DE202005021268U1

DE202005021268U1 - Rivet for use in conjunction with high-strength steel has rivet head with rounded lower surface having small and large radii

Info

Publication number: DE202005021268U1
Application number: DE202005021268U
Authority: DE
Original assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2005-05-03
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2015-05-04

Abstract

A half-hollow punch rivet (4) has a head (6) with a rounded lower face (7) transition to a shaft (8). The rounded lower face has a first small radius (R1) that makes a transition to a second larger radius (R2) towards the rivet head (6). The second radius is three to ten times larger than the first.

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbhohlstanzniet mit einem Nietkopf, einem sich daran anschließenden Nietschaft sowie mit einer gerundet ausgebildeten Nietkopfunterseite. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Stanznietverbindung zwischen zumindest zwei Fügeteilen, die mittels eines Halbhohlstanzniets miteinander verbunden sind, wobei im gesetzten Zustand das dem Halbhohlstanzniet zugewandte Fügeteil ein Stanzloch mit einem nach innen gekrümmten Lochrand aufweist.The The invention relates to a Halbhohlstanzniet with a rivet head, a follow it Rivet shaft and with a rounded trained Nietkopfunterseite. The invention further relates to a punched rivet connection between at least two parts to be joined, which are connected to each other by means of a semi-hollow punch rivet, wherein in the set state facing the Halbhohlstanzniet adherend has a punched hole with an inwardly curved hole edge.

Ein derartiger Halbhohlstanzniet sowie eine derartige Stanznietverbindung sind aus der EP 1 229 254 B1 zu entnehmen. Der hierin beschriebene Halbhohlstanzniet ist als ein Stahlniet zur Verbindung von hochfesten Fügeteilen ausgebildet, deren Zugfestigkeit im Bereich oberhalb von 700 N/mm² bis hin zu 1.500 N/mm² liegt.Such a semi-hollow punch rivet and such a punch rivet connection are known from EP 1 229 254 B1 refer to. Halbhohlstanzniet described herein is formed as a steel rivet for the connection of high-strength joined parts, whose tensile strength is in the range above 700 N / mm ² to 1,500 N / mm ^2.

Aus der DE 200 01 103 U1 ist ein Hohlstanzniet zu entnehmen, bei dem die Unterkopfgeometrie des Stanzkopfes zur Vermeidung von Spannungsspitzen im Querschnitt gesehen durch einen Polygonzug gebildet ist.From the DE 200 01 103 U1 is to be taken from a hollow rivet, in which the lower head geometry of the punching head to avoid stress peaks in cross section seen formed by a polygonal line.

Bei der Ausbildung einer Stanznietverbindung mittels eines Halbhohlniets werden üblicherweise die zumindest zwei Fügeteile auf eine Matrize gelegt und der Halbhohlstanzniet wird mit einem Nietfuß voraus mit Hilfe eines Stempels in die zu fügenden Bauteile eingestanzt. Hierbei durchtrennt er üblicherweise das erste Fügeteil, anschließend weitet sich der Nietschaft auf, schneidet in das zweite Bauteil seitlich ein und bildet somit einen Hintergriff aus. Die beiden Fügeteile sind daher durch den Halbhohlstanzniet formschlüssig gehalten. Dabei sind die Fügeteile zwischen dem Nietkopf und dem aufgespreizten Nietschaft geklemmt. Ein durch das Durchtrennen des ersten Fügeteils ausgestanzter Stanzbutzen verbleibt in einem Schafthohlraum des Nietes.at the formation of a punched rivet connection by means of a Halbhohlniets become common the at least two parts to be joined placed on a die and the Halbhohlstanzniet is with a Nietfuss ahead punched into the components to be joined with the aid of a punch. He usually cuts through this the first joining part, subsequently If the rivet shank expands, cuts laterally into the second component and thus forms a rear grip. The two parts to be joined are therefore held positively by the Halbhohlstanzniet. Here are the joining parts clamped between the rivet head and the spread rivet shank. A pierced by the severing of the first joining part punched remains in a shaft cavity of the rivet.

Die Qualität der Stanznietverbindung wird entscheidend beeinflusst von der geometrischen Ausbildung des Halbhohlstanzniets sowie den Materialeigenschaften der Fügeteile sowie des Niets. Entscheidenden Einfluss auf das Aufspreizverhalten des Nietschafts hat die Geometrie des Niets. Um bei hoch- und höchstfesten Stählen ein vorzeitiges unerwünschtes Aufspreizen zu vermeiden, ist gemäß der EP 1 229 254 B1 vorgesehen, den Nietfuß stumpf auszubilden.The quality of the punched rivet joint is decisively influenced by the geometric design of the semi-hollow rivet and the material properties of the parts to be joined and the rivet. The geometry of the rivet has a decisive influence on the spreading behavior of the rivet shank. In order to avoid premature undesired spreading in high-strength and ultra-high-strength steels, according to the EP 1 229 254 B1 intended to form the rivet foot dull.

Aufgrund der Zweckbestimmung zur Verbindung von hoch- und höchstfesten Stählen insbesondere auch in Verbindung mit dem stumpfen Nietfuß treten während des Fügevorgangs teilweise sehr hohe Fügekräfte auf.by virtue of the purpose for the connection of high and highest strength toughen especially in connection with the blunt rivet foot while of the joining process sometimes very high joining forces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim Fügevorgang auftretenden Fügekräfte zu verringern, insbesondere beim Fügen von hoch- und höchstfesten Stählen mit einer Zugfestigkeit von bis zu 1.500 N/mm² oder darüber.The invention has for its object to reduce the joining forces occurring during the joining process, especially when joining high and ultra high strength steels with a tensile strength of up to 1,500 N / mm ² or above.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Halbhohlstanzniet, welcher einen Nietkopf mit einer gerundet ausgebildeten Nietkopfunterseite sowie einen sich daran anschließenden Nietschaft aufweist, wobei ein Unterkopfradius der Nietkopfunterseite in Richtung zum Nietkopf hin größer wird. Die Unterkopfgeometrie umfasst einen ersten kleineren und einen zweiten größeren Unterkopfradius, wobei der zweite Unterkopfradius etwa dem 3- bis 10-Fachen und insbesondere etwa dem 7-Fachen des ersten Unterkopfradiusses entspricht.The Task is according to the invention solved by a semi-hollow punch rivet, which has a rivet head with a rounded trained Nietkopfunterseite and a to it subsequent riveting having a Unterkopfradius the Nietkopfunterseite in the direction grows towards the rivet head. The underhead geometry includes a first smaller one and a lower one second larger subheading radius, wherein the second sub-head radius is about 3 to 10 times and in particular about 7 times the first Unterkopfradiusses corresponds.

Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass beim Ausbilden der Stanznietverbindung das obere Fügeteil beim Durchstanzen umgebogen wird, so dass sich ein trichterförmiges Stanzloch ausbildet, dessen Lochrand, nämlich die Oberseite des oberen Fügeteils, nach innen gekrümmt ist. Der Krümmungsradius nimmt hierbei von der zentralen Lochmitte nach außen hin kontinuierlich zu. Beim Fügevorgang wird der Nietkopf mit seiner Nietkopfunterseite gegen diesen Lochrand gepresst. Die Ausgestaltung des Verlaufs der Nietkopfunterseite, also seine Unterkopfgeometrie, ist nun derart gewählt, dass durch den zunehmenden Unterkopfradius die Unterkopfgeometrie bereits im ungesetzten Zustand an die Geo metrie des Lochrands angepasst ist, also im Wesentlichen den gleichen Verlauf wie der gekrümmte Lochrand aufweist. Der entscheidende Vorteil hierbei ist, dass während des Fügevorgangs kein oder nur ein geringer Anteil der Fügekraft für ein zusätzliches Umformen der Nietkopfunterseite und/oder des Lochrands erforderlich ist. Ein derartiges Umformen ist für die Qualität der Nietverbindung, also die Festigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen äußere, insbesondere mechanische Belastungen, nicht erforderlich.This Design is based on the consideration, that when forming the punched rivet, the upper joining part in Punching is bent over, leaving a funnel-shaped punched hole whose hole edge, namely the top of the upper part, curved inwards is. The radius of curvature takes from the central hole center outwards continuously too. During the joining process is the rivet head with its Nietkopfunterseite against this hole edge pressed. The design of the course of Nietkopfunterseite, So his underhead geometry is now chosen such that by the increasing under-head radius the lower head geometry already adjusted to the geometry of the edge of the hole when not in use is, essentially the same course as the curved hole edge having. The key advantage here is that during the joining process no or only a small proportion of the joining force for an additional forming of the bottom of the rivet head and / or the edge of the hole is required. Such reshaping is for the quality of the riveted joint, ie the strength and the resistance to external, in particular mechanical loads, not required.

Versuche haben gezeigt, dass im Vergleich zu einem Halbhohlstanzniet, welcher einen konstanten Unterkopfradius aufweist, eine Verringerung der notwendigen Fügekraft um etwa 20% bei gleicher Fügequalität erzielt wird. Umgekehrt bedeutet dies, dass allein durch diese Geometrieänderung Fügeteile mit höherer Festigkeit verbunden werden können, da mehr Fügekraft zur Verfügung steht.tries have shown that in comparison to a Halbhohlstanzniet, which has a constant under-head radius, a reduction of the necessary joining force achieved by about 20% with the same joining quality becomes. Conversely, this means that solely by this geometry change joining parts with higher Strength can be connected because more joining force to disposal stands.

Die Unterkopfgeometrie setzt sich vorteilhafterweise lediglich aus den beiden Unterkopfradien zusammen. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von zwei ineinander übergehenden Unterkopfradien zur Abbildung des Krümmungsverlaufs des Lochrands ausreichend ist. Zur Bestimmung des Krümmungsverlaufs des Unterkopfradius wird hierbei zweckdienlicherweise derart vorgegangen, dass ein Testfügevorgang mit einem Halbhohlstanzniet vorgenommen wird, jedoch der Fügevorgang vorzeitig abgebrochen wird, so dass die Nietkopfunterseite des Nietkopfes noch nicht auf dem oberen Fügeteil aufliegt, jedoch bereits das obere Fügeteil durchstanzt ist. In diesem Zustand hat sich nämlich der gekrümmte Verlauf des Lochrands bereits ausgebildet. Der Krümmungsverlauf des Lochrands wird anschließend ausgemessen und die Messergebnisse werden als Grundlage für die Ausbildung der Unterkopfgeometrie des Niets herangezogen. Da der Krümmungsverlauf des Lochrands abhängt u.a. von der Materialwahl der Fügeteile, der Dicke der Fügeteile und der Größe, insbesondere dem Durchmesser des Stanzniets, empfiehlt es sich, derartige Untersuchungen für mehrere typisierte Anwendungsfälle durchzuführen und mehrere Stanzniet-Sätze mit unterschiedlichen Unterkopfgeometrien vorzusehen.The lower head geometry is advantageously composed only of the two lower head radii. It has been found that the use of two merging sub-head radii for imaging the curvature of the hole edge is sufficient. To determine the curvature of the under-head radius is hereby expediently proceeded such that a test joining process is performed with a Halbhohlstanzniet, but the joining process is prematurely terminated, so that the Nietkopfunterseite the rivet head is not yet rests on the upper joining part, but already the upper joining part is punched. Namely, in this state, the curved shape of the hole edge has already been formed. The curvature of the hole edge is then measured and the measurement results are used as a basis for the formation of the underhead geometry of the rivet. Since the curvature of the hole edge depends inter alia on the choice of material of the parts to be joined, the thickness of the parts to be joined and the size, in particular the diameter of the punch rivet, it is recommended to carry out such investigations for several typified applications and to provide several punch rivet sets with different lower head geometries.

Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich der Schafthohlraum des Nietschafts zum Nietfuß glockenartig erweitert. Seine Innenwand weist daher im Querschnitt gesehen einen insbesondere durchgehend gekrümmten Verlauf auf, welcher durch mehrere ineinander übergehende Krümmungsradien gebildet ist. Der Schafthohlraum ist zum Nietfuß hin offen und wird an der Nietkopfseite durch einen Schaftgrund begrenzt. Durch die glockenartige Ausgestaltung wird der Vorteil erzielt, dass – im Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei der die den Schafthohlraum begrenzende Innenwand auf einer Kegelmantelfläche liegt – der freie Raum im Bereich des Schaftgrunds erhöht ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass beim Fügevorgang der ausgestanzte Stanzbutzen zunehmend in den Schafthohlraum hineingepresst wird und hierbei aufgrund der sich zum Nietkopf hin verjüngenden Querschnittsfläche plastisch verformt werden muss. Diese Umformkräfte nehmen zum Ende des Fügevorgangs kontinuierlich zu. Durch die glockenartige Ausgestaltung wird die für die Umformung des Stanzbutzens notwendige Umformkraft am Ende des Fügevorgangs gering gehalten. Versuche haben gezeigt, dass allein durch diese Maßnahme eine Reduzierung der notwendigen Fügekraft um 10% erreicht ist im Vergleich zu einem Halbhohlstanzniet, dessen Schafthohlraum durch eine Kegelmantelfläche begrenzt ist.According to one expedient embodiment, it is provided that the shaft cavity of the Rivet shaft bellied to the rivet base extended. Its inner wall therefore has a cross-section seen in particular continuously curved course on, which by several merging radii of curvature is formed. The shaft cavity is open to the rivet foot and is at the Nietkopfseite bounded by a stem bottom. Due to the bell-like design the advantage is achieved that - in Compared to an embodiment in which the shaft cavity limiting inner wall is located on a conical surface - the free space in the area of the stem bottom increased is. This embodiment is based on the consideration that the joining process the punched-out punching slug increasingly pressed into the shaft cavity and this is due to the rejuvenating towards the rivet head Cross sectional area must be plastically deformed. These forming forces increase towards the end of the joining process continuously too. Due to the bell-like configuration is the for the Forming the punching tool necessary forming force at the end of the joining process kept low. Experiments have shown that only by this measure a Reduction of the necessary joining force achieved by 10% compared to a semi-hollow punch, whose Shaft cavity is limited by a conical surface.

Zweckdienlicherweise sind zur Ausgestaltung der glockenartigen Ausbildung ein Grundradius, ein Schaftradius sowie ein Übergangsradius vorgesehen. Der Grundradius begrenzt den Schafthohlraum zum Nietkopf hin, der Schaftradius begrenzt den Schafthohlraum zum Nietschaft und der Übergangsradius verbindet die beiden vorgenannten Radien miteinander. Der glockenartige Verlauf wird daher insbesondere durch diese drei Radien abschließend gebildet. Es hat sich als zweckdienlich herausgestellt, wenn für diese Radien die im Anspruch 6 angeführten Beziehungen gelten.Conveniently, are to form the bell-like training a basic radius, a Shaft radius and a transition radius intended. The base radius limits the shaft cavity to the rivet head The stem radius limits the stem cavity to the rivet shank and the transition radius connects the two radii mentioned above. The bell-like Course is therefore formed in particular by these three radii final. It turned out to be useful if for this Radii listed in claim 6 Relationships apply.

Im Hinblick auf das Aufspreizverhalten des Nietschafts folgt der glockenartige Verlauf der Innenwand bevorzugt in etwa einem Kegel, d.h. der Schafthohlraum verjüngt sich zum Nietkopf hin zunehmend und in etwa konisch, mit der Maßgabe, dass die Innenwand einen insbesondere durchgehend gekrümmten Verlauf einnimmt.in the With regard to the spreading behavior of the rivet shank follows the bell-like The course of the inner wall preferably in about a cone, i. the shaft cavity rejuvenated towards the rivet head becoming increasingly and approximately conical, with the proviso that the inner wall a particular continuous curved course occupies.

Der Öffnungswinkel des Kegels liegt hierbei insbesondere im Bereich zwischen 40 und 70°, vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 60 bis 65°. Mit einem derartigen Öffnungswinkel wird im Sinne einer qualitativ hochwertigen Stanznietverbindung ein geeignetes Aufspreizverhalten bei hochfesten Stählen erzielt.The opening angle The cone is in particular in the range between 40 and 70 °, preferably in the range between about 60 to 65 °. With such an opening angle is in the sense of a high-quality Punch rivet connection achieved a suitable spreading behavior in high-strength steels.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung weist der Nietschaft eine nach innen auf eine Mittellängsachse des Halbhohlniets gekrümmte Außenwand auf. Die Außenwand des Nietes im Schaftbereich folgt daher einem Verlauf, welcher sich durch einen Außenwandradius bestimmten lässt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass beim im Wesentlichen plastischen Umformen der Fügeteile diese auch elastisch verformt werden, so dass auf den Nietschaft radiale, elastische Rückstellkräfte ausgeübt werden. Diese führen zu einer hohen Reibung zwischen dem Nietschaft und den Fügeteilen beim Fügevorgang, zu deren Überwindung ein Teil der Fügekraft erforderlich ist. Durch die nach innen gewölbte Außenwand werden die auf den Nietschaft einwirkenden elastischen Rückstellkräfte reduziert. Auch hierdurch wird insgesamt die notwendige Fügekraft reduziert. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Maßnahme ist darin zu sehen, dass die beim Aufspreizen des Nietschafts am Außenumfang des Nietschafts auftretenden Druckkräfte im Vergleich zu einer zylinderförmigen Außenwand reduziert sind. Der Nietschaft ist daher insgesamt geringeren Kräften beim Aufspreizen ausgesetzt, so dass die Gefahr einer Rissbildung reduziert ist.According to one expedient further education, the rivet stock one inside on a central longitudinal axis of semi-tubular rivet curved outer wall on. The outer wall of the rivet in the shaft region therefore follows a course, which is through an outer wall radius determined. This embodiment is the consideration the basis for the essentially plastic forming of the parts to be joined These are also deformed elastically, so that on the rivet shank radial, elastic restoring forces are exerted. These lead to a high friction between the rivet shank and the parts to be joined Joining process, to overcome them a part of the joining force is required. Due to the inwardly curved outer wall are on the Rivet shaft acting elastic restoring forces reduced. Also by this overall, the necessary joining force reduced. An additional one Advantage of this measure can be seen in the fact that during spreading of rivet shank on outer periphery the riveting occurring pressure forces in comparison to a cylindrical outer wall are reduced. The rivet shank is therefore lower overall forces during spreading exposed, so that the risk of cracking is reduced.

Zweckdienlicherweise schließt sich an den Außenwandradius der erste Unterkopfradius an. Insgesamt nimmt daher der Nietschaft einen durchgängig gekrümmten Verlauf vom Nietfuß bis zur Nietkopfunterseite ein. Der Außenwandradius ist hierbei zweckdienlicherweise etwa so groß gewählt wie der Schaftradius.Conveniently, includes to the outer wall radius the first subheading radius. Overall, therefore, takes the riveting a consistent curved Course from the rivet foot to to the bottom of the rivet head. The outer wall radius is expedient here chosen as big as the shaft radius.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Nietkopf einen umlaufenden Nietkopfrand auf, der schräg in eine Kopfoberseite des Nietkopfes übergeht, so dass ein materialfreier Eckbereich ausgebildet ist. Unter einem schrägen Übergangsbereich wird hier allgemein die Abweichung von einem rechtwinkligen Eckbereich zwischen dem Nietkopfrand und der Kopfoberseite verstanden. Der Nietkopf weist in diesem Übergangsbereich eine kegelartige Mantelfläche oder auch eine gebogene oder gekrümmte Mantelfläche auf. Diese Maßnahme dient insbesondere zur Vermeidung einer Spaltkorrosion bei der fertigen Stanznietverbindung. Beim Fügevorgang kann es aufgrund von Toleranzen im Fügesystem zu einem nicht konzentrischen Fügen des Nietes kommen, so dass ein Teilbereich des Nietkopfes auf dem oberen Fügeteil aufliegt und ein anderer Teilbereich des Nietkopfes vom oberen Fügeteil beabstandet ist. Im weiteren Verlauf des Fügevorgangs wird dann der Nietkopf insgesamt gegen das obere Fügeteil gepresst. Hierbei können erhebliche Kräfte auf den Nietkopf einwirken. Mit dem abgeschrägten Übergangsbereich ist in diesem Fall die Möglichkeit geschaffen, dass der Nietkopf in seinem Randbereich nach oben in das materialfreie Eck ausweicht, also verformt wird. Bei einer Ausbildung ohne materialfreiem Eck ist dies aufgrund der planen Fläche des Stempels beim Fügevorgang nicht möglich. Durch diese Maßnahme lässt sich daher insgesamt gewährleisten, dass die Nietkopfunterseite vollständig um das Stanzloch umlaufend auf dem oberen Fügeteil aufliegt, so dass keine Spalte gebildet sind, die eine unerwünschte Spaltkorrosion begünstigen.In a preferred embodiment, the rivet head has a circumferential rivet head edge, which transitions obliquely into a head top of the rivet head, so that a material-free corner region is formed. Under an oblique transition region is here generally the deviation from a rectangular corner region between the rivet head border and the top of the head understood. The rivet head has in this transition region on a conical surface or even a curved or curved surface. This measure is used in particular to prevent crevice corrosion in the finished punch rivet connection. During the joining process, a non-concentric joining of the rivet may occur due to tolerances in the joining system, so that one subregion of the rivet head rests on the upper joining part and another subregion of the rivet head is spaced from the upper joining part. In the course of the joining process, the rivet head is then pressed against the upper joining part. This considerable forces can act on the rivet head. With the beveled transition region, the possibility is created in this case that the rivet head deflects in its edge region upwards into the material-free corner, that is to say it is deformed. In a training without material-free corner this is not possible due to the flat surface of the punch during the joining process. By means of this measure, it is therefore possible to ensure, overall, that the bottom of the rivet head rests completely around the punched hole on the upper joining part, so that no gaps are formed which promote undesirable crevice corrosion.

Zur Vermeidung der Spaltkorrosion ist vorzugsweise an der Nietkopfunterseite ein umlaufender und insbesondere scharfkantiger Steg oder Grat vorgesehen. Dieser schneidet daher quasi in das obere Fügeteil ein, so dass Spalte sicher vermieden sind.to Prevention of crevice corrosion is preferably at the Nietkopfunterseite a circumferential and in particular sharp-edged web or ridge provided. This therefore cuts into the upper joining part, so that column safely avoided.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch eine Stanznietverbindung gemäß Anspruch 14. Die im Hinblick auf den Halbhohlstanzniet angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Stanznietverbindung zu übertragen.The Task is according to the invention still solved by a punched rivet connection according to claim 14. The with respect on the Halbhohlstanzniet quoted Advantages and preferred embodiments are mutatis mutandis to transmit the punched rivet connection.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:embodiments The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. It each show in schematic representations:

1 eine stark vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Stanzvorrichtung mit einem Halbhohlstanzniet und zwei Fügeteilen zur Illustration des Fügevorgangs, 1 a greatly simplified cross-sectional view of a punching device with a semi-hollow punch rivet and two joining parts to illustrate the joining process,

2 eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Halbhohlniets, 2 a cross-sectional view of another semi-tubular rivet,

3 und 4 ausschnittsweise Darstellungen im Randbereich des Nietkopfs. 3 and 4 partial representations in the edge area of the rivet head.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß der 1 werden zwei als Stahlbleche 2A, 2B ausgebildete hochfeste Fügeteile mittels eines Halbhohlstanzniets 4 miteinander verbunden. Die beiden Bleche 2A, 2B weisen hierbei eine Zugfestigkeit oberhalb von 700 N/mm² bis hin zu 1.500 N/mm² auf. Derart hochfeste Bauteile werden insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie zunehmend eingesetzt, um bei gleichen oder verbesserten Materialeigenschaften Gewichtseinsparungen zur erzielen.In the embodiment according to the 1 become two as steel sheets 2A . 2 B trained high-strength joining parts by means of a Halbhohlstanzniets 4 connected with each other. The two sheets 2A . 2 B in this case have a tensile strength above 700 N / mm ² up to 1500 N / mm ² . Such high-strength components are increasingly used, in particular in the automotive industry, to achieve weight savings with the same or improved material properties.

Der Halbhohlstanzniet 4 besteht ebenfalls aus einem höchstfesten Material, insbesondere Stahl. Die Zugfestigkeit des hochfesten Materials liegt vorzugsweise im Bereich von 2.000–4.000 N/mm². Der Halbhohlstanzniet 4 umfasst einen Nietkopf 6 sowie einen sich an dessen Nietkopfunterseite 7 anschließenden Nietschaft 8, welcher sich in Richtung einer Mittellängsachse 10 des Stanzniets 4 zu einem endseitigen stumpfen Nietfuß 12 erstreckt. Die Breite b der stumpf ausgebildeten Stirnseite des Nietfußes 12 beträgt etwa 7 bis 20% des Außendurchmessers d des Nietschafts 8. Die Mittellängsachse 10 ist zugleich eine Rotationsachse des rotationssymmetrisch ausgebildeten Stanzniets 4.The semi-hollow punch rivet 4 also consists of a very high strength material, especially steel. The tensile strength of the high strength material is preferably in the range of 2,000-4,000 N / mm ² . The semi-hollow punch rivet 4 includes a rivet head 6 as well as at its Nietkopfunterseite 7 subsequent riveting 8th which extends in the direction of a central longitudinal axis 10 of the punch rivet 4 to an end blunt rivet foot 12 extends. The width b of the blunt end face of the Nietfußes 12 is about 7 to 20% of the outer diameter d of the rivet shank 8th , The central longitudinal axis 10 is at the same time a rotation axis of the rotationally symmetrical formed rivet 4 ,

Die Stanzvorrichtung umfasst eine Matrize 14, auf die die beiden Bleche 2 übereinander liegend aufgelegt werden. Die Matrize 14 weist eine scheibenartige Ausnehmung auf, deren Außendurchmesser üblicherweise größer als der Außendurchmesser des Nietschafts ist. Weiterhin ist ein Stempel 16 vorgesehen, der den Stanzniet 4 gegen die Matrize 14 drückt.The punching device comprises a die 14 to which the two sheets 2 be placed on top of each other. The matrix 14 has a disc-like recess whose outer diameter is usually larger than the outer diameter of the rivet shank. Furthermore, a stamp 16 provided that the punch rivet 4 against the matrix 14 suppressed.

Beim Stanzvorgang wird das obere Blech 2A durchstanzt, d.h. der Nietfuß 12 durchtrennt das obere Blech 2A und schneidet einen etwa scheibenförmigen Stanzbutzen 18 aus, der in einem Schafthohlraum 20 des Nietschafts 8 verbleibt. Durch die auf die Bleche 2A, 2B einwirkende Kraft werden diese verformt, so dass sich um das ausgestanzte Loch ein zur Mittellängsachse 10 hin gekrümmter Lochrand 22 ausbildet. Im weiteren Verlauf des Fügevorgangs erfolgt ein Aufspreizen des Nietschafts 8 radial nach außen derart, dass der Nietfuß 12 in das untere Blech 2B eindringt und somit einen Hinterschnitt und eine formschlüssige Verbindung ausbildet. Entscheidend für die fertige Stanznietverbindung (vollständig ausgebildete Stanznietverbindung ist hier nicht dargestellt) ist ein definierter Fügevorgang, an dessen Ende der Stanzniet 4 mit seiner Nietkopfunterseite 7 vollumfänglich auf dem oberen Blech 2A aufliegt. Durch das plane Aufliegen sind daher Spalte zwischen der Nietkopfunterseite 7 und dem oberen Blech 2A vermieden, so dass keine Gefahr einer Spaltkorrosion besteht. In diesem Endzustand sind die Bleche 2A, 2B zwischen dem Nietkopf 6 und dem aufgespreizten Nietschaft 8 eingeklemmt. Zum Ende des Fügevorgangs treten die höchsten Fügekräfte auf. Anhand des Kräfteverlaufs kann erkannt werden, ob der Fügevorgang erfolgreich war oder nicht. Die Fügekraft ist für die notwendigen Umformvorgänge der Bleche 2A, 2B und des Nietschafts 8 erforderlich. Ein nicht unerheblicher Teil der Fügekraft wird bei herkömmlichen Halbhohlstanznieten jedoch auch für Umformvorgänge aufgewendet, die für die Qualität der Stanznietverbindung keine oder nur eine unwesentliche Bedeutung haben.During punching, the upper sheet is 2A punched, ie the Nietfuß 12 cuts through the upper sheet metal 2A and cuts a roughly disc-shaped stamped joint 18 out in a sheep cavity 20 of the rivet shaft 8th remains. Through the on the sheets 2A . 2 B acting force these are deformed, so that around the punched hole one to the central longitudinal axis 10 curved edge of the hole 22 formed. In the further course of the joining process, the rivet shank is spread open 8th radially outward such that the rivet foot 12 in the lower plate 2 B penetrates and thus forms an undercut and a positive connection. Decisive for the finished punch rivet connection (fully formed rivet connection is not shown here) is a defined joining process, at the end of the punch rivet 4 with his rivet bottom 7 fully on the upper plate 2A rests. Due to the plane resting are therefore gaps between the Nietkopfunterseite 7 and the top sheet 2A avoided, so there is no risk of crevice corrosion. In this final state are the sheets 2A . 2 B between the rivet head 6 and the spread rivet shaft 8th trapped. At the end of the joining process, the highest joining forces occur. On the basis of the force curve can be detected whether the joining process was successful or not. The joining force is for the necessary forming operations of the sheets 2A . 2 B and the rivet 8th required. A not inconsiderable part of the joining force is added However, conventional semi-punched rivets but also spent for forming operations that have no or only a minor importance for the quality of the punched rivet.

Die Geometrie des im Folgenden zu den 1 und 2 beschriebenen Halbhohlstanzniets 4 weist insbesondere folgende Merkmale auf, um die notwendige Fügekraft gering zu halten:

a) Die Unterkopfgeometrie, also der Verlauf der Nietkopfunterseite zum Nietschaft 8 hin ist bereits im ungesetzten Zustand dem Krümmungsverlauf des Lochrands 22 angepasst, wie er sich beim Setzvorgang ausbildet.
b) Der Schafthohlraum 20 weist insgesamt eine glockenartige Form auf.
c) Der Nietschaft 8 weist eine nach innen in Richtung zur Mittellängsachse 10 gekrümmt ausgebildete Außenwand 26 auf.

The geometry of the following to the 1 and 2 half-punched rivet described 4 has in particular the following features in order to keep the necessary joining force low:

a) The lower head geometry, ie the course of the Nietkopfunterseite the rivet shank 8th is already in the unlocked state, the curvature of the hole edge 22 adapted, as it is formed during the setting process.
b) The shaft cavity 20 has an overall bell-like shape.
c) The riveting 8th has an inward toward the central longitudinal axis 10 curved outer wall 26 on.

Das Merkmal a) dient zugleich zur Vermeidung von mit Spalten einhergehender Spaltkorrosion. Weitere Maßnahmen zur Vermeidung der Spaltkorrosion sind folgende (vgl. insbesondere 3,4):

d) Es ist ein schräger, insbesondere gerundeter Übergang von einem Nietkopfrand 28 zu einer Kopfoberseite 30 vorgesehen.
e) Randseitig an der Nietkopfunterseite 7 ist ein umlaufendes, nach Art eines Stegs 32 ausgebildetes Formelement angeordnet.

The feature a) serves at the same time to avoid associated with columns crevice corrosion. Further measures for preventing crevice corrosion are the following (cf. 3 . 4 ):

d) It is an oblique, in particular rounded transition from a Nietkopffrand 28 to a head top 30 intended.
e) On the edge of the bottom of the rivet head 7 is a circumferential, like a bridge 32 arranged shaped element.

Versuche haben gezeigt, dass mit dem Merkmal a) die größte Fügekraftreduzierung im Vergleich zu einem herkömmlichen Stanzniet erreicht wird. Die weiterhin genannten Merkmale b), c) sowie teilweise auch d) dienen zur weitergehenden Reduzierung der Fügekraft. Gleichwohl können diese Merkmale sowie auch das Merkmal e) jeweils unabhängig vom Merkmal a) und auch unabhängig voneinander jeweils einzeln verwirklicht werden. Die Merkmale b) bis e) bilden daher für sich genommen jeweils eigene erfinderische Aspekte, unabhängig vom Aspekt nach Merkmal a).tries have shown that with the feature a) the largest joint force reduction compared to a conventional one Punch rivet is achieved. The further mentioned features b), c) and partly also d) serve to further reduce the joining force. Nevertheless, you can these features as well as the feature e) each independent of Feature a) and also independent each realized individually. The features b) to e) therefore form for each take their own inventive aspects, regardless of Aspect according to feature a).

Im Hinblick auf das Merkmal a) des an den Lochrand 22 angepassten Krümmungsverlaufs der Unterkopfgeometrie sind im Ausführungsbeispiel genau zwei Unterkopfradien vorgesehen, nämlich ein erster kleinerer Unterkopfradius R1 sowie ein zweiter, größerer Unterkopfradius R2, der sich an den ersten Unterkopfradius unmittelbar anschließt. Der erste Unterkopfradius R1 schließt sich an die im Ausführungsbeispiel der 1 zylindrische Außenwand 26 an. Der zweite Unterkopfradius R2 endet an einer Kante 34, die zugleich eine Begrenzungskante des Nietkopfrands 28 ist. Die Kante 34 ist zweckdienlicherweise scharfkantig ausgebildet, um ein möglichst dichtes Abschließen mit dem oberen Blech 2A im gesetzten Zustand zu gewährleisten. Wie aus 1 zu entnehmen ist, finden sich die beiden Unterkopfradien R1, R2 im Verlauf des Lochrands 22 wieder. D.h. die Unterkopfgeometrie ist an die Geometrie des Lochrands 22 angepasst und die beiden Krümmungsverläufe entsprechen sich. Da beim Fügevorgang aufgrund dieser angepassten Ausbildung die Nietkopfunterseite 7 sich weitgehend vollflächig und nicht nur punktuell an das obere Blech 2A anschmiegt, ist eine besonders dichte Verbindung zwischen der Nietkopfunterseite 7 und dem oberen Blech 2A erreicht und eine Spaltkorrosion vermieden. Zugleich ist für dieses dichte Aufliegen keine weitergehende Umformung des oberen Blechs 2A bzw. der Nietkopfunterseite 7 erforderlich. Bei einem Standard-Stahlstanzniet mit einem Außendurchmesser von etwa 5,3 mm des Nietfußes 12 und der Verwendung von hochfesten Blechen 2A, 2B beträgt der erste Unterkopfradius R1 vorzugsweise 1 mm und der zweite Unterkopfradius R2 vorzugsweise 7 mm.With regard to the feature a) of the hole edge 22 In the embodiment, exactly two sub-head radii are provided, namely a first smaller sub-head radius R1 and a second, larger sub-head radius R2, which adjoins the first sub-head radius directly in the exemplary embodiment. The first sub-head radius R1 follows that in the embodiment of the 1 cylindrical outer wall 26 at. The second sub-head radius R2 ends at an edge 34 , which also has a boundary edge of the rivet head edge 28 is. The edge 34 is expediently sharp-edged to close as tight as possible with the upper plate 2A in the set condition. How out 1 can be seen, the two Unterkopfradien R1, R2 can be found in the course of the hole edge 22 again. That is, the lower head geometry is related to the geometry of the hole edge 22 adapted and the two curvatures correspond. Since the joining process due to this adapted training, the Nietkopfunterseite 7 largely to the full surface and not only selectively to the upper sheet 2A clings, is a particularly tight connection between the Nietkopfunterseite 7 and the top sheet 2A achieved and avoided crevice corrosion. At the same time no further transformation of the upper sheet is for this tight resting 2A or the Nietkopfunterseite 7 required. For a standard steel punch rivet with an outside diameter of about 5.3 mm of the rivet base 12 and the use of high-strength sheets 2A . 2 B The first sub-head radius R1 is preferably 1 mm and the second sub-head radius R2 is preferably 7 mm.

Im Hinblick auf die glockenartige Ausgestaltung des Schafthohlraums 20 sind insgesamt drei unterschiedliche, den glockenartigen Verlauf bestimmende Radien vorgesehen, nämlich ein Schaftradius R3, ein Übergangsradius R4 sowie ein Grundradius R5. Insgesamt folgt die glockenartige Öffnung einem gestrichelt dargestellten Kegel und weist einen Öffnungswinkel α auf, der vorzugsweise im Bereich von etwa 60° bis 65° liegt. Der Schaftradius R3 ist nunmehr so gewählt, dass die den Schafthohlraum 20 begrenzende Innenwand 36 ausgehend von der innenliegenden Kante des stumpfen Nietfußes 12 in etwa entlang des Kegels verläuft. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, wird durch den gekrümmten Verlauf erreicht, dass sich im oberen, dem Nietkopf 6 zugewandten Drittel des Schafthohlraums 20 eine Verbreiterung des Hohlraums im Vergleich zu einer kegelförmigen Ausbildung erzielen lässt. Um den Raum im Bereich des Schaftgrundes, welcher durch den Grundradius R5 begrenzt ist, möglichst groß zu halten, ist der Übergangsradius R4, welcher den Übergang vom Schaftradius R3 zum Grundradius R5 definiert, möglichst klein gehalten. Gleichzeitig ist der Grundradius R5 wieder möglichst groß. Damit weist der Schafthohlraum auch im Bereich des Grundes eine hohe Öffnungsweite auf, also einen großen Durchmesser, welcher im Ausführungsbeispiel etwa 20% des Schaftaußendurchmessers ausmacht. Beim oben genannten Standard-Stahlstanzniet beträgt der Schaftradius R1 vorzugsweise 7 mm, der Übergangsradius R2 vorzugsweise etwa 1 mm und der Grundradius liegt etwa bei 4 mm. Der Schaftradius R1 bestimmt etwa 2/3 des Verlaufs der Innenwand 36.With regard to the bell-like design of the shaft cavity 20 are a total of three different, the bell-shaped course defining radii provided, namely a shank radius R3, a transition radius R4 and a base radius R5. Overall, the bell-shaped opening follows a cone shown in dashed lines and has an opening angle α, which is preferably in the range of about 60 ° to 65 °. The shaft radius R3 is now chosen so that the shaft cavity 20 bounding inner wall 36 starting from the inner edge of the blunt rivet foot 12 runs approximately along the cone. As can be seen from the figure, is achieved by the curved profile, that in the upper, the rivet head 6 facing third of the shaft cavity 20 allows broadening of the cavity as compared to a conical design. In order to keep the space in the region of the shaft base, which is limited by the basic radius R5, as large as possible, the transition radius R4, which defines the transition from the shaft radius R3 to the base radius R5, kept as small as possible. At the same time, the basic radius R5 is again as large as possible. Thus, the shaft cavity also in the region of the bottom on a high opening width, ie a large diameter, which accounts for about 20% of the shaft outer diameter in the embodiment. In the above-mentioned standard steel punch rivet, the shank radius R1 is preferably 7 mm, the transition radius R2 is preferably about 1 mm, and the base radius is about 4 mm. The shank radius R1 determines about 2/3 of the course of the inner wall 36 ,

Wie aus 2 zu entnehmen ist, ist die Außenwand 26 nach innen gekrümmt ausgebildet. Sie verläuft hierbei entlang eines Außenwandradiusses R6 von einer insbesondere scharfkantigen Außenkante 37 des Nietfußes 12 ausgehend bis zu dem ersten Unterkopfradius R1. Dieser Außenwandradius R6 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 7 und 15 mm.How out 2 it can be seen, is the outer wall 26 formed curved inwards. It runs along an outer wall radius R6 of a particular sharp-edged outer edge 37 of the rivet foot 12 starting up to the first sub-head radius R1. This outer wall radius R6 is, for example, in the range between 7 and 15 mm.

Wie aus den 1 bis 3 hervorgeht, ist der Übergang vom Nietkopfrand 28 zu der Kopfoberseite 30 gerundet ausgebildet. Alternativ kann auch eine Abschrägung vorgesehen sein. Im Vergleich zu einer gedachten horizontalen Weiterführung der Kopfoberseite 30 sowie einer gedachten vertikalen Weiterführung des Nietkopfrandes 28 ist daher ein materialfreier Eckbereich 38 ausgebildet. Wie insbesondere in 1 zu erkennen ist, liegt der Stempel 16 in diesem Bereich nicht auf und es besteht somit die Möglichkeit, dass der Nietkopf 6 sich bei Bedarf nach oben zum Stempel 16 während des Fügevorgangs verformt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Stanzniet 4 partiell nicht mit dem Blech 2A abschließt. In diesem Fall würde die Gefahr der Spaltkorrosion aufgrund einer fehlenden Auflage der Nietkopfunterseite 7 auf dem oberen Blech 2A gegeben sein. Wie aus den Figuren zu entnehmen ist, beginnt die Ausbildung dieses gerundeten oder abgeschrägten Übergangsbereichs etwa ab dem letzten Drittel einer Nietkopfhöhe h.Like from the 1 to 3 is apparent, is the transition from Nietkopffrand 28 to the top of the head 30 rounded. Alternatively, a bevel may be provided. Compared to an imaginary horizontal continuation of the top of the head 30 and an imaginary vertical continuation of the Nietkopffrandes 28 is therefore a material-free corner area 38 educated. As in particular in 1 can be seen, is the stamp 16 in this area not on and there is thus the possibility that the rivet head 6 If necessary, up to the stamp 16 deformed during the joining process. This is particularly advantageous when the punch rivet 4 partially not with the sheet 2A concludes. In this case, the risk of crevice corrosion due to a lack of support of Nietkopfunterseite 7 on the upper sheet 2A be given. As can be seen from the figures, the formation of this rounded or bevelled transitional region begins approximately from the last third of a Nietkopfhöhe h.

Alternativ oder ergänzend hierzu ist gemäß 4 an der Kopfunterseite der Steg 32 vorgesehen, welcher beim Fügevorgang ein sicheres und bündiges Aufliegen auf dem oberen Blech 2A gewährleistet. Der als Formelement ausgebildete Steg 32 schließt bündig an der Außenseite des Nietkopfrands 28 an und ist vollständig umlaufend angeordnet.Alternatively or additionally, according to 4 at the top of the bridge 32 provided, which in the joining process a safe and flush resting on the upper plate 2A guaranteed. The web formed as a form element 32 closes flush with the outside of the rivet head edge 28 and is arranged completely circumferentially.

2A2A: oberes Blechupper sheet
2B2 B: unteres Blechlower sheet
44: HalbhohlstanznietHalbhohlstanzniet
66: Nietkopfrivet head
77: Nietkopfunterseiterivet head
88th: Nietschaftrivet
1010: Mittellängsachsecentral longitudinal axis
1212: Nietfußrivet foot
1414: Matrizedie
1616: Stempelstamp
1818: Stanzbutzenslug
2020: Schafthohlraumshank cavity
2222: Lochrandhole edge
2626: Außenwandouter wall
2828: NietkopfrandNietkopfrand
3030: KopfoberseiteTop of the head
3232: Stegweb
3434: Kanteedge
3636: Innenwandinner wall
3737: Außenkanteouter edge
3838: Eckbereichcorner
αα: Öffnungswinkelopening angle
bb: Breitewidth
dd: Außendurchmesserouter diameter
hH: Nietkopfhöherivet head
R1R1: erster Unterkopfradiusfirst Under head radius
R2R2: zweiter Unterkopfradiussecond Under head radius
R3R3: Schaftradiusshank radius
R4R4: ÜbergangsradiusTransition radius
R5R5: Grundradiusbase radius
R6R6: AußenwandradiusOuter wall radius

Claims

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) with a rivet head having a Nietkopfunterseite ( 6 ), a subsequent riveting ( 8th ), as well as with a rounded Nietkopfunterseite ( 7 ), characterized in that the course of the Nietkopfunterseite ( 7 ) a first smaller underhead radius (R1) and towards the rivet head ( 6 ) includes a second larger sub-head radius (R2) that is about 3 to 10 times the first sub-head radius (R1).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to claim 1, characterized in that the course of the Nietkopfunterseite ( 7 ) is formed by the first smaller (R1) and the second larger lower head radius (R2).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to claim 2, characterized in that the second sub-head radius (R2) corresponds approximately to 7 times the first sub-head radius (R1).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rivet shank ( 8th ) become a rivet foot ( 12 ) bell-like expanding shaft cavity ( 20 ), whose inner wall ( 36 ) seen in cross section has a course with a plurality of merging radii of curvature (R3, R4, R5).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to claim 4, characterized in that provided as radii of curvature are a base radius (R5), the Schafthohlraum ( 20 ) to the rivet head ( 6 ), a shank radius (R3) connecting the shaft cavity ( 20 ) to the rivet ( 8th ) and a transition radius (R4) connecting the base radius (R5) to the shaft radius (R3).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to claim 5, characterized in that for the radii of curvature essentially the relationships are that - the shaft radius (R3) about 3 to 10 times and in particular about 7 times the transition radius (R4), - the shaft radius (R3 ) about 1.5 to 3 times the basic radius (R5) and - the base radius (R5) is about 2 to 5 times the transition radius (R4).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the bell-like course of the inner wall ( 36 ) follows in approximately a cone with an opening angle (α).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to claim 7, characterized in that the opening angle (α) in the range between 40 ° to 70 ° and in particular in the range between about 60 ° to 65 °.

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rivet shank ( 8th ) an inwardly on a central longitudinal axis ( 10 ) of the half-tubular rivet ( 4 ) curved outer wall ( 26 ) having an outer wall radius (R6).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to claim 9, characterized in that adjoins the outer wall radius (R6) of the first sub-head radius (R1).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to claim 9 or 10 and claim 5, characterized in that the outer wall radius (R6) is about as large as the shaft radius (R3).

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rivet head ( 6 ) a circumferential Nietkopffrand ( 28 ), which obliquely into a head top ( 30 ), so that a material-free corner area ( 38 ) is trained.

Semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at the Nietkopfunterseite ( 7 ) a circumferential bridge ( 32 ) is arranged.

Punch rivet connection between at least two parts to be joined ( 2A . 2 B ), which by means of a semi-hollow punch rivet ( 4 ) according to any one of the preceding claims, wherein the semi-hollow punch rivet ( 4 ) a rivet head ( 6 ) and a rivet ( 8th ) and a rounded Nietkopfunterseite ( 7 ), wherein in the set state, the hollow punch rivet ( 4 ) facing joining part ( 2A ) a punched hole with an inwardly curved hole edge ( 22 ), characterized in that the curvature of the Nietkopfunterseite ( 7 ) of the semi-hollow punch rivet ( 4 ) in the unactivated state the curvature of the hole edge ( 22 ) is adjusted in the set state.