WO2011092014A1 - Verbindungselement und herstellungsverfahren für ein verbindungselement - Google Patents

Verbindungselement und herstellungsverfahren für ein verbindungselement Download PDF

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WO2011092014A1
WO2011092014A1 PCT/EP2011/000363 EP2011000363W WO2011092014A1 WO 2011092014 A1 WO2011092014 A1 WO 2011092014A1 EP 2011000363 W EP2011000363 W EP 2011000363W WO 2011092014 A1 WO2011092014 A1 WO 2011092014A1
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connecting element
element according
foot
head
rivet
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PCT/EP2011/000363
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English (en)
French (fr)
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Roland Wendt
Michael Badent
Wolfgang Pfeiffer
Original Assignee
Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Priority to EP11703127.8A priority patent/EP2529123B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00—Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04—Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/08—Hollow rivets; Multi-part rivets
    • F16B19/086—Self-piercing rivets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/58—Making machine elements rivets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/04—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation using engine as brake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/04—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of riveting

Definitions

  • This also includes the punch riveting, in which a connecting element such as a half-hollow or solid punch rivet for punctiform joining of components is introduced into this by z.
  • a stamp acts from above on the connecting element and presses this through a punch-side top of the components to be joined and created in conjunction with a die the StanznietMIS.
  • the punch riveting is used in particular for connecting a plurality of sheet metal layers, wherein at the resulting connection point, the components to be joined are not previously punched.
  • a solid punch rivet may be subdivided along its length into different sections such as a head section, a shaft section and a foot section with a cutting edge.
  • connection tasks eg. B. depending on the type and number of components to be joined together and / or in terms of a technical and
  • the object of the present invention is to provide a convenient object of the present invention.
  • the invention is initially based on a connecting element for forming a stamped rivet connection of at least two component sections, wherein the connecting element is divided over its length into a head section, a foot section and a shaft section extending between the head section and the foot section, and the foot section its free end a
  • a connecting element for forming a stamped rivet connection of at least two component sections, wherein the connecting element is divided over its length into a head section, a foot section and a shaft section extending between the head section and the foot section, and the foot section its free end a
  • a connecting element for forming a stamped rivet connection of at least two component sections
  • the shank portion is preferably over his
  • the connecting element is rotationally symmetrical to its
  • An essential aspect of the invention is that an annular circumferential increase in the foot portion between the foot base and the shaft portion is formed. About the circumferential increase in the foot section forces can be absorbed on both sides or circumferentially in the longitudinal direction of the connecting element. Thus, the punched rivet connection formed with the proposed connecting element can be improved.
  • the length of the elevation itself is comparatively small relative to the total length of the connecting element.
  • the connecting element is also referred to as a solid rivet.
  • the connecting element according to the invention is also characterized in that it has a relatively high tolerance to variations in sheet thickness, so that in a
  • the thickness of the component sections to be joined can vary greatly without technical compromises in the connection created
  • Total thickness of the multiple component sections differ.
  • the circumferential increase can be directly due to a protrusion of material to adjacent sections extending over a substantial length of the connecting element and reach up to the increase without material removal and / or the increase may be due to a
  • Constriction or depression which is immediately adjacent to the increase on one or both sides of the increase, result.
  • the shank portion has a diameter which is smaller than a diameter of the foot base.
  • the shank portion may have a largest outer diameter with an elliptical or polygonal cross-section or a cylinder diameter which is smaller than a diameter of the particular
  • Connecting elements usually have a shank portion which corresponds to the diameter of the foot portion.
  • Component sections provide more volume, which is at
  • the shaft portion is formed over its longitudinal extension without an increase. This also makes it possible that more space is available for re-flow of formed component sections in the region of the rivet shank. -Also, the production of the
  • Shank portion are minimized to a shape, in particular regardless how many layers of component sections with the
  • a region is formed such that the roughness of the region is increased in relation to adjacent regions. Under a portion of the shaft portion, an area of the
  • the entire shaft portion is formed with an increased roughness with respect to the shaft portion adjacent areas. So far, the entire to the
  • Shank portion is increased.
  • the increase in roughness causes in particular advantageously that a
  • Stamp-side material can not easily flow down the lateral surface or the outside of the connecting element in the region of the shaft portion.
  • the increase in the roughness or the associated coefficient of friction of the surface area concerned can be set up in many different ways. For example, by an adaptation of the surface or external structure, for example by an introduced knurl structure, a slight waviness or a knob-like surface structure and / or by a surface roughening processing step.
  • the roughness is influenced or determined by the choice of the material forming the surface of the area concerned, for example by a coating and / or the presence of elements which change the roughness, for example of a material which differs from the material, which consists of the majority of the shaft portion.
  • the shaft section viewed in the longitudinal direction of the connecting element, to have a shape deviating from the cylindrical shape.
  • the shaft section may be configured so that the shank portion tapers and / or widened at least in sections or otherwise differs from a cylindrical shape, wherein the deviation from the cylindrical shape may be comparatively small.
  • Shank portion may be inclined relative to the longitudinal axis of the connecting element by fractions of an angular degree or by a few degrees, for example.
  • the shank portion of the full punch rivet may extend to the foot portion or to the
  • the taper or widening can be linear or along a curve. Also a combination of them in adjacent to each other
  • Shank section can in the formation of a
  • Connecting element for connecting at least two
  • Component sections due to an improved anchoring of the component sections on the shaft portion to be advantageous.
  • the circumferential increase has an outer diameter which is slightly smaller than a diameter of the foot base.
  • the circumferential increase thus has at its radially to
  • Diameter which is slightly smaller than a diameter of the pedestal in particular smaller than one
  • the circumferential increase can z. B. have an outer diameter which is about 0.1 mm smaller than the outer diameter of the
  • the constriction is especially immediately before the circumferential increase in the foot section.
  • This constriction may in particular have concave and very gentle or flat inclined flanks.
  • the diameter at the bottom of the constriction may be, for example, only a few percent lower, z. B. 3% less than the existing in the shaft portion over the substantial extent diameter of the shaft portion.
  • the circumferential increase has an outer diameter which is slightly smaller than a diameter of the foot base.
  • the circumferential increase thus has at its radially to
  • Diameter which is slightly smaller than a diameter of the pedestal in particular smaller than one
  • the circumferential increase can z. B. have an outer diameter which is about 0.1 mm smaller than the outer diameter of the
  • a circumferential constriction exists.
  • the constriction is especially immediately before the circumferential increase in the foot section.
  • This constriction may in particular have concave and very gentle or flat inclined flanks.
  • the diameter at the bottom of the constriction may be, for example, only a few percent lower, z. B. 3% less than the existing in the shaft portion over the substantial extent diameter of the shaft portion.
  • the connecting element is thus enclosed in a contact-like manner almost completely on the outside by deformed material of the component sections to be connected.
  • circumferential increase is configured.
  • exactly one such circumferential recess is present. This makes it possible, in particular, for subsequent flow of a material on the die side of the lower die-side component section of the die-side component part
  • the reason of the relevant circumferential recess that is to say a point of the recess which is closest to the longitudinal axis, has in particular substantially the diameter of the recess
  • Shank portion corresponding diameter This is advantageous in terms of stability reasons of the connecting element.
  • the head portion has at its free end a head base with a cylindrical or cylindrical shape at least approximately basic shape. This increases the stability of the head section, in particular against tearing in the created stamped rivet connection.
  • the connecting element according to the invention by an optimized adaptation to known or
  • Head socket and the shaft portion is arranged.
  • the concave shape is formed as a groove.
  • the concavity is formed in particular uniformly from the lower edge of the head base to the cylindrical portion of the shaft portion.
  • the transition from the concave region to the shank portion is realized in particular without offset or flush with the outer contour of the connecting element.
  • the entire portion between the lower edge of the head socket and the shaft portion is formed by the concave portion.
  • a conical region is formed in the head section between the head base and the shaft section.
  • an oblique course or a chamfer between the head base and the shaft portion may be advantageous, in particular with regard to a
  • a concave transition exhibits a significant difference, which is advantageous in a number of applications.
  • a markedly reduced bending stress in the upper one is required
  • Component section can be achieved in the concavity.
  • Cove is about 20 to 30%, the shaft portion about 40 to 60% and the foot portion is about 30 to 40%. This has been shown with selected solid rivets in practice-relevant arrangements for the formation of a punched rivet connection.
  • Foot base is larger.
  • Theticiansockel carefullymesser can z. B. be about 10 to 20% larger. So stands in the shaft section for punched riveting material is more or less material
  • Connecting element form not rotationally symmetrical.
  • a variety of desired or individual geometries of the connecting element can be provided.
  • Particularly preferred is a polygonal cross-sectional shape of the connecting element.
  • the rivet head has an additional functional area, such as a bolt or a thread, which can protrude into a formed stamped rivet connection of at least one component section via an upper side of an upper component section.
  • connection element Manufacture of the connecting element is taken into account or not yet used according to the connection element
  • the invention also relates to a method for producing a connecting element for forming a stamped rivet connection of at least two component sections, in particular for producing a connecting element according to one of the embodiments described above.
  • the connecting element is produced by a massive forming process from a material blank, wherein the
  • the shape of the connecting element changes along the longitudinal or rivet axis.
  • the cutting edge may have a round shape or the
  • Grooves can possibly inhibit a material flow in the production of a punched rivet connection, if necessary.
  • the following head shapes of the connecting element are z. B.
  • Recesses such as grooves or the like are in view of the geometry of the groove or an optionally
  • the foot portion or the foot base to the lower edge, which forms a cutting edge widens conically. Also depressions are on the frontal plane surface of the
  • Connection element formed connecting point is improved.
  • Figure 1 a preferred embodiment of a
  • Figure 11 a sectional view through an area
  • FIG. 1 shows from the side a solid punch rivet 1
  • the solid punch rivet 1 is formed, two or more
  • the solid punch rivet 1 comprises different lengths along the longitudinal axis L.
  • the top 5 opposite is a bottom 6th
  • the underside 6 is delimited on the outside by an all-round cutting edge 7 and itself delimits on the front side a foot base 8, which is cylindrically shaped and has a height -ps in the direction of the longitudinal axis L.
  • Cutting edge 7 is used in particular for the clean setting of a hole diameter of a pierced in the punch rivet hole in the upper sheet metal layer, for example, three to
  • the foot base 8 is cylindrical here, but can also be a cylindrical basic shape approximate shape
  • a closed circumferential, mainly concave groove 9 connects.
  • the groove 9 can in full punch riveting
  • Nietfußes 4 forms a circumferentially formed and externally rounded ring 10, the diameter D is slightly smaller than a diameter Dps of the foot base eighth
  • the rivet shank 3 is here completely cylindrical and has a diameter Dg which is smaller by about 10% than the diameter Dps of the
  • Foot pedestal 8 is.
  • the height H $ of the cylindrical rivet shank 3 makes up about 30% of the total length GL. Due to the transition or the diameter jump from the ring 10 to the rivet shank 3, a shoulder is formed, on which deformed material of the component sections to be joined together on the shaft side
  • the diameter in the groove bottom of the groove 9 corresponds approximately to the diameter D ⁇ of the rivet shank 3.
  • the rivet head 2 adjoins the rivet shank 3 at the top, which widens concavely via a groove 12 of the rivet shank 3 with a radius R and extends up to a head base 13 which has a height HRS which is only about one third of the height Hps of the pedestal is.
  • the head base 13 is formed as the foot base 8 cylindrical.
  • the head base 13 is the front side by an upper plane surface or the
  • the total thickness of the component sections or the sheet metal layers to be joined may vary comparatively far.
  • Total sheet thicknesses e.g. between 4.5 mm and about 3.0 mm
  • Head socket 13 acts, which counteracts in particular a chipping of the rivet head 2. Because due to the groove 12 and the paragraph free transition to the rivet shank 3, an upper sheet metal layer is less strongly bent down at the connection point or pulled under the head socket 13, so that the tension on the head base 13 is reducible.
  • Material flow is realized by material of the component sections to be joined together, in particular what a
  • FIG. 2 shows very schematically basic relationships of a production of the solid rivet 1 according to FIG a material blank 20 is positioned relative to tool segments 21, a punch 23 and a die 22, and
  • FIG. 3 shows z. B. an arrangement without
  • FIG. 7 to FIG. 10 show exemplary embodiments
  • FIG. 11 shows a section through a finished one
  • Coved groove 26 is formed, and three interconnected sheets 30, 31 and 32. It can be seen that the upper
  • Sheet 30 which consists of an ultra-high-strength material is not or barely bent downwards, since the groove 26 is sufficient space for the plate 30 is available.
  • a ring 27 serves to support the middle and lower plates 31 and 32.
  • a groove 28 is connected to the lower one

Abstract

Es wird ein Verbindungselement (25) zur Ausbildung einer Stanznietverbindung von wenigstens zwei Bauteilabschnitten (30-32) vorgeschlagen, wobei ein Fußabschnitt an seinem freien Ende einen Fußsockel (29) mit einer zylindrischen oder der Zylinderform zumindest angenäherten Grundform aufweist. Erfindungsgemäß ist eine ringförmig umlaufende Erhöhung (27) im Fußabschnitt zwischen dem Fußsockel (29) und dem Schaftabschnitt ausgebildet.

Description

"Verbindungselement und Herstellungsverfahren für ein Verbindungselement "
Stand der Technik:
Im Bereich der Fertigungsverfahren ist das Fügen durch
Umformen eine in vielen Anwendungen bevorzugte Technik. Dazu zählt auch das Stanznieten, bei welchem ein Verbindungselement wie beispielsweise ein Halbhohl- oder Vollstanzniet zum punktuellen Verbinden von Bauteilen in diese eingebracht wird, indem z. B. ein Stempel von oben auf das Verbindungselement einwirkt und dieses durch eine stempelseitige Oberseite der zu verbindenden Bauteile drückt und im Zusammenwirken mit einer Matrize die Stanznietverbindung erstellt. Das Stanznieten dient insbesondere zum Verbinden von mehreren Blechlagen, wobei am entstehenden Verbindungspunkt die zu verbindenden Bauteile zuvor nicht gelocht werden.
Ein Vollstanzniet kann über seine Länge in unterschiedliche Abschnitte wie einen Kopfabschnitt , einen Schaftabschnitt und einen Fußabschnitt mit einer Schneidkante unterteilt werden.
Im Hinblick auf unterschiedlichste Verbindungsaufgaben, z. B. abhängig von der Art und Zahl der miteinander zu verbindenden Bauteile und/oder im Hinblick auf eine technisch und
wirtschaftlich zu realisierende Herstellung des
Verbindungselements sind die bekannten Verbindungselemente noch nicht in allen Punkten ausgereift.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Derzeit werden diese Verbindungselemente aufwändig spanend hergestellt .
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
Stanznietverbindungen im Hinblick auf technische und
wirtschaftliche Gesichtpunkte zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aufgezeigt.
Die Erfindung geht zunächst aus von einem Verbindungselement zur Ausbildung einer Stanznietverbindung von wenigstens zwei Bauteilabschnitten, wobei sich das Verbindungselement über seine Länge in einen Kopfabschnitt , einen Fußabschnitt und einen Schaftabschnitt, der sich zwischen dem Kopfabschnitt und dem Fußabschnitt erstreckt, unterteilt, und der Fußabschnitt an seinem freien Ende einen Fußsockel mit einer zylindrischen oder der Zylinderform zumindest angenäherten Grundform
aufweist. Der Schaftabschnitt ist bevorzugt über seine
wesentliche Erstreckung ebenfalls zylindrisch oder in einer der Zylinderform nahekommenden Form ausgebildet beispielsweise im Querschnitt leicht elliptisch. Gegebenenfalls kann der Schaftabschnitt außen leicht konisch sein. In der Regel ist das Verbindungselement rotationssymmetrisch zu seiner
Längsachse, kann aber auch geringfügig davon abweichen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, dass eine ringförmig umlaufende Erhöhung im Fußabschnitt zwischen dem Fußsockel und dem Schaftabschnitt ausgebildet ist. Über die umlaufende Erhöhung im Fußabschnitt können in Längsrichtung des Verbindungselements beidseitig bzw. umfänglich Kräfte aufgenommen werden. Damit kann die mit dem vorgeschlagenen Verbindungselement ausgebildete Stanznietverbindung verbessert werden. Die Länge der Erhöhung selbst ist bezogen auf die Gesamtlänge des Verbindungselements vergleichsweise gering. Das Verbindungselement wird auch als Vollstanzniet bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement zeichnet sich auch dadurch aus, dass es eine relativ hohe Toleranz gegenüber Blechdickenschwankungen besitzt, so dass bei einer
betrachteten Länge des Verbindungselements die Dicke der zu verbindenden Bauteilabschnitte stark variieren kann, ohne dass bei der erstellten Verbindung technische Kompromisse
hingenommen werden müssen. Außerdem ist es besonders
wirtschaftlich, dass ein Verbindungselement mit einem
gewählten Längenmaß ohne Abstriche geeignet ist für eine
Vielzahl von Bauteilpaarungen, die sich in der Summe der
Gesamtdicke der mehreren Bauteilabschnitte unterscheiden.
Die umlaufende Erhöhung kann sich unmittelbar durch einen Materialüberstand zu benachbarten Abschnitten ergeben, die sich über eine wesentliche Länge des Verbindungselements erstrecken und bis an die Erhöhung ohne Materialwegnahme heranreichen und/oder die Erhöhung kann sich durch eine
Einschnürung bzw. Vertiefung, die unmittelbar benachbart zur Erhöhung ein- oder beidseitig der Erhöhung vorhanden ist, ergeben .
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Schaftabschnitt einen Durchmesser aufweist, der geringer als ein Durchmesser des Fußsockels ist. Insbesondere kann der Schaftabschnitt einen größten Außendurchmesser bei elliptischem bzw. polygonalem Querschnitt bzw. einen Zylinderdurchmesser aufweisen, der geringer ist als ein Durchmesser des insbesondere
zylindrischen Fußsockels. Damit steht verglichen zu bekannten vergleichbaren Verbindungselementen mehr Raum für
Materialbereiche der Bauteilabschnitte zur Verfügung, die beim Stanznietumformprozess fließen und so eine Formveränderung der zu verbindenden Bauteilabschnitte bewirken. Bekannte
Verbindungselemente weisen in der Regel einen Schaftabschnitt auf, welcher dem Durchmesser des Fußabschnitts entspricht.
Demgegenüber steht erfindungsgemäß dem Material der
Bauteilabschnitte mehr Volumen zur Verfügung, was bei
bekannten Verbindungselementen von Schaftmaterial ausgefüllt ist .
Das erweiterte Ausweichvolumen wirkt sich insbesondere
vorteilhaft dahingehend aus, dass einem stempelseitigen bzw. oberen Bauteilabschnitt, an dem der Fußabschnitt des
Verbindungselements beim Stanznieten zuerst in Kontakt kommt, mehr Raum zur Verfügung steht. Damit wird durch zwischen den Bauteilabschnitten wirkende Kräfte in den stanzgenieteten Bauteilabschnitten, wobei die Kräfte zu bisherigen
Verbindungen reduziert sind, eine entsprechende Spannung im Bereich der ausgebildeten Stanznietverbindung ebenfalls verringert. So lässt sich insbesondere eine mechanische
Belastung auf den Kopfabschnitt reduzieren gegenüber
bisherigen Anordnungen, womit es erfindungsgemäß auch zu keinem "Wegplatzen" des Kopfabschnitts mehr kommt, was bisher bei Verwendung von Verbindungselementen z. B. mit im
Verhältnis zum Fußsockel nicht verringertem Schaftabschnitt auftreten kann.
Es ist überdies vorteilhaft, dass der Schaftabschnitt über seine Längserstreckung ohne eine Erhöhung ausgebildet ist. Auch dies macht es möglich, dass mehr Raum für ein Nachfließen von umgeformten Bauteilabschnitten im Bereich des Nietschafts zur Verfügung steht. -Außerdem ist die Herstellung des
unprofilierten Schaftabschnitts einfacher bzw. lässt sich eine vergleichsweise einfache Geometrie des Verbindungselements realisieren. Es hat sich zudem gezeigt, dass trotz nicht vorhandener Erhöhungen, also insbesondere ohne Rillen im
Schaft keine schlechtere Verankerung bzw. Abstützung der
Bauteilabschnitte bzw. deren gestanzter Ränder an der
Außenseite des Verbindungselements im Bereich des
Schaftabschnitts zu beobachten ist.
Des Weiteren kann die Zahl von unterschiedlichen
Verbindungselementen bezüglich der Rillenzahl im
Schaftabschnitt auf eine Form minimiert werden, insbesondere unabhängig wie viel Lagen von Bauteilabschnitten mit dem
Vollstanzniet zu verbinden sind. Weiter ist es vorteilhaft, dass zumindest im Schaftabschnitt ein Bereich derart ausgebildet ist, dass die Rauigkeit des Bereichs gegenüber benachbarten Bereichen erhöht ist. Unter einem Bereich des Schaftabschnitts wird ein Bereich der
Außenoberfläche des Schaftabschnitts verstanden. Die
benachbarten Bereiche mit glatter Oberfläche bzw. mit
geringerer Rauigkeit können im Schaftabschnitt selbst und/oder im anschließenden Kopf- bzw. Fußabschnitt liegen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der gesamte Schaftabschnitt mit einer erhöhten Rauigkeit gegenüber zum Schaftabschnitt benachbarten Bereichen ausgebildet ist. Bislang ist die gesamte zur
Längsachse des Vollstanzniets umfängliche Außenoberfläche des Vollstanzniets mit einer einheitlichen
Oberflächenbeschaffenheit versehen bzw. einheitlich
vergleichsweise glatt ausgebildet. Es kann aber vorteilhaft sein, wenn die Rauigkeit zumindest von Bereichen des
Schaftabschnitts erhöht ist. Die Erhöhung der Rauigkeit bewirkt insbesondere vorteilhafterweise, dass ein
stempelseitiger Werkstoff nicht so leicht an der Mantelfläche bzw. der Außenseite des Verbindungselements im Bereich des Schaftabschnitts nach unten fließen kann. Die Erhöhung der Rauigkeit bzw. des damit verbundenen Reibkoeffizienten des betreffenden Oberflächenbereichs kann auf unterschiedlichste Weise eingerichtet sein. Beispielsweise durch eine Anpassung der Oberflächen- bzw. Außenstruktur wie zum Beispiel durch ein eingebrachte Rändelstruktur, eine geringe Welligkeit oder eine noppenartige Oberflächenstruktur und/oder durch einen die Oberfläche aufrauenden Bearbeitungsschritt. Nicht
ausgeschlossen ist es, dass die Rauigkeit durch die Wahl des die Oberfläche des betreffenden Bereichs bildenden Materials beeinflusst bzw. bestimmt wird, beispielsweise durch eine Beschichtung und/oder das Vorhandensein von die Rauigkeit verändernden Elementen, beispielsweise aus einem Material, das sich vom Material unterscheidet, aus dem der überwiegende Teil des Schaftabschnitts besteht.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass der Schaftabschnitt in Längsrichtung des Verbindungselements betrachtet eine von der Zylinderform abweichende Form aufweist. Der Schaftabschnitt kann so ausgestaltet sein, dass sich der Schaftabschnitt zumindest abschnittsweise verjüngt und/oder aufweitet oder auf andere Weise sich von einer zylindrischen Form unterscheidet, wobei die Abweichung von der Zylinderform vergleichsweise gering ausfallen kann. Ein Bereich einer Außenseite des
Schaftabschnitts kann beispielsweise relativ zur Längsachse des Verbindungselements um Bruchteile eines Winkelgrades oder um wenige Winkelgrade geneigt sein. Der Schaftabschnitt des Vollstanzniets kann sich zum Fußabschnitt oder zum
Kopfabschnitt hin verjüngen oder aufweiten. Die Verjüngung oder Aufweitung kann linear oder entlang einer Kurve erfolgen. Auch eine Kombination daraus in zueinander benachbarten
Bereichen des Schaftabschnitts ist denkbar. Die geringe
Formabweichung des Schaftabschnitts von einer Zylinderform z. B. bei einem kegelförmigen bzw. rundkegelförmigem
Schaftabschnitt kann bei der Ausbildung einer
Stanznietverbindung mit einem entsprechenden
Verbindungselement zur Verbindung von wenigstens zwei
Bauteilabschnitten aufgrund einer verbesserten Verankerung der Bauteilabschnitte am Schaftabschnitt vorteilhaft sein.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass die umlaufende Erhöhung einen Außendurchmesser aufweist, welcher geringfügig kleiner ist, als ein Durchmesser des Fußsockels.
Die umlaufende Erhöhung weist also an ihrem radial zur
Längsachse des Verbindungselements äußersten Punkt einen
Durchmesser auf, welcher geringfügig kleiner ist, als ein Durchmesser des Fußsockels insbesondere kleiner als ein
Durchmesser einer Schneidkante des Fußsockels. Die umlaufende Erhöhung kann z. B. einen Außendurchmesser aufweisen, der ca. 0,1 mm geringer ist als der Außendurchmesser des
Fußsockels. Damit wird vorteilhafterweise die Erhöhung im Hinblick auf mögliche mechanische Beschädigungen beim
Durchdrücken des Verbindungselements durch die zu verbindenden Bauteilabschnitt geschützt. Der mit dem Durchmesser des
Fußsockels durchlochte Bauteilabschnitt weist damit ein Loch mit einem Innendurchmesser auf, der geringfügig größer ist, als der Außendurchmesser der Erhöhung, die nachfolgend mit dem Eindrücken des Verbindungselements an dem Rand des Lochs vorbeibewegt wird, aber nicht in Kontakt kommt.
Besonders beim Stanznieten von ultra-hochfesten Materialien können andernfalls Ränder eines durchstanzten Loches, wenn sie mit der Erhöhung in Kontakt kommen, zu Beschädigungen an der Erhöhung führen, was nachteilig ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Bereich, in welchem der Schaftabschnitt in den
Fußabschnitt übergeht, eine umlaufende Einschnürung vorhanden ist. Die Einschnürung ist insbesondere unmittelbar vor der umlaufenden Erhöhung im Fußabschnitt. Diese Einschnürung kann insbesondere konkav und sehr sanft bzw. flach geneigte Flanken aufweisen. Der Durchmesser im Grund der Einschnürung kann beispielsweise nur um wenige Prozent geringer sein, z. B. 3 % geringer, als der im Schaftabschnitt über dessen wesentliche Erstreckung vorhandene Durchmesser des Schaftabschnitts .
Die Einschnürung bzw. Taillierung unmittelbar vor der
Außerdem ist es vorteilhaft, dass die umlaufende Erhöhung einen Außendurchmesser aufweist, welcher geringfügig kleiner ist, als ein Durchmesser des Fußsockels.
Die umlaufende Erhöhung weist also an ihrem radial zur
Längsachse des Verbindungselements äußersten Punkt einen
Durchmesser auf, welcher geringfügig kleiner ist, als ein Durchmesser des Fußsockels insbesondere kleiner als ein
Durchmesser einer Schneidkante des Fußsockels. Die umlaufende Erhöhung kann z. B. einen Außendurchmesser aufweisen, der ca. 0,1 mm geringer ist als der Außendurchmesser des
Fußsockels. Damit wird vorteilhafterweise die Erhöhung im Hinblick auf mögliche mechanische Beschädigungen beim
Durchdrücken des Verbindungselements durch die zu verbindenden Bauteilabschnitt geschützt. Der mit dem Durchmesser des
Fußsockels durchlochte Bauteilabschnitt weist damit ein Loch mit einem Innendurchmesser auf, der geringfügig größer ist, als der Außendurchmesser der Erhöhung, die nachfolgend mit dem Eindrücken des Verbindungselements an dem Rand des Lochs vorbeibewegt wird, aber nicht in Kontakt kommt.
Besonders beim Stanznieten von ultra-hochfesten Materialien können andernfalls Ränder eines durchstanzten Loches, wenn sie mit der Erhöhung in Kontakt kommen, zu Beschädigungen an der Erhöhung führen, was nachteilig ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Bereich, in welchem der Schaftabschnitt in den
Fußabschnitt übergeht., eine umlaufende Einschnürung vorhanden ist. Die Einschnürung ist insbesondere unmittelbar vor der umlaufenden Erhöhung im Fußabschnitt. Diese Einschnürung kann insbesondere konkav und sehr sanft bzw. flach geneigte Flanken aufweisen. Der Durchmesser im Grund der Einschnürung kann beispielsweise nur um wenige Prozent geringer sein, z. B. 3 % geringer, als der im Schaftabschnitt über dessen wesentliche Erstreckung vorhandene Durchmesser des Schaftabschnitts .
Die Einschnürung bzw. Taillierung unmittelbar vor der
umlaufenden Erhöhung kann die dortige Verankerung für
umgeformtes Material der Bauteilabschnitte von der Seite des Schaftabschnitts her verbessern, insbesondere im
Zusammenwirken mit der benachbarten umlaufenden Erhöhung.
Vorteilhafterweise ist genau eine ringförmige Erhöhung am Fußabschnitt vorhanden. Dies ist im Hinblick auf eine einfache Geometrie und eine wirtschaftliche Herstellung des
Verbindungselements vorteilhaft. Es hat sich herausgestellt, dass mit genau einer umlaufenden Erhöhung ein optimaler
Zustand im Hinblick auf sämtliche relevanten Bewertungsgrößen erreicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die umlaufende Erhöhung über konkav geformte Bereiche in benachbarte Abschnitte übergeht. Damit ist ein Nachfließen von Material der
Bauteilabschnitte in diese Bereiche besonders gut möglich. Ein Ausfüllen mit verformtem Material von Bereichen außen an der Erhöhung bzw. ein Nachfließen des umgeformten Materials bis an sämtliche Oberflächen der Erhöhung und benachbarter Bereiche ist so besonders vorteilhaft möglich. Außerdem können mit den konkav geformten Bereichen absatzlose Übergänge von
Außenabschnitten des Verbindungselements geschaffen werden. Vorteilhafterweise wird so das Verbindungselement nahezu vollständig außen von umgeformtem Material der zu verbindenden Bauteilabschnitte kontaktierend umschlossen.
Ein weiterer Vorteil ist auch darin zu sehen, dass mit den konkav geformten Bereichen an der umlaufenden Erhöhung bzw. durch die damit vorhandenen gerundeten Übergänge eine
andernfalls erhöhte Kerbwirkung reduziert wird.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass im Fußabschnitt eine umlaufende Vertiefung zwischen dem Fußsockel und der
umlaufenden Erhöhung ausgestaltet ist. Insbesondere ist genau eine solche umlaufende Vertiefung vorhanden. Dies ermöglicht insbesondere ein Nachfließen eines matrizenseitigen Materials des unteren matrizenseitigen Bauteilabschnittes der zu
verbindenden Bauteilabschnitte.
Der Grund der betreffenden umlaufenden Vertiefung, also ein zur Längsachse radial nächster Punkt der Vertiefung, weist insbesondere im Wesentlichen einen dem Durchmesser des
Schaftabschnitts entsprechenden Durchmesser auf. Dies ist im Hinblick auf Stabilitätsgründen des Verbindungselements vorteilhaft .
Weiter ist es vorteilhaft, dass der Kopfabschnitt an seinem freien Ende einen Kopfsockel mit einer zylindrischen oder der Zylinderform zumindest angenäherten Grundform aufweist. Dies erhöht die Stabilität des Kopfabschnitts insbesondere gegen ein Abreißen in der erstellten Stanznietverbindung.
Durch die Vielzahl der in gewissen Grenzen anpassbaren
Geometrieeigenschaften des Verbindungselements wie oben dargelegt, kann eine für eine betreffende Anwendung jeweils optimale Form des Verbindungselements eingerichtet werden. Dabei sind jedoch die vorgenannt erläuterten grundlegenden Vorgaben einzuhalten.
In Einzelfällen kann das erfindungsgemäße Verbindungselement durch eine optimierte Anpassung gegenüber bekannten bzw.
vergleichbaren Vollstanznieten, bezogen auf den
Stanzdurchmesser eine um bis zu 25 % höhere Stanzkraft
ermöglichen. Dies ist insbesondere anhand der Finite-Elemente- Methode, einem Verfahren der numerischen Mathematik,
nachgewiesen worden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass im Kopfabschnitt ein konkav ausgebildeter Bereich ausgebildet ist, der zwischen dem
Kopfsockel und dem Schaftabschnitt angeordnet ist.
Insbesondere ist ein mit einem Radius ausgebildeter
Übergangsbereich vorteilhaft. Bevorzugt ist die konkave Form als Hohlkehle ausgebildet. Die Konkavität ist insbesondere von dem unteren Rand des Kopfsockels bis zum zylindrischen Bereich des Schaftabschnitts durchgängig bzw. gleichartig ausgebildet. Der Übergang vom konkaven Bereich zum Schaftabschnitt ist insbesondere absatzlos bzw. bündig an der Außenkontur des Verbindungselements realisiert. Vorteilhafterweise ist der gesamte Abschnitt zwischen dem unteren Rand des Kopfsockels und dem Schaftabschnitt durch den konkaven Bereich gebildet.
Weiter ist es vorteilhaft, dass im Kopfabschnitt zwischen dem Kopfsockel und dem Schaftabschnitt ein konischer Bereich ausgebildet ist. Je nach Anwendungsfall kann ein schräger Verlauf bzw. eine Fase zwischen Kopfsockel und Schaftabschnitt vorteilhaft sein, insbesondere im Hinblick auf eine
vereinfachte Herstellung des Verbindungselements.
Im Vergleich zwischen konischem Übergang und konkavem Übergang zwischen Kopfsockel und Schaftabschnitt zeigt ein konkaver Übergang einen wesentlichen Unterschied, der in einer Reihe von Anwendungen vorteilhaft ist. Insbesondere wird bei einer eingerichteten Stanznietverbindung mit dem konkaven Bereich eine deutliche reduzierte Biege-Spannung im oberen zu
verbindenden Bauteilabschnitt erreicht. Denn durch den zu einem konischen Bereich vergleichsweise größeren Raum für den oberen Bauteilabschnitt also eine z. B. obere Blechlage, wird dieser weniger stark nach unten gestaucht, womit eine
verringerte Zugspannung auf den Kopfsockel bzw. geringere Kraft von unten gegen den Kopfsockel wirkt. Dieser Effekt lässt sich insbesondere bei oberen bzw. stempelseitigen
Bauteilabschnitten aus einem sehr steifen bzw. ultrahochfesten Material, beispielsweise aus einem ultra-hochfesten Stahlblech beobachten. Mit dem vorgeschlagenen Vollstanzniet kann eine Beeinträchtigung der Verbindung durch ein
entsprechendes Abreißen des Kopfsockels ausgeschlossen werden.
Auch hier wird mit dem konkaven Bereich eine Reduzierung der Kerbwirkung bzw. des Kerbfaktors gegenüber anderen Übergängen z. B. absatzartigen oder konischen Übergängen erreicht.
Bisher kommt ein Abreißen des Kopfsockels bzw. des
Kopfabschnitts bei konisch verlaufenden Übergängen regelmäßig vor, wozu auch die mit der konischen Form einhergehende
Kerbwirkung am Übergang des konischen Abschnitts zu
benachbarten Abschnitten beiträgt.
Mit dem konkaven Übergang kann außerdem durch die gerundete Form ein optimierter Materialfluss des oberen
Bauteilabschnitts in die Konkavität erreicht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungselements ist es vorteilhaft, dass bezogen auf die Gesamtlänge des Verbindungselements die relative
Längenabmessung des Kopfabschnitts mit Kopfsockel und
Hohlkehle ca. 20 bis 30 % beträgt, des Schaftabschnitts ca. 40 bis 60 % und des Fußabschnitts ca. 30 bis 40 % beträgt. Dies hat sich mit ausgesuchten Vollstanznieten in praxisrelevanten Anordnungen zur Ausbildung einer Stanznietverbindung gezeigt.
Es ist überdies vorteilhaft, dass bezogen auf den Durchmesser des zylindrischen Schaftabschnitts der Durchmesser des
Fußsockels größer ist. Der Fußsockeldurchmesser kann z. B. um ca. 10 bis 20 % größer sein. So steht im Schaftabschnitt für beim Stanznieten umgeformtes Material mehr bzw. ein
vergrößerter Raum zum Nachfließen zur Verfügung, im Verglei mit einem Verbindungselement mit Durchmessergleichheit von Schaft und Fußsockel.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die
Verbindungselementform nicht rotationssymmetrisch. So lässt sich eine Vielzahl gewünschter bzw. individueller Geometrien des Verbindungselements bereitstellen.
Besonders bevorzugt ist eine polygonale Querschnittsform des Verbindungselements .
Schließlich ist es auch vorteilhaft, wenn der Nietkopf einen zusätzlichen Funktionsbereich wie beispielsweise einen Bolzen oder ein Gewinde aufweist, welcher in einer ausgebildeten Stanznietverbindung von wenigstens einem Bauteilabschnitt über eine Oberseite eines oberen Bauteilabschnitts überstehen kann. So kann an dem Verbindungselement eine zusätzliche
Funktionalität vorgesehen werden, welche bereits bei der
Herstellung des Verbindungselements berücksichtigt ist bzw. am noch nicht einsatzgemäß verwendeten Verbindungselement
vorbereitet ist.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements zur Ausbildung einer Stanznietverbindung von wenigstens zwei Bauteilabschnitten, insbesondere zur Herstellung eines Verbindungselements gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen. Erfindungsgemäß wird das Verbindungselement mit einem Massivumformungsprozess aus einem Materialrohling hergestellt, wobei der
Materialrohling in einem Werkzeug mit mehreren den
Materialrohling seitlich umgreifenden Segmenten eingespannt und in einem Umformprozess stauchend verformt wird. So lässt sich wirtschaftlich und technisch vorteilhaft ein definiert vorgegebenes Verbindungselement gemäß einer der oben genannten erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ausbilden.
Gegebenenfalls kann abhängig vom Werkstoff bzw. vom Umformgrad für eine optimierte Prozessführung der Materialrohling erwärmt werden .
Bedingt durch den vorgeschlagenen Fertigungsprozess sind auch nicht-rotationssymmetrische Formen des Verbindungselements ohne Weiteres möglich, z. B. noppenartige Ausprägungen, elliptische, polygone Querschnitte und/oder erhabene bzw.
vertiefte Strukturen an der Außenseite des
Verbindungselements. Sämtliche Abmessungen sind in einem frei wählbaren Bereich ausbildbar.
Denkbar ist auch, dass sich die Form des Verbindungselements entlang der Längs- bzw. Nietachse ändert. Beispielsweise kann die Schneidkante eine runde Form haben bzw. das
Verbindungselement an seinem fußseitigen Ende eine
kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen, wobei die Form entlang der Längsachse des Verbindungselements in eine
polygonale Form übergeht. Der Vorteil ist eine damit
realisierte Verdrehsicherung des Verbindungselements bei der erstellten Nietverbindung.
Spitze Ringe bzw. Erhöhungen und spitze Vertiefungen bzw.
Rillen außen an dem Verbindungselement sind mit dem
vorgeschlagenen Verfahren nur bedingt ausbildbar. Spitze
Rillen können einen Materialfluss bei der Herstellung einer Stanznietverbindung ohnehin ggf. hemmen.
Folgende Kopfformen des Verbindungselement sind z. B.
herstellbar: Flachkopf, Kegelstumpfköpf , Vertiefung oder
Erhebung auf der Planfläche des Nietkopfes als Führungs- oder Zentrierhilfe oder Funktionsanprägung wie z. B. Bolzen oder Gewinde .
Auch im Hinblick auf den Nietschaft kann dieser für
unterschiedliche Verbindungselement-Typen mit einer
individuellen Geometrie bzw. Oberflächenbeschaffenheit
versehen werden, um z . B. lokal eine höhere Reibung zu
benachbarten Bereichen der zu verbindenden Bauteile zu
erzeugen . Vertiefungen wie beispielsweise Rillen oder dergleichen sind im Hinblick auf die Geometrie der Rille bzw. einen ggf.
benachbarten Ring, eine Taillierung, einen Absatz anpassbar, beispielsweise ein Ein- und Auslaufwinkel oder nicht
rotationssymmetrische Vertiefungen bzw. Verrundungen .
Mit dem Herstellungsverfahren lässt es sich auch einrichten, dass der Fußabschnitt bzw. der Fußsockel zur Unterkante, welche eine Schneidkante bildet, sich konisch erweitert. Auch sind Vertiefungen auf der stirnseitigen Planfläche des
Fußabschnitts als Führungshilfe bei der Fertigung einbringbar.
Je nach Art des Mehrsegmentwerkzeugs bzw. je nach Anzahl der Segmente bildet sich bei der Herstellung längs auf der
Oberfläche des Verbindungselementes von der Oberkante bis zur Unterkante ein charakteristischer Grat entlang jeder Werkzeug¬ bzw. Segmenttrennstelle. Die Grate können bewusst so
ausgebildet werden, dass ein erhöhter Grat entsteht, wodurch eine vorteilhafte Verdrehsicherung des mit diesem
Verbindungselement gebildeten Verbindungspunktes verbessert wird .
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert .
Im Einzelnen zeigt:
Figur 1: eine bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Vollstanzniets von der Seite, Figur 2: im Schnitt einen stark schematisierten Teil einer Anordnung zum Herstellen eines
Vollstanzniets gemäß Figur 1,
Figuren 3 bis 10: weitere Ausführungsvarianten von
erfindungsgemäßen Vollstanznieten in
Seitenansicht und
Figur 11: eine Schnittansicht durch einen Bereich
einer Vollstanznietverbindung mit einem erfindungsgemäßen Vollstanzniet an drei miteinander erfindungsgemäß verbundenen
Blechen .
Figur 1 zeigt von der Seite ein als Vollstanzniet 1
ausgebildetes erfindungsgemäßes Verbindungselement in zur Längsachse L des Vollstanzniets 1 rotationssymmetrischer Form. Der Vollstanzniet 1 ist ausgebildet, zwei oder mehr
Bauteilabschnitte, insbesondere Blechbauteile im
Stanznietverfahren zu verbinden. Der Vollstanzniet 1 umfasst über seine Länge entlang der Längsachse L verschiedene
Abschnitte wie einen Nietkopf 2, einen Nietschaft 3 und einen Nietfuß 4. Auf einer Oberseite 5 kann bei der Herstellung einer Stanznietverbindung ein Stempel einwirken.
Der Oberseite 5 gegenüberliegend ist eine Unterseite 6
vorhanden, welche zu Beginn des Vollstanznietens
beispielsweise auf einer oben liegenden Blechlage aufsitzt. Die Unterseite 6 wird außen von einer rundum verlaufenden Schneidkante 7 begrenzt und begrenzt selbst stirnseitig einen Fußsockel 8, der zylindrisch geformt ist und in Richtung der Längsachse L eine Höhe -ps aufweist. Die umlaufende
Schneidkante 7 dient insbesondere zum sauberen Festlegen eines Lochdurchmessers eines beim Stanznieten durchgestanzten Loches in der oberen Blechlage, beispielsweise von drei zu
verbindenden Blechlagen, was in Figur 13 noch näher erläutert ist . Der Fußsockel 8 ist hier zylindrisch ausgebildet, kann jedoch auch eine der zylindrischen Grundform angenäherte Form
aufweisen, beispielsweise im Querschnitt leicht elliptisch oder leicht konisch sein. An den Fußsockel 8 schließt sich eine geschlossen umlaufende, hauptsächlich konkav ausgebildete Rille 9 an. In die Rille 9 kann beim Vollstanznieten
verformtes Material einer unteren Blechlage der zu
verbindenden Blechlagen, die sich unterseitig auf einer
Matrize abstützt, fließen. Den oberen Abschluss des
Nietfußes 4 bildet ein umlaufend ausgebildeter und außen verrundeter Ring 10, dessen Durchmesser D geringfügig kleiner ist als ein Durchmesser Dps des Fußsockels 8.
Die nachfolgend erwähnten relativen Größenangaben betreffen den beispielhaft gezeigten Vollstanzniet 1, wobei bei anderen erfindungsgemäßen Vollstanznieten andere Größenverhältnisse herrschen können.
An den Nietfuß 4 schließt sich über eine leichte bzw. nur wenig nach unten abgesenkte Einschnürung 11 bzw. Taillierung der Nietschaft 3 an. Der Nietschaft 3 ist hier vollständig zylindrisch ausgeführt und weist einen Durchmesser Dg auf, welcher um ca. 10 % kleiner als der Durchmesser Dps des
Fußsockels 8 ist. Die Höhe H$ des zylindrischen Nietschafts 3 macht zur Gesamtlänge GL etwa 30 % aus. Durch den Übergang bzw. den Durchmessersprung vom Ring 10 zum Nietschaft 3 wird ein Absatz ausgebildet, an dem sich verformtes Material der mit einander zu verbindenden Bauteilabschnitte schaftseitig
abstützen kann. Der Durchmesser im Rillengrund der Rille 9 entspricht in etwa dem Durchmesser D§ des Nietschafts 3.
Nach oben schließt sich an den Nietschaft 3 der Nietkopf 2 an, der sich über eine Hohlkehle 12 vom Nietschaft 3 mit einem Radius R konkav aufweitet und sich bis zu einem Kopfsockel 13 erstreckt, der eine Höhe HRS aufweist, die etwa nur ein Drittel der Höhe Hps des Fußsockels beträgt. Der Kopfsockel 13 ist wie der Fußsockel 8 zylindrisch ausgebildet. Der Kopfsockel 13 wird stirnseitig durch eine obere Planfläche bzw. die
Oberseite 5 begrenzt. Mit der Hohlkehle 12 wird ein absatzloser Bereich zwischen dem Kopfsockel 13 und dem Nietschaft 3 realisiert.
Mit dem dargestellten Vollstanzniet 1 gemäß Figur 1 wird gegenüber bisher eingesetzten Vollstanznieten mit gleicher Gesamtlänge GL eine hohe Toleranz gegenüber Blech- bzw.
Bauteildickenschwankungen erreicht. Das heißt die Gesamtdicke der zu verbindenden Bauteilabschnitte bzw. der Blechlagen können vergleichsweise weit variieren. Die in Stanzrichtung betrachtete Gesamtdicke der mehreren miteinander zu
verbindenden Blechlagen kann, bezogen auf eine Gesamtlänge GL des Vollstanzniets 1 von zum Beispiel 4,5 mm, im Bereich zwischen 100 % der Gesamtlänge GL und beispielsweise 66 % der Gesamtlänge GL betragen, es können also Bleche mit
Gesamtblechdicken z.B. zwischen 4,5 mm und ca. 3,0 mm
vorteilhaft stanzgenietet verbunden werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass mit der Hohlkehle 12
gegenüber konischen Nietköpfen eine reduzierte Zugvorspannung im Nietkopf 2 von der Hohlkehle 12 in Richtung zum
Kopfsockel 13 wirkt, was insbesondere einem Abplatzen des Nietkopfes 2 entgegenwirkt. Denn aufgrund der Hohlkehle 12 bzw. deren absatzfreier Übergang zum Nietschaft 3 wird eine obere Blechlage im Verbindungspunkt weniger stark nach unten verbogen bzw. unter den Kopfsockel 13 gezogen, so dass die Zugspannung auf den Kopfsockel 13 reduzierbar ist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass in die Einschnürung 11 leicht verformtes Material einfließen kann.
Schließlich ist es weiterhin vorteilhaft, dass für die
Blechmaterialverformung beim Verbinden ein optimierter
Materialfluss von Material der miteinander zu verbindenden Bauteilabschnitte realisiert ist, insbesondere was ein
Einlaufen von Material in die Rille 9 bzw. in die Einschnürung 11 angeht.
Figur 2 zeigt stark schematisch grundlegende Zusammenhänge einer Herstellung des Vollstanzniets 1 gemäß Figur 1. Dabei wird ein Materialrohling 20 relativ zu Werkzeugsegmenten 21, einem Stempel 23 und einer Matrize 22 positioniert und
nachfolgend bei geschlossenen Werkzeugsegmenten 21 massiv umgeformt .
In den Figuren 3 bis 6 sind unterschiedliche weitere
erfindungsgemäße Vollstanznieten mit konkaver Hohlkehle 15 gemäß dem Vollstanzniet aus Figur 1 in Seitenansicht gezeigt, wobei sich Details von der Ausführungsform gemäß Figur 1 unterscheiden. Figur 3 zeigt z. B. eine Anordnung ohne
Einschnürung 11, Figur 4 einen verbreiterten Ring 16, Figur 5 eine stärkere Einschnürung 17 und Figur 6 schräge Flanken eines Rings 18 bzw. benachbarter Bereiche.
Figur 7 bis Figur 10 zeigt Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Vollstanzniete gemäß der Figuren 3 bis 6 jedoch mit einem kegelstumpfförmigen Bereich 19 anstelle der Hohlkehle 15.
Figur 11 zeigt einen Schnitt durch eine fertig gestellte
Vollstanznietverbindung mit einem Vollstanzniet 25, der entsprechend dem Vollstanzniet 1 insbesondere mit einer
Hohlkehle 26 geformt ist, und drei miteinander verbundenen Blechen 30, 31 und 32. Gut erkennbar ist, dass das obere
Blech 30, das aus einem ultra-hochfesten Material besteht, nicht oder kaum erkennbar nach unten gebogen ist, da durch die Hohlkehle 26 ausreichend Raum für das Blech 30 zur Verfügung steht .
Ein Ring 27 dient zum Abstützen der mittleren und unteren Bleche 31 und 32. Eine Rille 28 ist mit der unteren
Blechlage 32 gefüllt. Außerdem ist unterseitig am Blech konzentrisch zum Vollstanzniet 25 eine geschlossene Ringnut 33 benachbart zum Fußsockel 29 vorhanden, die matrizenseitig eingebracht ist, um die Verankerung des unteren Blechs 32 über die Rille 28 zu verbessern. Bezugs zeichenliste :
1 Vollstanzniet
2 Niet köpf
3 Nietschaft
4 Nietfuß
5 Oberseite
6 Unterseite
7 Schneidkante
8 Fußsockel
9 Rille
10 Ring
11 Einschnürung
12 Hohlkehle
13 Kopfsockel
14 Bereich
15 Hohlkehle
16 Ring
17 Einschnürung
18 Ring
19 Bereich
20 Drahtabschnitt
21 Werkzeugsegment
22 Matrize
23 Stempel
24 -
25 Vollstanzniet
26 Hohlkehle
27 Ring
28 Rille
29 Fußsockel
30 Blech
31 Blech
32 Blech
33 Ringnut

Claims

Ansprüche :
1. Verbindungselement zur Ausbildung einer
Stanznietverbindung von wenigstens zwei
Bauteilabschnitten (30-32) , wobei sich das Verbindungselement über seine Länge in einen Kopfabschnitt (2), einen
Fußabschnitt (4) und einen Schaftabschnitt (3), der sich zwischen dem Kopfabschnitt (2) und dem Fußabschnitt (4) erstreckt, unterteilt, und der Fußabschnitt (4) an seinem freien Ende einen Fußsockel (8) mit einer zylindrischen oder der Zylinderform zumindest angenäherten Grundform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmig umlaufende
Erhöhung (10; 16; 18; 27) im Fußabschnitt (4) zwischen dem Fußsockel (8; 29) und dem Schaftabschnitt (3) ausgebildet ist.
2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schaftabschnitt (3) einen Durchmesser aufweist, der geringer als ein Durchmesser des Fußsockels (8) ist .
3. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftabschnitt (3) über seine
Längserstreckung ohne eine Erhöhung ausgebildet ist.
4. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im
Schaftabschnitt ein Bereich derart ausgebildet ist, dass die Rauigkeit des Bereichs gegenüber benachbarten Bereichen erhöht ist .
5. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftabschnitt in Längsrichtung des Verbindungselements betrachtet eine von der Zylinderform abweichende Form aufweist.
6. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende
Erhöhung (10; 16; 18; 27) einen Außendurchmesser aufweist, welcher geringfügig kleiner ist, als ein Durchmesser des
Fußsockels (8; 29) .
7. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich, in welchem der Schaftabschnitt (3) in den Fußabschnitt (4) übergeht, eine umlaufende Einschnürung (11; 17) vorhanden ist.
8. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine ringförmig umlaufende Erhöhung (10; 16; 18; 27) im Fußabschnitt (4) vorhanden ist.
9. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende
Erhöhung (10; 16; 27) über im Wesentlichen konkav geformte Bereiche (9, 11; 17; 28) in benachbarte Abschnitte übergeht.
10. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fußabschnitt (4) eine umlaufende Vertiefung (9; 28) zwischen dem
Fußsockel (4; 29) und der umlaufenden Erhöhung
(10; 16; 18; 27) ausgestaltet ist.
11. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfabschnitt (2) an seinem freien Ende einen Kopfsockel (13) mit einer
zylindrischen oder der Zylinderform zumindest angenäherten Grundform aufweist.
12. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopfabschnitt (2) ein konkav ausgebildeter Bereich (12; 15; 26) ausgebildet ist, der zwischen dem Kopfsockel (13) und dem Schaftabschnitt (3) angeordnet ist.
13. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopfabschnitt zwischen dem Kopfsockel und dem Schaftabschnitt ein konischer Bereich ausgebildet ist.
14. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verbindungselementform nicht rotationssymmetrisch ist.
15. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Verbindungselements polygonal ist.
16. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform beginnend von einem kreisförmigen Querschnitt im Bereich einer Schneidkante am freien Ende des Fußsockels sich in eine .
polygonale Querschnittsform entlang einer Längsachse des
Verbindungselements ändert.
17. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietkopf einen zusätzlichen Funktionsbereich wie beispielsweise einen Bolzen oder ein Gewinde aufweist, welcher in einer ausgebildeten Stanznietverbindung von wenigstens einem Bauteilabschnitt über eine Oberseite eines oberen Bauteilabschnitts überstehen kann.
18. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements zur Ausbildung einer Stanznietverbindung von wenigstens zwei
Bauteilabschnitten (30-32), insbesondere zur Herstellung eines Verbindungselements gemäß der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement mit einem Massivumformungsprozess aus einem Materialrohling (20)
hergestellt wird, wobei der Materialrohling (20) in einem Werkzeug mit mehreren den Materialrohling (20) seitlich umgreifenden Segmenten (21) eingespannt und in einem
Umformprozess stauchend verformt wird.
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