is subject to almost no thermal expansion. A joining partner combination of aluminum die-cast component and carbon fiber composite component is therefore susceptible to component stresses aligned transversely to the setting direction, which are caused by the different thermal expansions. However, due to the high setting force usual in the prior art (for example 50 kN), such a high connection strength is achieved that does not allow any relative movement within the riveted connection in order to enable tension compensation.

Drittens weisen das Aluminiumdruckgussbauteil und das Kohlefaserverbundbauteil in der elektrochemischen Spannungsreihe eine sehr hohe Potentialdifferenz auf, so dass die Gefahr von Kontaktkorrosion besteht.Thirdly, the aluminum die-cast component and the carbon fiber composite component have a very high potential difference in the electrochemical voltage series, so that there is a risk of contact corrosion.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten CFK-Mischbau-Verbindungen wird die Kontaktkorrosion wie folgt unterbunden: So kann das Kohlefaserverbundbauteil beispielhaft mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, etwa einem Lack, überzogen sein. Auf diese Weise ist ein unmittelbarer Kontakt zwischen den Kohlefasern im Kohlefaserverbundbauteil und dem Hilfsfügeelement (das heißt Schraube oder Nietelement) oder dem Aluminiumdruckgussbauteil verhindert.In CFRP mixed construction connections known from the prior art, contact corrosion is prevented as follows: For example, the carbon fiber composite component can be covered with an electrically insulating coating, such as a paint. In this way, direct contact between the carbon fibers in the carbon fiber composite component and the auxiliary joining element (i.e. screw or rivet element) or the aluminum die-cast component is prevented.

Alternativ dazu kann das Kohlefaserverbundbauteil ein Glasfaser-Einlegerteil aufweisen. Das Glasfaser-Einlegerteil kann die mit dem Aluminiumdruckgussteil und dem Hilfsfügeelement in Kontakt befindlichen Anbindungsstellen ausbilden, so dass ein direkter Kontakt der Kohlefasern mit angrenzendem Metall unterbunden ist. Die obigen beiden Lösungsmöglichkeiten sind jedoch mit hohem Fertigungsaufwand verbunden.Alternatively, the carbon fiber composite component can have a glass fiber insert part. The glass fiber insert part can form the connection points that are in contact with the aluminum die-cast part and the auxiliary joining element, so that direct contact of the carbon fibers with adjacent metal is prevented. However, the above two possible solutions involve a lot of manufacturing effort.

Aus der DE 10 2012 204 131 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Fügen von Fügepartnern durch einen Stanzniet bekannt. Aus der DE 100 15 239 A1 ist eine Funktionselementanordnung bekannt. Aus der DE 10 2012 015 183 A1 ist eine Fügeverbindung zwischen zwei Bauteilen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Fügeverbindung bekannt. 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 DE 10 2012 204 131 A1 a generic method for joining joining partners using a punch rivet is known. From the DE 100 15 239 A1 a functional element arrangement is known. From the DE 10 2012 015 183 A1 a joint connection between two components and a method for producing such a joint connection are known. From the DE 10 2018 122 200 A1 a joint connection is known. From the WO 95/35174 A1 a punch riveting process is known. From the DE 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, in der im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise eine Kontaktkorrosion zwischen den Fügepartnern der Nietverbindung unterbunden ist, insbesondere in einer Nietverbindung aus einem Metalldruckgussteil, speziell Aluminiumdruckgussbauteil, und aus einem Kohlefaserverbundbauteil.The object of the invention is to provide a rivet connection in which, compared to the prior art, contact corrosion between the joining partners of the rivet connection is prevented in a simple manner, in particular in a rivet connection made of a metal die-cast part, especially aluminum die-cast component, and a carbon fiber composite component.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 19 oder 20 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The task 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. Erfindungsgemäß ist zur Vermeidung von Kontaktkorrosion der setzseitige Fügepartner kontaktfrei, das heißt elektrisch isolierend gegenüber dem Nietelement und gegenüber dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner angeordnet. Die Kontaktkorrosion ist speziell bei einem CFK-Mischbau aus Aluminiumdruckgussbauteil und Kohlefaserverbundbauteil problematisch, da Aluminium und Kohlefasern in der elektrochemischen Spannungsreihe eine sehr hohe Potentialdifferenz aufweisen und daher bei dieser Werkstoffauswahl das Aluminiumdruckgussbauteil äußerst anfällig für Kontaktkorrosion ist.The invention is based on a rivet connection with at least two joining partners, which can be connected to one another in the setting process. In the setting process, a rivet element with its rivet shank 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, thereby spreading the rivet shank. 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 invention, in order to avoid contact corrosion, the joining partner on the setting side is arranged in a contact-free manner, that is to say is arranged in an electrically insulating manner relative to the rivet element and relative to the joining partner facing away from the setting side. Contact corrosion is particularly problematic in a CFRP hybrid construction consisting of an aluminum die-cast component and a carbon fiber composite component, since aluminum and carbon fibers have a very high potential difference in the electrochemical voltage series and therefore, with this choice of material, the aluminum die-cast component is extremely susceptible to contact corrosion.

Ein solche kontaktfreie Anordnung kann bevorzugt mittels einer Isolierlage, insbesondere einer Kunststoff-Zwischenlage, bereitgestellt werden, die zwischen dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner und dem setzseitigen Fügepartner angeordnet ist. In gleicher Weise kann auch zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem setzseitigen Fügepartner eine solche Isolierlage angeordnet sein.Such a contact-free arrangement can preferably be provided by means of an insulating layer, in particular a plastic intermediate layer, which is arranged between the joining partner facing away from the setting side and the joining partner on the setting side. In the same way, such an insulating layer can also be arranged between the underside of the rivet head and the joining partner on the setting side.

Der setzseitige Fügepartner kann ein Durchgangsvorloch aufweisen. Im Setzprozess wird das Nietelement durch das Durchgangsvorloch ist in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner eingetrieben. Auf diese Weise kann im setzseitigen Fügepartner ein Spannungsaufbau quer zur Setzrichtung reduziert werden oder gänzlich wegfallen. Für einen kontaktfreien Durchgang des setzseitigen Fügepartners ist der Nietschaft bevorzugt mit ausreichend großem Lochspiel durch das Durchgangsvorloch des setzseitigen Fügepartners geführt. Innerhalb des Lochspiels ist zudem eine später beschriebene Ausgleichsbewegung des setzseitigen Fügepartners quer zur Setzrichtung ermöglicht, um Bauteilspannungen herabzusetzen.The joining partner on the setting side can have a through hole. During the setting process, the rivet element is driven through the through hole into the joining partner facing away from the setting side. In this way, a build-up of tension transverse to the setting direction in the setting-side joining partner can be reduced or eliminated completely. For a contact-free passage of the joining partner on the setting side, the rivet shank is preferably guided through the pre-hole of the joining partner on the setting side with sufficiently large hole play. Within the hole clearance, a later-described compensating movement of the setting-side joining partner transverse to the setting direction is also possible in order to reduce component stresses.

Wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben ist, ergeben sich speziell durch den Einsatz von CFK-Mischbau, bestehend aus einem Kohlefaserverbundbauteil und einem Aluminiumdruckgussbauteil, im Fahrzeugbau beträchtliche Vorteile. Problematisch bei dieser Art von Werkstoffauswahl ist jedoch folgendes: Zum einen weist das Aluminiumdruckgussbauteil im Vergleich zu einem herkömmlichen Aluminiumblech eine sehr geringe Duktilität auf. Bei Verwendung eines Aluminiumdruckgussbauteil 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 dem Aluminiumdruckgussbauteil aufgrund der geringen Duktilität die Gefahr von Kerbbildung, die zu einem frühzeitigen Bauteilriss oder -bruch führen kann.As described in the introduction to the description, there are considerable advantages in vehicle construction, especially through the use of CFRP composite construction, consisting of a carbon fiber composite component and an aluminum die-cast component. However, the following is problematic with this type of material selection: On the one hand, the aluminum die-cast component has very low ductility compared to a conventional aluminum sheet. When using an aluminum die-cast component as a joining partner facing away from the setting side, the form-fitting gripping of the rivet base tip described above is only possible to a limited extent - due to the low ductility - so that the rivet base can spring back (after spreading) after the setting process. Therefore, the rivet element is not sufficiently secured against loosening. In addition, due to the low ductility of the aluminum die-cast component, there is a risk of notch formation, which can lead to premature component cracking or breakage.

Zum anderen weist das Aluminiumdruckgussbauteil im Vergleich zum Kohlefaserverbundbauteil eine sehr ausgeprägte Wärmeausdehnung auf, während das Kohlefaserverbundbauteil nahezu keiner Wärmeausdehnung unterliegt. Eine Fügepartner-Kombination aus Aluminiumdruckgussbauteil und Kohlefaserverbundbauteil ist daher anfällig für quer zur Setzrichtung ausgerichtete Bauteilspannungen, die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen hervorgerufen werden.On the other hand, the aluminum die-cast component has a very pronounced thermal expansion compared to the carbon fiber composite component, while the carbon fiber composite component is subject to almost no thermal expansion. A joining partner combination of aluminum die-cast component and carbon fiber composite component is therefore susceptible to component stresses aligned transversely to the setting direction, which are caused by the different thermal expansions.

Zum Ausgleich unterschiedlicher Fügepartner-Wärmeausdehnungen kann daher der setzseitige Fügepartner (das heißt insbesondere das Kohlefaserverbundbauteil) in schwimmender Lagerung zwischen dem Nietkopf des Nietelements und dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner (das heißt Aluminiumdruckgussbauteil) geklemmt sein. Dadurch kann eine Bauteilspannung quer zur Setzrichtung, hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen, durch eine Querbewegung des setzseitigen Fügepartners reduziert oder abgebaut werden.To compensate for different thermal expansions of the joining partner, the joining partner on the setting side (i.e. in particular the carbon fiber composite component) can be clamped in floating storage between the rivet head of the rivet element and the joining partner facing away from the setting side (i.e. die-cast aluminum component). As a result, a component tension transverse to the setting direction, caused by different thermal expansions, can be caused by a transverse movement of the the joining partner on the setting side can be reduced or dismantled.

Durch die beidseitig des setzseitigen Fügepartners angeordneten Isolierlagen, bevorzugt Kunststoff-Zwischenlagen, wird die schwimmende Lagerung des setzseitigen Fügepartners zusätzlich noch unterstützt. Die Isolierlagen bewirken daher in Doppelfunktion nicht nur eine elektrische Isolierung, sondern auch eine Herabsetzung des Reibwerts zwischen dem setzseitigen Fügepartner und dem Nietkopf beziehungsweise dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner.The floating support of the setting-side joining partner is additionally supported by the insulating layers, preferably plastic intermediate layers, arranged on both sides of the setting-side joining partner. The insulating layers therefore have a dual function, not only providing electrical insulation, but also reducing the coefficient of friction between the joining partner on the setting side and the rivet head or the joining partner facing away from the setting side.

Die als Gleitelement wirkende Isolierlage kann zum Beispiel 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 Isolierlage als eine auf die Nietkopf-Unterseite beziehungsweise auf den von der Setzseite abgewandten Fügepartner angespritzte Kunststoffbeschichtung ausgebildet sein.The insulating layer acting as a sliding element can, for example, 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 washer can be provided. The washer can preferably be pushed onto the rivet shank in a slight press fit. Alternatively, the insulating layer can be designed as a plastic coating molded onto the underside of the rivet head or onto the joining partner facing away from the setting side.

Mit der aus Kunststoff gebildeten Isolierlage wird eine einfache Verarbeitung gewährleistet. Zudem erfolgt die Verarbeitung oberflächenschonend und elektrisch isolierend. Ferner kann eine Kontaktkorrosion verhindert werden.The insulating layer 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, wie oben angedeutet, besonders bevorzugt bei einer Fügepartner-Kombination, in der der setzseitige Fügepartner allgemein ein Kunststoffbauteil ist und/oder der von der Setzseite abgewandte Fügepartner allgemein ein Metallbauteil ist, das im Vergleich zum Kunststoffbauteil 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, as indicated above, particularly preferred for a joining partner combination in which the joining partner on the setting side is generally a plastic component and/or the joining partner facing away from the setting side is generally a metal component which, in comparison to the plastic component, has a very pronounced or at least has different thermal expansion. According to the invention, the different thermal expansions can be compensated for by the transverse mobility of the joining partner on the setting side.

Wie oben angegeben, weist das Aluminiumdruckgussbauteil (oder allgemein ein Metalldruckgussbauteil) nicht nur eine (im Vergleich zum CFK-Bauteil) sehr ausgeprägte Wärmeausdehnung, sondern auch eine im Vergleich zu einem herkömmlichen 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.As stated above, the aluminum die-cast component (or generally a metal die-cast component) not only has a very pronounced thermal expansion (compared to the CFRP component), but also a low ductility compared to a conventional sheet metal part. Due to the low ductility, there is a risk of notch formation in metal die-cast components, which can lead to a component crack or breakage in a conventional setting process.

Vor diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß bei der Verbindung der beiden Fügepartner auf einen herkömmlichen Nietsetzprozess verzichtet, das heißt insbesondere auf ein formschlüssiges Umfassen der ausgeweiteten Nietschaftspitze verzichtet (wie es in der Beschreibungseinleitung beschrieben ist). Anstelle dessen kommt zur Sicherung des Nietelements an dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner das folgende Wirkprinzip zum Einsatz: 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, according to the invention, a conventional rivet setting process is dispensed with when connecting the two joining partners, that is, in particular, a positive gripping of the expanded rivet shaft tip is dispensed with (as described in the introduction to the description). 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 states of equilibrium. A first equilibrium state corresponds to the reduced cross-section, undeformed rivet shank state. As a result of the setting force, the rivet shank changes to the second equilibrium state, in which the rivet shank is spread with an expanded cross section in the pre-hole of the first joining partner. The changeover to the expanded state occurs essentially without the build-up of a springback force, which prestresses the rivet element in the direction of 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 takes place in the setting process using the so-called 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 fact: The setting force required to transfer it to the spreading state is far less than the setting force required in the conventional setting process. Due to the lower setting force compared to the prior art, the joining partner on the setting side is subjected to significantly lower compressive stress than would be the case in a conventional setting process. This makes a setting process of the assembly consisting of rivet element and sliding element possible. It is only because of this lower compressive stress - in interaction with the sliding element - that the compensating movement of the two upper joining partners to equalize the tension is made possible. In contrast, in the conventional setting process, the rivet element is driven into the joining partner with such a large setting force that there is no transverse mobility of the setting-side joining partner 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 formed without pre-holes in the undeformed state, but rather has a pre-hole at the joint to be produced. When assembled, the rivet shank of the rivet element is spread apart 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 one have an expanded rivet head that merges into the rivet shaft in the axial direction. Another functional element, for example a threaded bolt, can also be formed on the top of the rivet head. The rivet shank can have an inner curvature that is open to the rivet shank tip; In addition, the rivet shank can end with a ring-shaped cutting edge at the tip of the shank.

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 beziehungsweise durchgängig.In the expanded state, the rivet shaft wall can be folded against the setting direction, i.e. towards the rivet head. In this case, the cutting edge can be in spreading engagement with the inner circumference of the component pilot hole. In addition, the rivet shaft wall surrounds the rivet shaft solid material section 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. The rivet connection according to the invention is particularly advantageous in this case, since the first joining partner is stressed during the setting process essentially without plastic deformation, that is to say 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.With regard to a perfect transfer of the rivet element from the undeformed state to the expanded state, it is advantageous if the component pre-hole has a corresponding activation contour. By means of the activation contour, the rivet element can be transferred from the undeformed state to the expanded state in a process-safe manner 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 variant, the activation contour can be implemented as an expansion cone projecting from the pre-hole bottom. With the help of the activation contour, the foot-side shaft section of the rivet shank can be folded into the expanded state in the setting process against the setting direction. After folding into the expanded state, a radially inner head-side shaft section of the rivet shaft merges at a folding edge away from the rivet head into the foot-side shaft section which projects in the direction of the rivet head and which wraps around 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 pre-hole can additionally have an annular groove that surrounds the expansion cone at its cone base. The annular groove can merge radially outwards into the pre-hole peripheral wall at an, in particular rounded, inner corner area. In particular, the expansion cone in combination with the annular groove and the pre-hole inner corner area lead to a folding of the foot-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 with the activation contour specified above is described below: At the beginning 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 surface of the cone in the direction of the ring groove without penetrating the material of the joining partner. In this way, the foot-side shaft section of the rivet shaft is pre-spread while thinning the material. As the setting process continues, the material-thinned, base-side shaft section of the rivet shaft is guided from the expansion cone into the ring groove. To complete 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 shank is pre-expanded during the setting process on the expansion cone. The pre-spreading causes the rivet shank to expand conically from its dimensionally stable, cylindrical, undeformed state. The conical expansion of the rivet shank occurs while reducing the wall thickness of the shank wall. This reduces the dimensional stability of the rivet shank. In the further course of the setting process, the rivet shank can 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.For a reliable setting process, it is important that the rivet element's cutting edge does not penetrate the material of the first joining partner at the expansion cone at the beginning of the setting process. Against this background, a cutting flank on the cutting edge can have a cutting angle that approximately 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 can slide with its cutting edge along the lateral 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 pre-hole peripheral wall can merge into a seating-side surface of the first joining partner at a pre-hole opening edge. The pre-hole peripheral wall can expand conically or run cylindrically from the bottom pre-hole inner corner area to the pre-hole opening edge. The pre-hole diameter is preferably larger than the outside diameter of the rivet shank. In this way, the rivet element can move smoothly with hole play in preparation for the setting process be pre-positioned in the pre-hole of the first joining partner.

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 embodiment variant, the activation contour can be designed as follows: The blind hole-like pre-hole of the first joining partner can have an insertion section with a large diameter. This merges into a small-diameter depression at a circumferential ring shoulder. The cutting edge of the still undeformed rivet element can have 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 annular shoulder of the component pilot 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 can expand with its cutting edge radially outwards until it reaches a maximum outside diameter. As the setting process continues, the rivet shank can be driven into the pre-hole depression by an additional over-center stroke. This causes the rivet shank to be over-expanded, in which the rivet shank changes 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.Preferably, the rivet element can be made from a cold impact material, in which a deformation limit is exceeded, particularly during over-expansion, at which a solidification of the rivet element material occurs, which is advantageous in terms of increased connection strength between the rivet element and the component. Therefore, according to the invention, there is no need for a die whose die shape supports spreading of the rivet shank. 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, which works autonomously using a program control. In order to ensure a perfect setting process, it is preferred if the outer diameter of the rivet shank is smaller than the outer diameter of the ring shoulder. In this way, the still undeformed rivet element can be positioned with its cutting edge in floating bearing, that is, with transverse play, on the ring shoulder, whereby component and/or manufacturing tolerances can be compensated for.

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 pre-hole can be created in the first joining partner during the casting process. In this case, the pre-hole can have a cone-like inner circumference, which serves as a demolding slope. The cone-like inner circumference also acts as an insertion bevel during the setting process in order to ensure perfect positioning of the rivet element on the annular 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 in the undeformed state can be in a range between 0.3 and 0.7 mm, in particular 0.5 mm. In addition, depending on the application, the rivet element can be made, for example, from a wire material suitable for welding, or from a conventional cold impact steel, in which a forming limit is exceeded, in particular during over-expansion, i.e. when folded over during the setting process, at which the rivet element material solidifies occurs, which is advantageous in terms of 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 shank. 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, in the setting process, the rivet element with its rivet shank can only be driven into a first joining partner in the setting direction. The second joining partner, on the other hand, can be attachable to the rivet element independently of the setting process, in particular in a clip, screw, snap or weld 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 bevorzugt mit ausreichend großem Lochspiel (um einen kontaktfreien Durchgang zu erzielen) 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 pre-hole diameter at the pre-hole opening edge of the blind hole-like pre-hole of the first joining partner (corresponds to the joining partner facing away from the setting side) is dimensioned smaller than a head diameter of the rivet head, so that after the setting process has been completed, the rivet head -The underside is in contact with the opening edge area of the component pre-hole. A bolt can be attached to the top of the rivet head of the rivet element be designed to connect the second joining partner, in particular a threaded bolt or welding bolt. In the assembled state, the bolt can preferably be guided through a through hole in the second joining partner with sufficiently large hole play (in order to achieve a contact-free passage). A clip, locking, screw or welding element can be attached to the threaded bolt tip protruding from the through hole of 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 when assembled. A third joining partner or a head element, such as a welding cap, to which a sliding element (for example sliding element ring disk) is firmly connected, can be welded onto the welding stud tip protruding from the through hole of the second joining partner by means of 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 Bauteilspannung quer zur Setzrichtung, insbesondere hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Fügepartner, durch eine Querbewegung des zweiten Fügepartners reduzierbar oder abbaubar. Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion sowie zur Bereitstellung einer schwimmenden Lagerung zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner kann - analog zur ersten Ausführungsform - eine Isolierlage beziehungsweise 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 als weitere Isolierlage beziehungsweise Gleitelement 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. Wie in der ersten Ausführungsform bewirken also die Isolierlagen in Doppelfunktion nicht nur eine Herabsetzung eines Reibwerts, wodurch die schwimmende Lagerung unterstützt wird, sondern zusätzlich auch eine elektrische Isolierung des zweiten Fügepartners (das heißt insbesondere des Kohlefaserverbundbauteils).According to the invention, the second joining partner is clamped in floating storage between the rivet head of the rivet element and the second joining partner. In this way, component tension 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 avoid contact corrosion and to provide a floating bearing between the top of the rivet head and the second joining partner - analogous to the first embodiment - an insulating layer or sliding element, in particular a plastic intermediate layer, can be arranged, by means of which a coefficient of friction between the top of the rivet head and can be reduced by the second joining partner. 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 as a further insulating layer or sliding element, 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. As in the first embodiment, the insulating layers have a dual function, not only reducing the coefficient of friction, which supports the floating bearing, but also electrically insulating the second joining partner (that is, in particular the carbon fiber composite component).

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the attached figures.

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.
Show it:
  • 1 to 5 Views of a rivet connection according to a first exemplary embodiment;
  • 6 to 9 Views of a rivet connection according to a second exemplary embodiment; and
  • 10 to 12 Views of a rivet connection according to further exemplary embodiments.

In 1 ist eine Nietverbindung mit einem unteren ersten Fügepartner 1 und einem oberen der Setzseite zugewandten zweiten Fügepartner 2 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 a rivet connection is shown with a lower first joining partner 1 and an upper second joining partner 2 facing the setting side. The rivet connection is made in one using the 4 indicated setting process with the help of a rivet element 7 designed as a semi-hollow rivet, which has a large-diameter rivet head 9, which is realized as a flat head. The rivet head 9 merges into a small-diameter rivet shank 13 on the underside of its rivet head, which terminates at a circumferential cutting edge 15. The rivet element 7 is realized in the undeformed state as a component which is rotationally symmetrical about a longitudinal axis L and is shown in a cross-sectional view in the figures.

In der, in der 1 gezeigten Nietverbindung ist das Nietelement 7 durch den setzseitigen 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 zwei Fügepartner 1, 2 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 setting-side 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 shaft 13 is spread open. The two joining partners 1, 2 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 2 ein Kohlefaserverbundbauteil ist.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 joining partner 2 on the setting side is a carbon fiber composite component.

Eine solche Fügepartner-Kombination aus Aluminiumdruckgussteil und Kohlefaserverbundbauteil ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Fügepartner-Kombination aus herkömmlichen Metallblechteilen anfällig für Kontaktkorrosion sowie für quer zur Setzrichtung ausgerichtete Bauteilspannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Fügepartner 1, 2 hervorgerufen werden. Zudem weist der von der Setzseite abgewandte Fügepartner 1 (das heißt 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.Such a joining partner combination of aluminum die-cast part and carbon fiber composite component is, in comparison to a conventional joining partner combination made of conventional sheet metal parts, susceptible to contact corrosion and to component stresses oriented transversely to the setting direction, which are caused by different thermal expansions of the joining partners 1, 2. 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 shank is completely positively enclosed by the die-cast material of the joining partner 1 facing away from the setting side therefore cannot be carried out reliably. In addition, due to the low ductility of die-cast metal, 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 der setzseitige Fügepartner 2 kontaktfrei, das heißt elektrisch isolierend gegenüber dem Nietelement 7 und gegenüber dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner 1 angeordnet ist, wodurch eine Kontaktkorrosion vermieden werden kann. Zur Bereitstellung einer solchen kontaktfreien Anordnung ist zwischen dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner 1 und dem setzseitigen Fügepartner 2 eine Isolierlage 6, insbesondere Kunststoff-Zwischenlagen, angeordnet. Zusätzlich ist auch zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem setzseitigen Fügepartner 2 eine Isolierlage 6, insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet.A core of the invention is that the setting-side joining partner 2 is arranged in a contact-free manner, that is to say electrically insulating, relative to the rivet element 7 and relative to the joining partner 1 facing away from the setting side, whereby contact corrosion can be avoided. To provide such a contact-free arrangement, an insulating layer 6, in particular plastic intermediate layers, is arranged between the joining partner 1 facing away from the setting side and the joining partner 2 on the setting side. In addition, an insulating layer 6, in particular a plastic intermediate layer, is also arranged between the underside of the rivet head and the joining partner 2 on the setting side.

Ein weiterer Kern der Erfindung besteht darin, dass der obere Fügepartner 2 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 hervorrufen wird, durch eine quergerichtete Ausgleichsbewegung des oberen Fügepartners 2 reduziert oder abgebaut werden.A further core of the invention is that the upper joining partner 2 is clamped in floating storage 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, can be reduced or reduced by a transverse compensating movement of the upper joining partner 2.

Die beiden Isolierlagen 6 bewirken dabei in Doppelfunktion nicht nur eine elektrische Isolierung. Zusätzlich wirken die Isolierlagen 6 auch als Gleitelemente, mit deren Hilfe ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem oberen Fügepartner 2 beziehungsweise ein Reibwert zwischen den beiden Fügepartnern 1, 2 herabsetzbar ist. Die Isolierlage 6 ist beispielhaft eine Kunststoff-Unterlegscheibe oder eine Kunststoff-Folierung, die am Nietelement 7 beziehungsweise am zweiten Fügepartner 2 vormontierbar ist.The two insulating layers 6 not only provide electrical insulation in a dual function. In addition, the insulating layers 6 also act as sliding elements, with the help of which a coefficient of friction between the underside of the rivet head and the upper joining partner 2 or a coefficient of friction between the two joining partners 1, 2 can be reduced. The insulating layer 6 is, for example, a plastic washer or a plastic foil that can be pre-assembled on the rivet element 7 or on the second joining partner 2.

Zur weiteren Unterstützung der schwimmenden Lagerung weist der obere Fügepartner 2 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 das Durchgangsvorloch 17 des zweiten Fügepartners 2 geführt, so dass innerhalb des Lochspiels Δx die Ausgleichsbewegung B der oberen Fügepartner 2 quer zur Setzrichtung ermöglicht ist. Zudem ist das Lochspiel Δx ausreichend groß bemessen, um einen kontaktfreien Durchgang des Nietelements 7 durch den zweiten Fügepartner 2 zu gewährleisten.To further support the floating storage, the upper joining partner 2 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. The rivet shank 13 is guided with a hole clearance Δx through the through hole 17 of the second joining partner 2, so that the compensating movement B of the upper joining partner 2 transversely to the setting direction is possible within the hole clearance Δx. In addition, the hole clearance Δx is dimensioned sufficiently large to ensure a contact-free passage of the rivet element 7 through the second joining partner 2.

Auf diese Weise kann einerseits bei einer Wärmebeanspruchung ein Spannungsausgleich zwischen den Fügepartnern 1, 2 erfolgen. Andererseits ist ein elektrischer Kontakt zwischen dem Nietschaft 13 und dem zweiten Fügepartner 2 unterbunden.In this way, on the one hand, tension can be equalized between the joining partners 1, 2 in the event of thermal stress. On the other hand, electrical contact between the rivet shank 13 and the second joining partner 2 is prevented.

Im Setzprozess (3 bis 5) wird das Nietelement 7 belastungsfrei durch das Vorloch 17 des oberen Fügepartners 2 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 through the pre-hole 17 of the upper joining partner 2 without any load 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 beziehungsweise 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, dass 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 rivet element 7 is not secured by completely positively enclosing the rivet shaft 13 in the material of the first joining partner 1, but rather by means of the following 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 like a cone up 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 ) is designed, which controls the transfer of the rivet element 7 from the undeformed state to the expanded state in the setting process. The activation contour 31 has an expansion cone 33 projecting 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 region 37 into a pre-hole peripheral wall 39 ( 4 or 5 ) above. 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 ) slightly conically expanded on the setting-side surface of the first joining partner 1.

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 foot-side shaft section 43 of the hollow rivet shaft 13 is driven into the material of the first joining partner 1 with its cutting edge 15 on the pre-hole peripheral wall 39.

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 2. 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.Like from the 2 As can be seen, the pre-hole diameter dv is larger than the rivet shank 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 ser dv is also dimensioned smaller than a head diameter d K of the rivet head 9. After the setting process, its underside is in contact with the opening edge area of a through-hole 17 of the upper setting-side joining partner 2. As can be seen from the 2 As can be seen further, the rivet shank 13 is cylindrical on the outside in the undeformed state. The inner curvature 14 of the rivet shaft 13 is realized as a hollow cylindrical shape, which results in a constant wall thickness w of the shaft wall over the rivet element longitudinal axis L. Overall, the rivet element 7 is designed to be rotationally symmetrical to the longitudinal axis L of the rivet element.

Nachfolgend wird anhand der 3 bis 5 ein Setzprozess beschrieben: Zu Beginn des Setzprozesses (3) wird das (durch den oberen Fügepartner 2 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 13 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 through the upper joining partner 2) 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 with the expansion cone 33. When the setting force F is initiated, the rivet element 1 slides with its cutting edge 15 along the lateral surface of the cone in the direction of the annular groove 35. In this way, the foot-side shaft section 43 of the rivet shaft 13 is pre-spread. On the one hand, the pre-spreading causes the cylindrical rivet shank 13 to expand conically. On the other hand, the conical expansion of the rivet shank 13 reduces the wall thickness w, especially on the foot-side shaft section 43. Due to the conical expansion and the reduced wall thickness w, the activation contour 31 can reliably transfer the rivet shank 13 into the expanded state in the further setting process. To complete the setting process ( 5 ), the 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.

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 shank 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 longitudinal axis L. This corresponds to a cone angle γ, which is spanned between the conical surface of the expansion cone 33 and a plane perpendicular to the rivet element longitudinal axis L. In this way it is ensured that during the setting process the cutting edge 15 slides reliably in the direction of the ring groove 35 without penetrating the material.

Mit Hilfe der Aktivierungskontur 31 wird der fußseitige Schaftabschnitt 43 des Nietschafts 13 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 13 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 foot-side shaft section 43 of the rivet shaft 13 is folded over against the setting direction S in the setting process. In the completed rivet connection, a head-side shaft section 49 merges into the foot-side shaft section 43, which projects in the direction of the rivet head 9, at a folding edge 51 remote from the rivet head. The folded foot-side shaft section 43 extends in the circumferential direction continuously and in a plate shape around the head-side shaft section 49. It should be emphasized that only the folded foot-side shaft section 43 penetrates into the material of the first joining partner 1 with its cutting edge 15 of the rivet shaft 13 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 13 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 13 in das Material verzichtet werden.The rivet shank 13 thus acts like a bistable spring section, which changes to the expanded spreading state during the setting process. The spreading state ( 1 or 5 ) is characterized by the fact that, in contrast to the prior art, essentially no springback 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 positive enclosing of the rivet shaft 13 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 a 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 den beiden Isolierlagen 6 und dem oberen Fügepartner 2 mit wesentlich geringerer Druckspannung beaufschlagt als es bei einem herkömmlichen Setzprozess der Fall wäre. Erst aufgrund dieser geringeren Druckspannung ist - im Zusammenspiel mit den beiden Isolierlagen 6 - die quergerichtete Ausgleichsbewegung des oberen Fügepartners 2 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 oberen Fügepartners 2 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 it to the spreading state is far less than the setting force required in the conventional setting process. Due to the lower setting force F compared to the prior art, the rivet element 7 with the two insulating layers 6 and the upper joining partner 2 is subjected to significantly lower compressive stress than would be the case in a conventional setting process. Only because of this lower compressive stress - in interaction with the two insulating layers 6 - is the transverse compensating movement of the upper joining partner 2 possible to equalize the tension. In contrast, in the conventional setting process, the rivet element is driven into the joining partner with such a large setting force that there is no transverse mobility of the upper joining partner 2 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 exemplary embodiment is shown, the structure of which essentially corresponds to the structure of the first exemplary embodiment 1 to 5 corresponds. As in the first exemplary embodiment, in the second exemplary embodiment the rivet shank 13 also acts as a bistable spring section which has the two states of equilibrium, namely the undeformed state of reduced cross-section ( 7 ) and an extended spreading 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 is 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: This is according to 7 the still undeformed rivet element 7 is designed to be 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 which is open at the rivet shaft tip. The inner curvature 14 ends at an annularly 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 folding 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 pre-hole 5 of the first joining partner 1, which is designed as follows: The pre-hole 5 of the first joining partner 1 points in the 7 a large-diameter insertion section 21. This goes in the direction of the pre-hole bottom 22 on a circumferential ring shoulder 23 in steps into a small-diameter pre-hole depression 25. When the rivet element 7 is still undeformed, the cutting edge 15 extends over a diameter d 1 that is larger than the inner diameter d 2 of the ring shoulder 23. In addition, the rivet shank outer diameter is smaller than the ring 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 beiden Fügepartner 1, 2 sind zwischen dem Niederhalter 27 und einem ebenflächigen Amboss 30 zwischengeklemmt.The setting process is carried out with a setting device that is in the 7 to 9 has the hold-down device 27, in which a setting piston 29 is guided in a stroke-adjustable manner. The two joining partners 1, 2 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 acts, the rivet shank 13 expands with its cutting edge 15 radially outwards until a setting stroke dead center T is reached ( 8th ). At the setting stroke dead center T, the cutting edge 15 of the rivet element 1 is expanded to a maximum diameter d max and is in expanding engagement with the inner circumference of the large-diameter insertion section 21 of the component pilot hole 5. In addition, the end face of the rivet shank tip is in contact with the annular 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 beyond the dead center T with an over-center stroke path s ( 8th ) extended. In the further course of the setting process, the head-side shaft section 49 is driven into the pre-hole depression 25 by the over-center stroke distance s. This results in an over-spreading of the foot-side shaft section 43, in which the foot-side shaft section 43 changes to the expanded state. The foot-side shaft section 43 is therefore folded over in the opposite direction to the setting direction, that is to say in the direction of the rivet head 9. The foot-side shaft section 43 extends continuously in the circumferential direction 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.Like from the 7 Furthermore, the inner circumference of the large-diameter insertion section 21 of the component pre-hole 5 is designed like a cone, 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 in a floating position on the ring shoulder 23 ( 7 ), that is, positioned with transverse play, which allows component and/or manufacturing tolerances to be compensated for.

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 aid of the rivet element 7. Analogous to the previous exemplary embodiments, the rivet element 7 is driven into the first joining partner 1 in a setting process with its rivet shank 13 in the setting direction. The second joining partner 2, on the other hand, is attached to the rivet element 7 in a separate assembly process, independent of the setting process. For this purpose, the rivet element 7 is formed on its top 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 in the 10 A threaded bolt tip protruding from the through hole 55 of the second joining partner 2 can be screwed on a collar screw nut 57, 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 - sowohl vom Nietelement 7 und vom ersten Fügepartner 1 elektrisch isoliert als auch in schwimmender Lagerung zwischen dem Nietkopf 9 des Nietelements 7 und dem zweiten Fügepartner 2 geklemmt. Dadurch kann eine Bauteilspannung 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 exemplary embodiment - electrically insulated both from the rivet element 7 and from the first joining partner 1 and clamped in floating storage between the rivet head 9 of the rivet element 7 and the second joining partner 2. As a result, component tension transverse to the setting direction, for example caused by different thermal expansion of the joining partners 1, 2, can be reduced or reduced by a transverse movement of the second joining partner 2.

Die schwimmende Lagerung und die elektrische Isolierung wird unter anderem durch die Isolierlagen 6 bewerkstelligt. Eine der Isolierlagen 6 ist zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner 2 angeordnet und wirkt zudem als Gleitelement, 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.The floating storage and electrical insulation is achieved, among other things, by the insulating layers 6. One of the insulating layers 6 is arranged between the top of the rivet head and the second joining partner 2 and also acts as a sliding element, 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.

Zudem ist zwischen dem zweiten Fügepartner 2 und der zugewandten Unterseite der Bundschraubmutter 57 eine weitere Isolierlage 6 angeordnet, die ebenfalls als Gleitelement wirkt, mittels dem ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Oberseite und dem zweiten Fügepartner 2 herabsetzbar ist. Diese Isolierlage 6 ist beispielhaft eine auf die Unterseite der Bundschraubmutter 57 gespritzte Kunststoffbeschichtung oder eine fest montierte Kunststoffscheibe.In addition, a further insulating layer 6 is arranged between the second joining partner 2 and the facing underside of the collar screw nut 57, which also acts as a sliding element, by means of which a coefficient of friction between the top of the rivet head and the second joining partner 2 can be reduced. This insulating layer 6 is, for example, a plastic coating sprayed onto the underside of the collar screw nut 57 or a permanently mounted plastic washer.

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 der zweiten Fügepartners 2 quer zur Setzrichtung ermöglicht ist und außerdem der Gewindebolzen 53 kontaktfrei durch den zweiten Fügepartner 2 geführt 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 of the second joining partner 2 transversely to the setting direction is possible within the hole clearance Δx and also the threaded bolt 53 is guided contact-free through the second joining partner 2.

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 der beiden Isolierlagen 6 (zum Beispiel Kunststoff-Unterlegscheiben oder eine Kunststoff-Folierung) 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 aid of the rivet element 7. Analogous to the previous exemplary embodiments, the rivet element 7 is driven into the first joining partner 1 in a setting process with its rivet shank 13 in the setting direction. The second joining partner 2, on the other hand, is attached to the rivet element 7 in a separate welding process, regardless of the setting process. For this purpose, the rivet head 9 of the rivet element 7 is formed on its top with a welding bolt 53, which can be guided through a through hole 55 of the second joining partner 2. At the in the 11 The welding bolt tip protruding from the through hole 55 of the second joining partner 2 can be welded onto the third joining partner 3, which is formed as a sheet metal component, using resistance spot welding, so that the second joining partner 2 together with the two insulating layers 6 (for example plastic washers or a plastic foil) is between the third joining partner 3 and the rivet head 9 can be clamped.

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 sowohl eine elektrische Isolierung als auch eine schwimmende Lagerung zu gewährleisten, ist zwischen dem zweiten Fügepartner 2 und der Schweißkappe 57 eine Isolierlage 6 angeordnet, mittels der zudem auch ein Reibwert zwischen der Schweißkappe 57 und dem zweiten Fügepartner 2 herabsetzbar ist. Die Isolierlage 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 tip of the welding bolt protruding from the through hole 55 of the second joining partner 2 using 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 both electrical insulation and floating storage, an insulating layer 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 also be reduced. The insulating layer 6 is in the 12 exemplified as a plastic coating ring sprayed onto the underside of the welding cap 56 or as a firmly connected sliding element ring disk.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
erster Fügepartnerfirst joining partner
22
zweiter Fügepartnersecond joining partner
33
dritter Fügepartnerthird joining partner
55
Vorlochpre-hole
66
IsolierlageInsulating layer
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
InnenwölbungInternal curvature
1515
Schneidkantecutting edge
1717
DurchgangsvorlochThrough pre-hole
2222
Vorloch-Bodenpre-hole floor
2121
durchmessergroßer Einführabschnittlarge diameter insertion section
2323
RingschulterRing shoulder
2525
Vorloch-SenkungPre-hole countersink
2727
NiederhalterHold-down device
2929
SetzkolbenSet piston
3030
Ambossanvil
3131
AktivierungskonturActivation contour
3333
SpreizkegelExpanding cone
3535
RingkehleRing throat
3737
InneneckbereichInside corner area
3939
Vorloch-UmfangswandPre-hole peripheral 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
UmschlagkanteCover edge
5353
Bolzenbolt
5555
Durchgangslochthrough hole
5656
Kopfelement beziehungsweise SchweißkappeHead element or welding cap
5757
Clip-, Rast-, Schraub- oder SchweißelementClip, locking, screw or welding element
dAthere
Schaft-AußendurchmesserShank outside 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

Claims (20)

Nietverbindung mit zumindest zwei Fügepartnern (1, 2), die in einem Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem ein Nietelement (7) mit seinem Nietschaft (13) in Setzrichtung durch den zumindest einen setzseitigen Fügepartner (2) bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) eintreibbar ist, und zwar unter Aufspreizung des Nietschafts (13), so dass die Fügepartner (1, 2), in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf (9) und einer Schaftspitze des Nietelements (7) geklemmt sind, wobei zur Vermeidung von Kontaktkorrosion der setzseitige Fügepartner (2) kontaktfrei, das heißt elektrisch isolierend gegenüber dem Nietelement (7) und gegenüber dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) angeordnet ist, 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 with at least two joining partners (1, 2), which can be connected to one another in a setting process, in which a rivet element (7) with its rivet shank (13) in the setting direction through the at least one joining partner (2) on the setting side into the one facing away from the setting side Joining partner (1) can be driven in, namely by spreading the rivet shaft (13), so that the joining partners (1, 2), viewed in the setting direction, are clamped under compressive tension between a rivet head (9) and a shaft tip of the rivet element (7), wherein, to avoid contact corrosion, the setting-side joining partner (2) is arranged in a contact-free manner, that is to say electrically insulating, relative to the rivet element (7) and relative to the joining partner (1) facing away from the setting side, characterized in that the rivet shaft (13) is designed as a bistable spring section is designed, which has two states of equilibrium, namely the cross-sectionally reduced, undeformed state and the expanded expansion state, and that due to the action of the setting force (F), the rivet element (7) changes from the undeformed state to the expansion state, in which the rivet shaft (13) has an expanded cross-section is spread in the joining partner (1) facing away from the setting side, in particular without a springback force being built up in the rivet element (7) when it is turned into the expanded state, which prestresses the rivet element (7) in the direction of the undeformed state. Nietverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der kontaktfreien Anordnung zwischen dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) und dem setzseitigen Fügepartner (2) eine Isolierlage, insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet ist, und/oder dass zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem setzseitigen Fügepartner (2) eine Isolierlage, insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet ist.Rivet connection after Claim 1 , characterized in that in order to provide the contact-free arrangement between the joining partner (1) facing away from the setting side and the joining partner (2) on the setting side, an insulating layer, in particular a plastic intermediate layer, is arranged, and / or that between the underside of the rivet head and the An insulating layer, in particular a plastic intermediate layer, is arranged on the set-side joining partner (2). Nietverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der setzseitige Fügepartner (2) ein Durchgangsvorloch (17) aufweist, durch das das Nietelement (7) in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) eintreibbar ist, und dass insbesondere zur Bereitstellung der kontaktfreien Anordnung der Nietschaft (13) kontaktfrei mit Lochspiel (Δx) durch das Durchgangsvorloch (17) des setzseitigen Fügepartners (2) geführt ist.Rivet connection after Claim 1 or 2 , characterized in that the joining partner (2) on the setting side 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 in particular to provide the contact-free arrangement of the rivet shank (13 ) is guided contact-free with hole clearance (Δx) through the through hole (17) of the joining partner (2) on the setting side. Nietverbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der beiden Fügepartner (1, 2) in der elektrochemischen Spannungsreihe eine Potentialdifferenz aufweisen, so dass bei Kontakt Gefahr einer Kontaktkorrosion besteht, und/oder dass der setzseitige Fügepartner (2) ein Kunststoffbauteil, insbesondere ein Kohlefaserverbundbauteil, und/oder der von der Setzseite abgewandte Fügepartner (1) ein Metallbauteil ist, das im Vergleich zum Kunststoffbauteil eine sehr ausgeprägte Wärmeausdehnung aufweist.Rivet connection after Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the materials of the two joining partners (1, 2) have a potential difference in the electrochemical voltage series, so that there is a risk of contact corrosion upon contact, and / or that the joining partner (2) on the setting side is a plastic component, in particular a carbon fiber composite 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 Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zum Ausgleich unterschiedlicher Fügepartner-Wärmeausdehnungen der setzseitige Fügepartner (2) 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, hervorgerufen durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung (1, 2), durch eine Querbewegung des setzseitigen Fügepartners (2) reduzierbar oder abbaubar ist.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that , in particular to compensate for different thermal expansions of the joining partner, the joining partner (2) on the setting side is clamped in floating bearing between the rivet head (9) of the rivet element (7) and the joining partner (1) facing away from the setting side is, so that a component stress transverse to the setting direction, caused by the different thermal expansion (1, 2), can be reduced or dismantled by a transverse movement of the setting-side joining partner (2). Nietverbindung nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Isolierlagen, insbesondere Kunststoff-Zwischenlagen, in Doppelfunktion nicht nur eine elektrische Isolierung bewirken, sondern zusätzlich auch als Gleitelemente wirken, mit deren Hilfe die schwimmende Lagerung bewerkstelligt wird, indem ein Reibwert zwischen der Nietkopf-Unterseite und dem setzseitigen Fügepartner (2) beziehungsweise zwischen den beiden Fügepartnern (1, 2) herabsetzbar ist.Rivet connection according to one of the preceding claims, characterized in that the two insulating layers, in particular plastic intermediate layers, not only provide electrical insulation in a dual function, but also act as sliding elements, with the help of which the floating bearing is achieved by creating a coefficient of friction between the underside of the rivet head and the joining partner (2) on the setting side or between the two joining partners (1, 2) can be reduced. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Setzseite abgewandte Fügepartner (1) ein Metalldruckgussbauteil, insbesondere Aluminiumdruckguss, ist, das insbesondere 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 in particular not only has a very pronounced thermal expansion, but also has low ductility compared to a sheet metal part, and that, particularly in die-cast metal components, 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 von der Setzseite abgewandte Fügepartner (1) im unverformten Zustand an der herzustellenden Fügestelle ein insbesondere sacklochartiges Vorloch (5) 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 particularly blind hole-like pre-hole (5) at the joint to be produced, and that in the expanded state a foot-side shaft section (43) of the rivet shank (13 ) is driven into the material of the first joining partner (1) with its cutting edge (15) 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 designed to be 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 extends in the axial direction merges into the rivet shank (13), which ends at the shank tip with the preferably ring-shaped cutting edge (15) and/or delimits an inner curvature (14) that is open at the rivet shank 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 turn-over edge (51) away from the rivet head into the radially outer foot-side shaft section (43) projecting in the direction of the rivet head (9), which wraps around the head-side shaft section (49) in a plate shape, and in particular only the folded-over foot-side shaft section (43) of the rivet shaft (13) with its cutting edge (15) on the pre-hole peripheral wall (39) penetrates into the material of the first joining partner (1), while preferably the head-side shaft section (49) and/or the folding 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 (5) 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.Rivet connection according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that an activation contour (31) is formed in the pre-hole (5) of the joining partner (1) facing away from the setting side, which controls a folding 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 after Claim 11 , characterized in that the activation contour (31) has an expansion cone (33) projecting from the pre-hole bottom of the joining partner (1) facing away from the setting side, and in particular the activation contour (31) has an annular groove (35) formed in the pre-hole bottom , which surrounds the expansion cone (33) at its cone base, and that in particular 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 (13) 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 after Claim 12 , characterized in that at the beginning of the setting process, the rivet element (7) sits with its cutting edge (15) on the cone surface of the expansion cone (33) and then slides along the cone surface in the direction of the annular groove (35), so that the foot-side shaft section (43 ) of the rivet shank (13) is pre-expanded while thinning the material, and that, in particular in the further course of the setting process, the material-thinned foot-side shank section (43) of the rivet shank (13) can be guided from the expansion cone (33) into the annular groove (35), so that by the action of the setting force (F) the rivet element (7) changes into the expanded state, in which the foot-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 (β) einem Kegelwinkel (γ) entspricht, der zwischen der Kegelmantelfläche und der rechtwinkligen Ebene aufgespannt ist.Rivet connection after Claim 13 , characterized in that in the undeformed state of the rivet element (7) on the rivet shank (13) two cutting flanks (45, 47) converge to form the cutting edge (15), and that one of the cutting edges (45) has a direction relative to the rivet element's longitudinal axis (L ) rectangular plane spans a cutting angle (β), and that the cutting angle (β) corresponds to a cone angle (γ) which is spanned between the cone surface and the rectangular 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 pre-hole peripheral wall (39) merges at a pre-hole opening edge (41) into a surface of the joining partner (1) facing away from the setting side, and in particular the pre-hole peripheral wall (39) expands conically from the pre-hole inner corner area (37) towards the pre-hole opening edge (41) or runs cylindrically between the pre-hole inner corner area (37) and the pre-hole opening edge (41). Nietverbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Vorloch-Durchmesser (dv) des Bauteil-Vorlochs (5) größer bemessen ist als der Nietschaft-Außendurchmesser (dA), so dass das Nietelement (1) mit Lochspiel in dem Bauteil-Vorloch (5) vorpositionierbar ist.Rivet connection according to one of the Claims 8 until 15 characterized in that the pre-hole diameter (dv) of the component pre-hole (5) is larger than the rivet shank outer diameter (d A ), so that the rivet element (1) can be pre-positioned with hole play in the component pre-hole (5). . Nietverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Aktivierungskontur (31) das Vorloch (5) 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 after Claim 11 , characterized in that to form the activation contour (31), the pre-hole (5) of the first joining partner (1) has a large-diameter insertion section (21), which merges step-like into a small-diameter pre-hole depression (25) on a circumferential annular shoulder (23). , and that in particular the cutting edge (15) of the still undeformed rivet element (7) lies on a diameter (d 1 ) that is larger than the inner diameter (d 2 ) of the ring shoulder (23), so that in preparation for the setting process, the rivet element (7) with its cutting edge (15) on the Annular shoulder (23) of the component pre-hole (6) can be positioned. Nietverbindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Setzhub das Nietelement (7) bis zu einem Totpunkt (T) in das Bauteil-Vorloch (5) 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 after Claim 17 , characterized in that during a setting stroke the rivet element (7) can be driven into the component pre-hole (5) up to a dead center (T), and that at the dead center (T) the rivet element (7) with its cutting edge (15) is up to Reaching a maximum diameter (d max ) is expanded radially outwards, and that the setting stroke is extended with an over-center stroke (s), with which the rivet shank (13) can be driven into the pre-hole depression (25), so that a Over-spreading of the foot-side shaft section (43) takes place, in which it changes to the spreading 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, wobei zur Vermeidung von Kontaktkorrosion der zweite Fügepartner (2) kontaktfrei, das heißt elektrisch isolierend, gegenüber dem Nietelement (7), dem weiteren Element (3, 56, 57) und dem von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1) angeordnet ist, und wobei insbesondere zwischen dem zweiten Fügepartner (2) und dem weiteren Element (3, 56, 57) eine erste Isolierlage, insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet ist, und/oder zwischen dem zweiten Fügepartner (2) und dem ersten Fügepartner (1) eine zweite Isolierlage, insbesondere eine Kunststoff-Zwischenlage, angeordnet ist, 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 in which, in a setting process, a rivet element (7) with its rivet shank (13) can be driven into at least one joining partner (1) in the setting direction, namely by spreading the rivet shank (11), with the rivet base (11) in the still undeformed state is reduced in cross-section and has an expanded cross-section when driven in, a bolt (53) for connecting a second joining partner (2), in particular a threaded bolt or a welding bolt, being formed on an upper side of a rivet head (9) of the rivet element (7), whereby in the assembled state, the bolt (53) is guided through a through hole (55) of the second joining partner (2), and there is a further element (3, 56, 57) on the bolt tip protruding from the through hole (55) of the second joining partner (2). is fastened, so that the second joining partner (2) can be clamped between the further element (3, 56, 57) and the rivet head (9), the second joining partner (2) being contact-free, that is to say electrically insulating, in order to avoid contact corrosion the rivet element (7), the further element (3, 56, 57) and the joining partner (1) facing away from the setting side, and in particular between the second joining partner (2) and the further element (3, 56, 57) a first insulating layer, in particular a plastic intermediate layer, is arranged, and / or between the second joining partner (2) and the first joining partner (1) a second insulating layer, in particular a plastic intermediate layer, is arranged, characterized in that the rivet shank ( 13) is designed as a bistable spring section, which has two states of equilibrium, namely the cross-section-reduced undeformed state and the expanded expansion state, and that due to the action of the setting force (F), the rivet element (7) changes from the undeformed state to the expansion state in which the rivet shank (13) is spread with an expanded cross-section in the joining partner (1) facing away from the setting side, in particular without a springback force being built up in the rivet element (7) when it is turned over into the expanded state, which biases the rivet element (7) in the direction of the undeformed state. Nietelement für eine Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Rivet element for a rivet connection according to one of the preceding claims.
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