WO2012113463A1 - Stanzstauchniet - Google Patents

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WO2012113463A1
WO2012113463A1 PCT/EP2011/059722 EP2011059722W WO2012113463A1 WO 2012113463 A1 WO2012113463 A1 WO 2012113463A1 EP 2011059722 W EP2011059722 W EP 2011059722W WO 2012113463 A1 WO2012113463 A1 WO 2012113463A1
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WO
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rivet
punching
shank
components
head
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/059722
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frankbert Klarner
Thomas Nuebler
Andreas Zintl
Original Assignee
Kerb-Konus-Vertriebs-Gmbh
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Publication date
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Application filed by Kerb-Konus-Vertriebs-Gmbh filed Critical Kerb-Konus-Vertriebs-Gmbh
Priority to DE112011104936T priority Critical patent/DE112011104936A5/de
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    • 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
    • B21K1/44—Making machine elements bolts, studs, or the like
    • B21K1/54—Making machine elements bolts, studs, or the like with grooves or notches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting 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
    • 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
    • F16B19/06—Solid rivets made in one piece
    • 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
    • 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

  • the invention relates to a method for producing a stamped-embossed connection, wherein a stamped-embossed rivet is provided with a rivet head, the one
  • the invention relates to a stamped embossing rivet and a set of two components with a
  • a method for producing a riveted joint by means of a stamped embossment is described for example in DE 203 00 533 Ul.
  • the punching embossed rivet is pressed by a riveting punch from top to bottom through the fixed by means of a hold-down parts, wherein in the parts to be joined flush
  • Punching holes are created. After completion of the punching operation is in the lower joining part by means of a corresponding die around the shaft around a
  • Rivet connections that ensure comparatively little stability. In addition, the process is perceived as time consuming and costly.
  • the object of the present invention is a stamped embossing method
  • This object is in procedural terms with a method for
  • the object is achieved by a method for producing a punched-embossed connection, wherein a stamped embossing rivet is provided with a rivet head which forms a frusto-conical or cylindrical head-like enlargement, for example, and a shaft adjoining the rivet head, wherein the shank a first, the rivet head receiving component and at least one second component punched through to form a punching hole and wherein a Nietfuß is popped during or after stamping to form a buckling.
  • a first core idea of the present invention therefore consists in upsetting the punched embossment after it has been punched into the components in a further method step.
  • the upsetting is effected by a force against a punching direction.
  • the rivet is hardened, in particular in the region of a rivet foot.
  • an extension of the punching embossed rivet is formed in the radial direction, so that the material of the punching embossed rivet is urged radially in the direction of a perforated wall of the stamped hole and the stamped embossment is thus positively and non-positively connected to the components.
  • upsetting is a relatively simple process that can be carried out inexpensively.
  • the punched-embossed connection produced by the method is characterized by a high stability, in particular because of the upsetting (preferably) Material of the punching embossing rivet is forced into the components and not as in the prior art, for example by molding an annular groove, material of the components in recesses of the rivet shank is crowded. To a certain extent, it can also come in the present process to an urging of material of the components in the direction of the rivet shank.
  • a length of the punched embossing rivet or the rivet shank is greater than a total thickness of the components when they abut each other.
  • the length may be greater by at least 2%, more preferably at least 5%, even more preferably at least 10%.
  • a resulting supernatant can be easily upset, so that the Nietfuß can be easily extended for safe production of riveting.
  • the rivet foot can finish flush with the second component after riveting, in particular after compression, thereby ensuring a secure connection and at the same time a visually appealing overall impression.
  • the rivet foot after riveting, in particular after swaging, the rivet foot can form a projection with respect to the second component. In particular, with a comparatively brittle material of the second component, a secure riveting can be achieved in this alternative.
  • At least one, in particular circumferential, shaft groove and / or elevation is introduced into the shaft (or is introduced).
  • the shaft can also be formed without shaft groove and / or elevations (ie smooth).
  • the first and / or at least second component made of a light metal or a light metal alloy, in particular aluminum or an aluminum alloy, for example cast aluminum or a
  • Fiber composite plastic FRP
  • MRP Fiber composite plastic
  • magnesium (and magnesium alloys) is (are) particularly brittle, yet can be achieved with the aid of the present method by the principle of pushing material of the punched embossment rivet in the component by a Aufstauchung a reliable connection of the components.
  • Fiber reinforced plastics are materials that contain reinforcing fibers and a
  • Plastic matrix include.
  • the plastic matrix may surround the fibers, which may be bonded to the plastic matrix by adhesive or cohesive forces.
  • Fiber composite plastics have a directional elasticity behavior.
  • Fiber-reinforced plastics usually have high specific stiffnesses and strengths. This makes them suitable materials in lightweight applications.
  • a problem with these fiber composite plastics in particular is to connect them to another component, for example a further fiber composite plastic component.
  • At least one component is made of a fiber composite plastic and one, in particular a plurality, preferably circumferential, shaft groove (Schaftnuten) and / or survey (surveys) are incorporated (or be).
  • the Schaftnuten or surveys improve engagement of the rivet shank during insertion with the fiber composite plastic, resulting in a deadweight effect. As a result, this will prevent (or at least reduce the likelihood) that the fiber composite plastic will be partially entrained during punching, but in some cases elastically spring back so that the fiber composite plastic is damaged (for example spread apart), which would lead to a less robust connection.
  • the combination of shaft groove or elevations with at least one fiber composite plastic thus leads to an improved (rib) connection of the fiber composite plastic with another component, in particular a further fiber composite plastic component.
  • a groove in particular an annular groove, can be formed around the shaft end.
  • a brittleness of the second component may be greater than a brittleness of the first component (or vice versa). If the brittleness of the second component is greater, a secure connection can nevertheless be ensured with the present method.
  • the brittleness is a measure that determines how far a material can be plastically deformed before it breaks.
  • the stamped embossment is made of a material with less brittleness than the first and / or at least second component.
  • a die with a recess for discharging the punch-Butzens is used to support the components during punching.
  • For upsetting can also be used, in particular perpendicular to a Aufstauchraum slidable and / or rotatable die, which preferably has a recess for discharging the punch-Butzens.
  • the die for supporting the components during punching and the die for upsetting the same a particular displaceable perpendicular to a Aufstauchraum and / or rotatable die
  • the die can be designed in a turntable-like manner and have a recess for discharging the punched Butzens, wherein the position of the recess relative to the punched rivet connection can be varied by turning.
  • a material reduction is introduced at a Nietfuß.
  • the material reduction can, for example, in cross section
  • the material reduction may be triangular or pyramidal.
  • the material reduction may be a groove (triangular in cross-section) that runs along a diameter of the rivet foot.
  • the material reduction can also represent a recess which has a peripheral edge within an edge of the Nietfußes (ie not completely through the Nietfuß).
  • Such a material reduction may for example also be conical or frusto-conical or cylindrical or pyramidal. In general, the material reduction can therefore be a
  • the material reduction or recess reduces the forces that occur during compression in the area of the rivet foot.
  • damage to the components can be avoided or reduced and a secure connection can be ensured.
  • the Nietfuß by a linear movement, in particular a first die portion opposite a second die portion, upset.
  • the linear movement can be realized for example via a toggle mechanism.
  • only a part of the matrix bottom can be moved relative to an other matrix segment.
  • a basic idea is to form the die in several parts, wherein a first die portion is movable relative to a second die portion (linear).
  • a material slug can be easily removed and on the other hand the Aufstauchung done comparatively easy.
  • a constructive simplification of the method is realized.
  • the above object is achieved independently by a set of a first and at least a second component having a predetermined total thickness, in particular by a method of the type described above, wherein the punched embossing rivet a rivet head, which forms a, for example, frusto-conical or cylindrical, head-like extension , and having a shaft attached to the rivet head and a shank end, wherein for making a rivet connection between the components, when they abut each other, the shaft, the components pierced to form a punching hole, wherein a length of the punched embossing rivet or the shank a Sum of the thicknesses of the two juxtaposed components exceeds, preferably by at least 2%, more preferably by at least 5%, even more preferably by at least 10%, such that a Nietfuß the punching embossing rivet is expandable by upsetting.
  • the advantages reference is made to the method described above.
  • the stamped embossment is made using at least one
  • a stamped embossing rivet in particular for the above-described stamped embossing method, preferably as part of the above-described set, comprising a rivet head which forms, for example, a frusto-conical or cylindrical head-like enlargement, and one to the rivet head subsequent shank, wherein for producing a rivet connection between the components, when these abut against each other, the shaft punched through the components to form a punched hole, wherein the punching Regeniet has an excess length, which projects beyond the punching of the components on this and can be upset.
  • a rivet foot of the punched embossment can have a material reduction, in particular triangular and / or pyramidal in cross section. Further properties and embodiments of the material reduction have already been described above in connection with the method for producing a stamped-embossed connection. Also with regard to the advantages of such a material reduction, reference is made to the corresponding method. According to an independent aspect, the stamping embossment can be manufactured using at least one pressing operation in cold forming technique.
  • the complete rivet or at least one rivet blank can be produced by a pressing process using cold forming technology. Surprisingly, despite the tight
  • the starting material usually has a temperature of over 1000 ° C (eg in the case of steel). Cold forming, however, is below the
  • Recrystallization temperature of the material carried out In general, that has
  • warm forging which for the purposes of the present application is also to be attributed to cold forming, the starting material has a temperature below the forging temperature, for example between 200 ° C and 900 ° C.
  • forming advantages can already occur at temperatures of 150 ° C upwards.
  • preferably made of metal in particular of steel or aluminum may be formed of a metal in any case, on the one hand for Kaltformischen
  • Machining well on the other hand also ensures the desired properties in the later riveting process, namely on the one hand, the required punching of the components and on the other hand ensuring a safe and durable
  • Riveting is also conceivable, instead of a metal, to consider other materials which can be plastically deformed using cold forming technology and nevertheless have the abovementioned properties for the riveting process.
  • the rivet head is also one of the
  • Truncated cone shape may have different extension. It is crucial that, in the projection on a plane lying perpendicular to the axial direction of the rivet, the head protrudes over the maximum cross-section of the shank at least in places to cause an axial fixation.
  • the head can also be one of the
  • the head can taper continuously or gradually from its distal end.
  • the contour, ie the outline of the rivet head forming extension can be convex, concave, designed with or without (pronounced) radii at the transitions.
  • the stamped embossing rivet produced by cold forming has at least one shank groove with a groove surface hardened due to the pressing process or another pressure action. It thus occurs here a synergistic effect, so that on the one hand time and production costs can be reduced by the production in cold-forming processes, but on the other hand, the additional effect can be used that due to the flow of material just the groove surfaces can be made particularly hardened during cold forming technical deformation , In addition, the cold-forming process results in a material hardening and thus an increase in strength in the entire rivet.
  • the punched embossment may have one or more circumferential shaft grooves.
  • different cross-sectional shapes come into consideration for the shank grooves, as is already known from the prior art, cf.
  • the shank groove also does not have to be formed completely encircling, but the principle of a punched embossment with one or a plurality of indentations, pockets, o. ⁇ .
  • the at least one shank groove in the same pressing operation as the rivet head or in different forming processes.
  • At least one shank groove by a rolling process, in particular under the action of a flat jaw or round jaw roller to produce.
  • the punching embossing rivet produced by cold forming has a rivet shank extended with respect to the component thickness, wherein the distal protrusion defines an extension of the rivet shank, which is designed to be compressed after punching through the components.
  • an axial connection of the components takes place in that a shank groove or undercut is pressed in; instead, this configuration is reshaped itself at its distal end after the punching process of the punched embossed tooth.
  • Nietkopf subsequent rivet shank which forms over the thickness of the adjacent components abutting a projection, wherein for producing a riveted joint between at least two adjacent components of the rivet shank with the supernatant, the components to form a
  • the supernatant has a length of 2%, more preferably of 5%, even more preferably of 10% of the thickness of the juxtaposed components to be joined.
  • the stamped embossing rivet has a stamping edge facing away from the rivet head with a surface hardened due to the pressing process or another pressure action.
  • a material compaction is created just in the area of the punching edge. This material compression can in particular in a continuous operation for the production of punching embossing rivet, in particular in a press or in special Tools are produced in a continuous work process.
  • a possibly pre-compressed punching edge for example, during the process of introducing the Schaftnuten, for example by a rolling process by
  • the rivet manufacturing process may provide that the stamped embossment is produced in a continuous manufacturing process.
  • the pressing process for producing the rivet or a rivet blank comprises at least one of the following steps, preferably all subsequent steps in the sequence mentioned:
  • the step of the final compression also includes the simultaneous formation of at least one circumferential shaft groove.
  • the at least one circumferential shaft groove in the rivet blank but also by a rolling process, in particular by means of a Flachbacken- or
  • the at least one circumferential shank groove in the rivet blank by machining, in particular by a turning operation, a milling process or a grinding process.
  • a shank groove with a hardened groove surface is simultaneously produced by the cold-forming process.
  • the use of the stamped embossing method for magnesium materials is preferred, preferably without additional heating of the joint.
  • a magnesium casting may be attached to a metal sheet
  • Magnesium cast components are easily attached to metal sheets with a secure connection.
  • steel components with aluminum components can be riveted particularly securely.
  • a component deformation or pocket formation is reduced, in particular if adhesive is used at the same time.
  • High-strength aluminum alloys are currently still preferred as die castings (for example, chassis and body parts) used.
  • Aluminum alloys are usually easy to cast and form and can also be heat treated and coated. Compared to steel, such alloys are about three times lighter and have similar strength and toughness properties. Since magnesium is even lighter than aluminum, it is generally even more preferred.
  • one problem at the moment is the economical production of die-cast and / or sheet metal parts made of magnesium (alloys) and in particular to be combined with other components, such as metal sheets. The proposed punch-embossing process thus significantly improves the possibility of using magnesium (alloy) components.
  • magnesium (alloy) components in automotive engineering can be riveted to (simple) body parts with (remaining) body parts.
  • a method for producing a stamped-embossed connection according to a first embodiment in a schematic view a method for producing a stamped-embossed connection according to a second embodiment in a schematic view; a set of two components having a predetermined thickness and a punching embossing rivet according to an embodiment of the present invention, wherein the punching embossing rivet is formed without a shank groove, wherein the rivet is upset during or after the punching to form an upset; a punching embossing rivet with two adjacent components according to the set of FIG.
  • FIGS. 12a and 12b show an embodiment of a device according to the invention
  • FIGS. 13a and 13b show an embodiment of a device according to the invention
  • 15a to 31a show various embodiments of a punching embossment produced by the method according to the invention in a first oblique view
  • FIGS. 32 to 34 show various embodiments of a stamped embossment produced by the method according to the invention in a sectional view
  • Fig. 35 shows the embodiment of FIG. 27 in a partial
  • FIGS. 36 to 79 show different embodiments of a punching embossment produced by the method according to the invention in an oblique view;
  • 80a to 80d show the production of a stamped embossment according to the invention in accordance with a first embodiment of the cold-forming production method proposed here;
  • 81a to 81d show the production of a stamped embossing rivet with a plurality
  • FIG. 82 shows an embodiment of a stamped embossing rivet in a side view, in particular for the processing of fiber composite plastic components
  • FIG. 83 shows a first embodiment of a shaft foot in a view from below
  • FIG. 84 shows a second embodiment of a shaft foot in a view from below.
  • a punching embossment 10 can be seen, which is arranged above a first component 42 and a second component 43.
  • the components 42 and 43 are clamped by a clamping device 11.
  • the clamping device 11 may preferably (as in the present example) comprise a hold-down 12, which can pressurize the components 42, 43 (in Fig. La) from above. Furthermore, the
  • Clamping device 11 comprise a die 13, which preferably (as in
  • the punching embossment 10 can be urged by a riveting punch 48 against the components 42, 43 or the die 13.
  • For jamming can additionally hold down 12th are urged against the die 13 (which is symbolized by the arrows 49 in Fig. La).
  • the die 13 can be positioned such that the die recess 47 is no longer located below the punching embossing rivet 10.
  • the die 13 for example, translationally shifted and / or rotated.
  • the matrix 13 can be
  • the die 13 be designed, for example, a turntable, wherein preferably a the components 42, 43 opposite side of the die 13 can be supported from below.
  • the matrix 13 After the matrix 13 has been repositioned, it can be pushed upwards (or in the direction of the components 42, 43), so that the matrix 13 exerts a force on the rivet 10 or a rivet foot 29 (see FIG. As a result, the Nietfuß 29 is adoptedstaucht to form a bulge 45.
  • the arrows 49 in Fig. La to le indicate the direction of the force that exert the corresponding elements on the components 42, 43 and the punching embossment 10. In this case, hold-down 12 or riveting punches 48 can be urged against the die 13 (and / or vice versa).
  • the punched embossing rivet has a shank groove 16, into which material of the components 42, 43 (specifically of the component 43, see Fig. Le) can penetrate.
  • Concrete designs of the punched embossment rivet 10, in particular with regard to one or more shank grooves 16, are described below.
  • Figures 2a to 2e show a second embodiment of a method for producing a stamped-embossed connection.
  • a punched embossment is shown used, which has no shank groove 16 and thus substantially formed on its rivet shank 15 smooth.
  • the rivet used here is thus particularly easy to manufacture. Nevertheless, a secure connection of the components 42, 43 can be achieved by the formation of the upset 45 in the region of the Nietfußes 29 of the punching embossing tenes 10.
  • FIGS. 3 to 5 show a punching embossment, for example, according to FIGS.
  • first component 42 and a second component 43 which are arranged one above the other.
  • 3 and 4 illustrate a joining method in which for the axial connection of two or more components, not the material of one or more components formed, in particular in openings, recesses or grooves of the punched embossed rivet is pressed, but in which after the punching process, if necessary ., in a continuous continuous process immediately thereafter or in a separate step, a deformation, namely an upsetting of the Nietfußes is made.
  • FIG. 3 schematically illustrates a set of two components having a predetermined thickness and a punching embossing, wherein the punching embossing has an overhang 44 with respect to the thickness of the adjacent components 42 and 43 to be connected to one another, which results in the formation of an upset 45
  • the upset rivet foot 29 terminates flush with the component 43, so the upset 45 does not protrude beyond the component 43.
  • the upset 45 of the Nietfußes also a lug 46 (by the riveting) form and so protrude from the component 43.
  • the upsetting results in a swelling 45 of the rivet foot 29 that is widened in cross section relative to the rivet shank 15.
  • This swelling is preferably at least 2%, more preferably at least 5%, and even more preferably at least 10% wider than the rivet shank 15 (relative to a direction perpendicular to the shaft longitudinal axis).
  • At least one punching hole formed by the stamping process of at least one component can pass through the
  • the punch hole may also be during the Aufsclerosiss in its form (essentially) remain, in particular by the Nietfuß 29 is extended outside of the component.
  • the punching embossment has no shank groove.
  • the punching embossment can have shank grooves and / or elevations according to those described above
  • a preferred method sequence comprises the steps of 1) clamping the components between a hold-down or the rivet and punch and a die, in particular with a recess for receiving a punch-Butzens; 2)
  • the joining direction is comparatively variably adjustable (the direction of joining being understood to mean the sequence of a thin component and a thick component in the punching direction). It can be comparatively high shear, peel and Kopfzugfesttechnik achieved over solid rivets. It is possible to reduce the joining score compared to punched rivets. Overall, a high degree of flexibility in terms of material and sheet thickness combinations is achieved. For example, it is possible to dispense with different matrices.
  • the riveted surface can close on both sides almost flush with the rivet ends, which is visually appealing. A component deformation (in particular pocket formation) can be reduced. Also materials (such as
  • Magnesium casting alloys that could not previously be joined by a stamped riveting process can be provided by the proposed method.
  • Fig. 6 is a punched embossment, which is made in cold forming and has a circumferential shaft groove 16 is shown.
  • the stamped embossing rivet includes a rivet head 14, here by a head-like extension 20 which is connected to a
  • the rivet head 14 is adjoined by a rivet shank 15 which, at its end facing away from the rivet head 14, has a rivet foot 29 which is delimited by a circumferential punching edge 18.
  • Cross-sectional shape an approximate to a 1/2-drops outline shape or, as here, a groove having a groove base which is parallel to the longitudinal axis of the shank 15
  • the rivet head 14 facing groove side surface is less open to the outside, because the opposite groove side surface.
  • a shank groove 16 is provided and cold-formed, material is compacted in the area of the groove surface 17, wherein the groove surface 17 at least the groove bottom, but preferably also includes the groove side surfaces.
  • the material compaction on the groove surface 17 caused by the cold-forming process results in a harder surface which, in this respect, ensures an even more defined connection with respect to a component which engages in the shank groove 16 by material flow in the riveting process.
  • FIGS. 7a, 7b illustrate a possible production method for producing a punched embossed rivet with a shank groove 16 in cold forming technology.
  • a rivet blank 19 is produced using a corresponding press.
  • the rivet blank 19 in accordance with FIG. 7a can thus be further processed in a second process step, which may also be completely separate from time and space, in order to introduce the at least one shank groove 16 necessary for the riveting process (see FIG. 7b).
  • the shank groove 16 can be introduced, for example, by a rolling or rolling process, in particular with a flat-jaw or round-jaw rolling machine, and therefore also this second process step can be implemented in cold-forming technology. It is advantageous that a hardened groove surface 17 is created by the material compaction and a corresponding rolling or rolling process can be implemented inexpensively.
  • Fig. 8 is a modified embodiment of a stamped embossing rivet, which is produced by the method according to the invention illustrated. Specifically, it is a punched embossed rivet with a plurality of shank grooves 16. The punched embossment is otherwise constructed largely analogous to the already described with reference to FIG. 6 punched embossing rivets, wherein the cross-sectional shape of the present here Schaftnuten 16 of the shank 16 differs according to the embodiment of FIG. 7.
  • the punching embossing rivet according to FIG. 8 also has a rivet head 14 and an opposing rivet foot 29.
  • the rivet head 14 is also defined here by a head-like extension 20, which has a substantially frusto-conical shape.
  • the rivet shank 15 has a plurality, in this case specifically five, shank grooves 16, which here have the same cross-sectional profile, but in other embodiments may also have different cross-sectional shapes.
  • the Nietfuß 29 simultaneously defines the already described above punching edge 18th
  • FIGS. 9a, 9b illustrate the production of a punched embossed rivet with a plurality of shank grooves 16 according to a possible cold-forming process.
  • a rivet blank 19 with rivet head 14 is formed by pressing in a cold forming press.
  • the plurality of shank grooves 16 are introduced in a second method step (FIG. 9b), in which case-similarly as already explained with reference to FIGS. 7a and 7b-an introduction likewise takes place in a cold-forming process, in particular by rolling or rolling, for example by means of a flat jaw. or round jaw rolling machine, or else machined, for example, by turning, milling, grinding can be done.
  • care must be taken with a design of the plurality of Schaftnuten 16 in a cold forming technology that the Nietfuß 29 is formed with the functionally essential punching edge 18 in a defined form.
  • FIGS. 10a, 10b and 11a, 11b show further production variants of a stamped embossing rivet with a plurality of shank grooves in cold forming technology
  • the rivet blank according to FIG. 10 a has an embossment 27 encircling the rivet shank 15, which forms a cylinder section of reduced diameter relative to the rivet foot 29.
  • an indentation 27 ' is likewise formed, but this indentation 27' is dimensioned significantly shorter in the axial extent of the stamped embossing rivet and provided only adjacent to the rivet foot 29.
  • Both the rivet blank according to FIG. 10 a and the rivet blank according to FIG. 1 a already form the rivet foot 29 with a defined punching edge 18, so that it remains unchanged during the subsequent introduction of the shaft grooves 16.
  • the plurality of shaft grooves 16 can again be used in a cold-forming or rolling process, in particular by means of a flat-jaw or rolling process
  • Round jaw rolling or machined, for example, by turning, milling, grinding, are introduced.
  • FIGS. 12a and 12b illustrate a further embodiment of a stamped embossment produced by the method according to the invention.
  • the punching embossing rivet according to FIGS. 12a and 12b initially has a shape substantially corresponding to the basic shape of the stamped embossment according to FIG. 8, but is characterized in that here at least one, in the present case concrete three in Axial direction of the rivet extending longitudinal grooves 30 are provided.
  • Longitudinal grooves 30 can be machined, but preferably they are also introduced in accordance with the principles of the present application by cold molding, either in a common
  • Step for example, with training of the Schaftnuten 16, or in a previous or subsequent separate step.
  • the longitudinal grooves define a rotational orientation, so that within the manufacturing or
  • Post-processing step of the rivet can be recorded, transported or processed in a predetermined rotational orientation. Even in later use, the longitudinal grooves cause a decisive advantage. Two or more interconnected components are held against rotation against each other with even higher strength than in a completely rotationally symmetrical rivet.
  • the depth of the longitudinal grooves 30 is dimensioned slightly deeper than the depth of the shaft grooves 16 extending orthogonally for this purpose, so that in each case a continuous groove bottom is formed in the axial extension of the rivet in the longitudinal grooves 30.
  • the depth of the longitudinal grooves may also be less deep than the depth of the Schaftnuten.
  • FIGS. 13a and 13b illustrate a modified embodiment of a rivet produced by the method according to the invention.
  • one or more longitudinal webs 31 are provided instead of extending in the axial direction of longitudinal grooves, each extending from the groove bottom of the Schaftnuten 16 almost to
  • the longitudinal webs 31 are on aligned in a common line, so that a web escape 32 is defined. There may be one or more such web alignments 32 on a rivet,
  • each offset by 120 ° arranged web alignment 32 may be provided. Similar to that described with reference to FIGS. 12a and 12b
  • Embodiments are as described with reference to FIGS. 13a and 13b
  • FIGS. 14a to 14f illustrate various embodiments of a stamped embossment produced by the method according to the invention.
  • FIGS. 14a and 14b show a stamped embossing rivet with only one circumferential shank groove 16, the shank groove 16 having a semi-drop-shaped cross-sectional area with a steeper groove flank on the side facing the rivet foot 29 than on the side facing away from the rivet foot 29.
  • FIGS. 14c and 14d a so-called Mehr Hochsniet corresponding substantially to the illustration of FIG. 9 is illustrated, which has a plurality of equidistantly spaced Schaftnuten 16, in this case specifically five Schaftnuten 16. Except for a narrow collar on Nietfuß 29 and below the rivet head 14 of the complete rivet shank 15 is occupied with shank 16 grooves.
  • FIGS. 15a, 15b to 79 show exemplary embodiments of a stamped embossing rivet, which is characterized in particular by an improved rotational fixing in the production process and / or during the aftertreatment, in particular in the later application of the connection of at least two components.
  • Figures 15a, 15b to 35 show punched-embossed rivets without shank groove 16 and are in particular designed or provided to connect at least two components under deformation of the Nietfußes 29 (see also Figures 3, 4 and 5).
  • FIGS. 15 a, 15 b show a stamped embossing rivet with a design of the rivet head 14 analogous to FIG. 6 (this can also be designed differently) and a Rivet shaft 15 whose outer wall runs parallel to the shaft longitudinal axis
  • a cross-section of the rivet shank 15 perpendicular to the shank longitudinal axis is substantially octahedral, whereby edges 34 running parallel to the shank longitudinal axis are chamfered or rounded.
  • FIG. 16a, 16b substantially corresponds to the embodiment according to FIGS. 15a, 15b, but the cross section perpendicular to the shaft longitudinal axis corresponds to a hexagon with rounded edges 34 (beveled).
  • 17a, 17b show an embodiment of a punching embossing rivet with several (three) along the rivet shank 15 on its outer surface parallel to
  • Shank longitudinal axis extending longitudinal grooves 30.
  • Shank longitudinal axis is (essentially) round.
  • FIGS. 18 a, 18 b corresponds (substantially) to the exemplary embodiment according to FIGS. 17 a, 17 b, but four longitudinal grooves 30 are incorporated instead of three longitudinal grooves 30.
  • edges for example, can be bevelled or rounded off, for example, in the transition from the longitudinal groove to the region outside the groove.
  • 19a, 19b show a further embodiment of a stamped embossing rivet with a cross section perpendicular to the longitudinal axis of the shaft, which is of star-shaped design, specifically (essentially) designed as a six-pointed star.
  • edges and transitions can be chamfered or chamfered or rounded (this also applies to all the aforementioned and following embodiments).
  • FIGS. 20 a, 20 b show an embodiment of a punched embossed rivet with a triangular cross-section perpendicular to the longitudinal axis of the shaft.
  • the rivet shank 15 thus forms (approximately) a prism with a triangular base.
  • Prism top surfaces 40 are preferably arched outwardly (eg, at least an amount of 5% of the shaft diameter). Between the three (arched) prism top surfaces 40 are compared to these narrower intermediate surfaces 41 are provided. These intermediate surfaces 41 preferably have less than 50% of an extension in the longitudinal direction, based on the extension in the longitudinal direction of the (curved) prism top surfaces 40. Overall, the cross section of FIG. 20a, 20b also be considered (nourished) as a hexagon. The intermediate surfaces 41 may also be curved outwards.
  • the embodiment of a stamped embossing rivet according to FIGS. 21 a, 21 b has a cross section perpendicular to the longitudinal axis, which is (substantially) octagonal.
  • the rivet shank 15 thus forms (approximately) a prism with an octagonal base.
  • a wider prism top surface 40 alternates with a narrower prism top surface 40, the narrower prism top surface 40 preferably being less than 50% of the width perpendicular to the longitudinal direction of the prism top surface 40
  • Rivet shaft has, as the wider prism top surfaces 40th
  • the embodiment of a stamped embossing rivet according to FIGS. 22 a, 22 b corresponds with respect to the rivet shank 15 of the embodiment according to FIGS. 15a, 15b, wherein the rivet head 14 is designed deviating.
  • the rivet head 14 has (except for a conical region immediately adjacent to the rivet shank 15) a cross section corresponding to the cross section perpendicular to the longitudinal axis of the rivet shank 15, but the cross section perpendicular to the longitudinal axis of the rivet head 14 is greater, for example at least 10%. (in terms of the distance from two opposite sides).
  • FIGS. 23 a, 23 b corresponds (substantially) to FIG. 16a, Fig. 16b, but (analogous to Fig. 22a, 22b), the cross section of the rivet head 14 in its shape corresponds to the cross section perpendicular to the longitudinal axis of the rivet shank.
  • FIG. 24a, 24b the height of the area of the rivet head having a hexagonal cross-sectional shape according to the
  • Rivet shaft 15 has with respect to FIG. 23a, 23b is reduced, in particular less than 1.5 mm.
  • FIGS. 25a, 25b and 26a, 26b correspond to the embodiments according to FIGS. 20a, 20b and 21a, 21b, respectively, with regard to the design of the rivet shank 15.
  • the rivet head 14 has the same shape (analogous to FIG Fig. 22a, 22b) to the shape of the rivet shank of FIG. 20a, 20b and 21a, 21b is adapted.
  • the cross section is also in the embodiments according to FIGS. 25a, 25b and 26a, 26b are larger (for example by at least 10%).
  • side surfaces of the rivet heads 14 are respectively
  • Rivet shaft 15 are arranged offset or have an angle.
  • FIGS. 27a, 27b show an embodiment of a stamped embossing rivet with a rivet head 14 according to FIGS. 23a, 23b and a rivet shank 15 according to FIGS. 22a, 22b.
  • FIGS. 28a, 28b shows an embodiment of a stamped embossing rivet with a rivet head 14 according to FIGS. 26a, 26b and a rivet shank 15 according to FIGS. 22a, 22b.
  • FIGS. 29a, 29b shows a rivet head 14 according to FIGS. 23a, 23b and a rivet shank 15 according to FIGS. 25a, 25b.
  • FIGS. 30a, 30b shows a rivet head 14 according to FIGS. 23a, 23b and a rivet shank 15 according to FIGS. 17a, 17b.
  • FIGS. 31 a, 31 b show an embodiment of a stamped embossing rivet with a rivet head 14 according to FIGS. 23 a, 23 b and a rivet shank 15 according to FIGS. 21 a, 21 b.
  • the various embodiments of the rivet heads 14 can be combined with the various embodiments of the shafts 15 as desired. It is also conceivable that a rivet head 14 or a rivet shank 15 at different sections have different cross sections (for example corresponding to the geometric figures shown in the figures).
  • FIGS. 27a, 27b to 31a, 31b have recesses 33 which are preferably round in a cross section perpendicular to the longitudinal axis of the shank.
  • FIGS. 32 and 35 show an embodiment of the stamped embossing rivet with a recess 33 in the end face 23, which is (essentially) spherical segment-shaped.
  • FIG. 33 shows an embodiment of a stamped embossing rivet with a conical configuration of a recess 33 in the region of the end face 23.
  • FIG. 34 shows an embodiment of a stamped embossing rivet with a cylindrical configuration of a recess 33 in the end face 23, which likewise has a conical section (subsequently in the direction of the rivet head 14, analogously to FIG.
  • FIG. 36 shows an embodiment of a stamped embossing rivet according to FIGS. 15 a, 15 b, but with shank grooves 16 (in particular analogous to FIG. 8) introduced.
  • FIG. 37 shows an embodiment of a stamped embossing rivet according to FIG. 16a, 16b, wherein, however, in the region of the edges 34 shank grooves 16 are introduced, which have a spacing from shank grooves 16 of the respectively adjacent edge 34.
  • Fig. 37 thus no circumferential Schaftnuten 16 are shown, but individual mutually delimited shank grooves.
  • FIG. 38 shows an embodiment of a punched embossing rivet according to FIGS. 17 a, 17 b, wherein, however, circumferential shaft grooves 16 according to FIG. 36 are incorporated.
  • the shaft grooves 16 are less deep than the longitudinal grooves 30, so that the Schaftnuten 16 are interrupted by the longitudinal grooves 30.
  • FIG. 39 shows an embodiment of a punching embossing rivet according to FIGS. 18a, 18b, wherein shaft grooves 16 are introduced analogously to FIG.
  • FIG. 36 shows an embodiment of a punched embossed rivet according to FIGS. 20a, 20b, wherein in the region of the intermediate surfaces 41 shank grooves 16 are introduced, each having a distance from the shank grooves 16 of the adjacent intermediate surface 41.
  • FIG. 41 shows an embodiment according to FIG. 21a, 21b, wherein shaft grooves 16 are introduced analogously to FIG. 40 in the region of the intermediate surfaces 41.
  • FIG. 42 shows an embodiment of a punching embossing rivet according to FIGS. 19a, 19b, wherein shaft grooves 16 are made in the region of the truncated tips of the rivet shank which is star-shaped in cross section.
  • FIG. 43 shows an embodiment of a punched embossed rivet with an imprint 27 according to FIG. 10a.
  • the elevations 36 are pyramidal constructed with a rectangular base. Furthermore, the elevations 36 are aligned in the direction of the longitudinal axis of the rivet shank 15 and the circumference of the outer surface of the rivet shank 15. As a result, shank grooves 16 (radially extending) and longitudinal grooves 30 form.
  • the embodiment of a stamped embossing rivet according to FIG. 44 corresponds (substantially) to the embodiment according to FIG. 43, but the elevations 36 are approximately semi-lenticular.
  • FIG. 45 of a stamped embossing rivet also corresponds (substantially) to the embodiment according to FIG. 43, but the end face 23 does not correspond, as in FIG. 10a is formed, but is provided with a plurality of bulges 37, which are aligned with the projections 36 in the shaft longitudinal axis. As a result, the longitudinal grooves 30 extend to the end face 23.
  • the embodiment of a stamped embossing rivet according to FIG. 46 corresponds (substantially) to the embodiment according to FIG. 43, but the elevations 36 are each arranged offset with respect to an adjacent elevation 36.
  • FIG. 47 corresponds (essentially) to the embodiment according to FIG. 38 or FIG. 39, wherein instead of the longitudinal grooves 30 transverse grooves 38 are provided, which extend at an acute angle to the shaft longitudinal axis
  • FIG. 48 of a punched-embossment rivet corresponds (substantially) to the embodiment according to FIG. 47, whereby raised elevations 39 in the vicinity of the transverse grooves 38 are chamfered by the transverse grooves 38.
  • the embodiment of a stamped embossing rivet according to FIG. 49 corresponds (substantially) to the embodiment according to FIG. 48, but instead of the elevations 39 Surveys 36 are provided, which are formed as shown in FIG. 38. Furthermore, the number of transverse grooves in FIG. 49 is higher than in FIGS. 47 and 48, respectively. The number may be at least 2, 3 or 4, for example.
  • FIGS. 50 to 63 correspond (essentially) to the embodiments according to FIGS. 36 to 49, wherein only two successively arranged shank grooves 16 or 16 are arranged in the shaft longitudinal direction.
  • Elevations 36, 39 are provided. These shank grooves 16 or elevations 36, 39 adjoin the end face 23. In a region (which can for example make up 40% to 60% of the extension of the rivet shank 15 in the longitudinal direction) between the shank grooves 16 or elevations 36, 39 and the rivet head 14, the rivet shank 15 is free of grooves or elevations.
  • FIG. 64 essentially corresponds to the embodiment according to FIG. 49, but (only) two elevations 36 arranged one behind the other in the longitudinal direction of the shank are provided.
  • FIGS. 65 to 79 correspond (essentially) to the embodiments according to FIGS. 36 to 49, wherein only one successively arranged shank groove 16 or elevation 36, 39 is provided in the longitudinal direction of the shank.
  • This shaft groove 16 or elevation 36, 39 adjoins the end face 23.
  • the rivet shank 15 is free of grooves or elevations.
  • the embodiment according to FIG. 79 substantially corresponds to the embodiment according to FIG. 49, but (only) only one elevation 36 arranged one behind the other in the longitudinal direction of the shaft is provided.
  • the various embodiments of the stamped-embossed connection may preferably be made by double-printing methods.
  • a wire coming from a wire bundle is preferably guided by a feeder of the production device through a wire straightener and can then be inserted in a directional state into a shear stage. Preferably, it is sheared in the shear stage to the required length.
  • the wire portion with a gripper now placed in a die and over be inserted and preformed a Vorstaucher. Even more preferably, the workpiece can be finished with another stamp (Fertigstaucher). After the forming process, the finished workpiece (or the punching embossment) can be pushed out of the die or the punch by an ejector pin and, if necessary, conveyed to a discharge belt.
  • a multi-stage conversion can also take place.
  • the wire is preferably inserted into the manufacturing apparatus after straightening with pick rollers.
  • this blank is sheared to a desired length.
  • the sheared section is brought with a transport system in a first forming station. After the forming has taken place in the first forming station, the blank is returned to the transport system by means of an ejector pin and transported to a next station. This process can be repeated until the workpiece has passed (all) forming stations. Finally, the workpiece can be conveyed to a discharge belt.
  • the embodiments according to FIGS. 36 to 79 can be produced with a segmented matrix.
  • a segmented matrix allows the structuring of a surface with closed segments. If the segments are open, the punching embossing can be particularly easily removed (ejected). This is particularly advantageous in the production of undercuts or grooves.
  • Pressing jaws, axial longitudinal webs 31 can be formed in a synergistic manner.
  • the adjoining edges of adjacent segments or pressing jaws facing the trainee rivet can be chamfered accordingly so as to enable material flow into the chamfered region between the pressing jaws and ultimately to predetermine the cross-sectional geometry of the longitudinal webs 31 by the formation of the chamfering.
  • the material flow, which is usually perceived as detrimental when using segmented matrices, into the gap between the pressing jaws can be used here as a synergistic advantage for forming the longitudinal webs 31.
  • FIGS. 80a to 80d illustrate a first possible production method of a stamped embossing rivet in cold forming technology.
  • the punch embossment proposed in the present invention may preferably be formed from metal, in particular from steel or aluminum, from a metal which is well suited for cold-forming machining, on the one hand, and the later rivet, on the other hand - Process ensures desired properties, namely on the one hand, the required punching of the components and on the other hand to ensure a secure and durable rivet.
  • a metal instead of a metal, to consider other materials which can be plastically deformed using cold forming technology and nevertheless have the abovementioned properties for the riveting process.
  • cast materials can be used, for example, die-cast (in particular metal diecasting), and / or sintered materials.
  • the method proposed in FIGS. 80a to 80d proceeds from a cylindrical piece of material, which may for example be in the form of a wire section 21 and has a first end face 22 and a second end face 23 (FIG. 80a).
  • a second method step namely a setting process
  • a first cold-forming deformation on the end faces 22 and 23 made (Fig 80b).
  • the later the rivet head 14 forming end face 22 is in this case provided centrally with a countersink with an extremely flat angle and at the same time peripherally with a circumferential rounding 26.
  • the later the punching edge 18 comprehensive end of the punching embossing rivet is acted upon so that at the second end face 23 centrally a bead 24 is formed, but just the later the punching edge 18 forming edge portions are initially allowed to stand.
  • a pre-upsetting occurs (FIG. 80c).
  • the rivet head 14 is already formed with the desired head-like extension 20.
  • an enlargement of the diameter of the rivet shank 15 in a section facing the rivet head 14 is permitted by upsetting in the longitudinal direction, so that a step 28 is formed on the cylinder jacket of the rivet shank 15.
  • this step 28 can already define the upper groove side surface as well as the groove bottom of the shank groove 16 if a shank groove 16 is to be formed at all.
  • the rivet foot 29 is widened (FIG. 80d).
  • the blank When expanding the Nietfußes the blank is further compressed in the axial direction, so that the supply to the second end face 23 introduced bead 24 completely or almost completely disappears and at the same time in the region of the Nietfußes 29 material is compacted on the one hand and on the other hand flows to the outside to the Nietfuß 29th formed with well-defined punching edge 18, wherein the punching edge 18 should have as accurately as possible a diameter corresponding to the diameter of the rivet shank 15 above the step 28, thus a punched embossment is created, apart from the head-like extension 20 and possibly provided Shaft 16 has a largely constant rivet diameter.
  • the process described above can be carried out in a continuous working process on a double-pressure or multi-stage press, thus completely in cold forming.
  • FIG. 81a the production according to the invention of a stamped embossing rivet with a plurality of shank grooves 16 according to a first variant of the method is shown, wherein the sequence largely corresponds to the procedure already explained with reference to FIGS. 80a to 80d, so that to avoid repetition can be referred to.
  • a cylindrical material section which may be present concretely as a wire section 23, is assumed (FIG. 81 a).
  • the end faces 22, 23 of the wire section are preformed to reduce any irregularities present (FIG. 81d).
  • extrusion is performed while reducing the axial length and increasing the diameter of the rivet shank 15 (FIG. 81c).
  • finishing is done in a segmented die, wherein on the one hand the majority of the shank grooves 16 and on the other hand the rivet foot 29 are formed with the punching edge 18 in its final shape (FIG. 81d).
  • FIG. 82 shows an embodiment of a punched embossment in a side view.
  • the punch embossment shown here can be used in particular (but not exclusively) for processing at least one fiber composite plastic component and / or one magnesium component (magnesium alloy component).
  • the punching embossment according to FIG. 82 has (a plurality of, specifically at least four) ribs 51.
  • the rivet head 14 of the punching embossing rivet shown in FIG. 82 is (substantially) cylindrically shaped, wherein a rivet head end is chamfered and thus has a (shorter in comparison) frustoconical portion.
  • the ribs 51 allow as Fiber retaining ribs, as already described in the introduction, in a particularly favorable manner, the processing of a fiber composite plastic.
  • a material reduction 52 is formed.
  • This material reduction 52 is preferably (as shown in FIG. 82) in combination with at least one circumferential groove and / or a circumferential rib 51 before.
  • material reduction 52 is basically one
  • the material reduction 52 can therefore also be provided in a stamped embossing rivet which has no grooves and / or ribs.
  • the (dashed) material reduction 52 has a triangular cross-section.
  • a first embodiment of the material reduction 52 can be seen in Fig. 83, which shows a view of the Nietfußes 29 from below.
  • the material reduction 52 is formed here as a conical recess.
  • a second embodiment of the material reduction 52 can be seen in Fig. 83, which shows a view of the Nietfußes 29 from below.
  • the material reduction 52 is formed here as a conical recess.
  • a second embodiment of the material reduction 52 can be seen in Fig. 83, which shows a view of the Nietfußes 29 from below.
  • the material reduction 52 is formed here as a conical recess.
  • a second embodiment of the material reduction 52 is formed here as a conical recess.
  • Material reduction 52 can be seen in Fig. 84, which also shows a view of the Nietfuß 29 from below.
  • the material reduction 52 is designed here as a groove or recess extending over the entire diameter of the rivet foot 29 (preferably triangular in cross section).
  • Material reduction 52 particularly in connection with the processing of fiber composite plastics advantageous.
  • a punched embossment is proposed, which allows a safe and non-destructive machining of fiber composite plastics (or magnesium or magnesium alloys).

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung, wobei ein Stanz-Prägeniet mit einem Nietkopf (14), der eine beispielsweise kegelstumpfförmige oder zylindrische, kopfartige Erweiterung (20) ausbildet, sowie einen sich an den Nietkopf (14) anschließenden Schaft (15), vorgesehen ist, wobei der Schaft (15) ein erstes, den Nietkopf (14) aufnehmendes und mindestens ein zweites Bauteil unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt, wobei ein Nietfuß (29) nach dem Stanzen unter Ausbildung einer Aufstauchung (45) aufgestaucht wird.

Description

Stanzstauchniet
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung, wobei ein Stanz-Prägeniet mit einem Nietkopf bereitgestellt wird, der eine
insbesondere kegelstumpfförmige kopfartige Erweiterung ausbildet sowie einen sich an den Nietkopf anschließenden Schaft, vorzugsweise ohne Schaftnut, wobei der Schaft die Bauteile unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt. Weiter betrifft die Erfindung einen Stanz-Prägeniet und ein Set aus zwei Bauteilen mit einer
vorbestimmten Dicke und einem Stanz-Prägeniet.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung mittels eines Stanz-Prägeniets ist beispielsweise in der DE 203 00 533 Ul beschrieben. Dabei wird der Stanz-Prägeniet durch einen Nietstempel von oben nach unten durch die mittels eines Niederhalters fixierten Fügeteile gedrückt, wobei in den Fügeteilen miteinander fluchtende
Stanzlöcher entstehen. Nach Beendigung des Stanzvorgangs wird in das untere Fügeteil mit Hilfe einer entsprechenden Matrize um den Schaft herum eine
ringförmige Vertiefung geprägt, wodurch bewirkt wird, dass das Material des unteren Fügeteils unter plastischer Deformation in Schaftnuten eines Schaftes des Stanz- Prägenietes gedrückt wird und diese ausfüllt. Ein derartiges Verfahren ist jedoch nachteilig, insbesondere bei der Verwendung von vergleichsweise spröden Materialien für die zu verbindenden Bauteile, wie beispielsweise Magnesium, zu
Nietverbindungen, die vergleichsweise wenig Stabilität gewährleisten. Außerdem wird das Verfahren als zeit- und kostenintensiv empfunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stanz-Prägeniet-Verfahren
vorzuschlagen, das kostengünstig durchgeführt werden kann und dennoch eine zufriedenstellende Stabilität der Nietverbindungen gewährleistet. Außerdem soll ein entsprechendes Set aus mindestens zwei Bestandteilen und einem Stanz-Prägeniet vorgeschlagen werden, das eine kostengünstige Vernietung der Bauteile ermöglicht.
Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht mit einem Verfahren zur
Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung nach Anspruch 1 sowie in
vorrichtungstechnischer Hinsicht mit einem Set gemäß Anspruch 13 und einem Stanz- Prägeniet nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Stanz- Prägeniet-Verbindung gelöst, wobei ein Stanz-Prägeniet mit einem Nietkopf, der eine beispielsweise kegelstumpfförmige oder zylindrische kopfartige Erweiterung ausbildet, sowie einem sich an den Nietkopf anschließendem Schaft vorgesehen ist, wobei der Schaft ein erstes, den Nietkopf aufnehmendes Bauteil und mindestens ein zweites Bauteil unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt und wobei ein Nietfuß während oder nach dem Stanzen unter Ausbildung einer Aufstauchung aufgestaucht wird.
Ein erster Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht also darin, den Stanz- Prägeniet, nachdem er in die Bauteile eingestanzt worden ist, in einem weiteren Verfahrensschritt aufzustauchen. Die Aufstauchung wird durch eine Krafteinwirkung entgegen einer Stanzrichtung bewirkt. Als Folge der Aufstauchung wird der Niet, insbesondere im Bereich eines Nietfußes, gehärtet. Insbesondere bildet sich eine Erweiterung des Stanz-Prägenietes in radialer Richtung aus, sodass das Material des Stanz-Prägenietes radial in Richtung einer Lochwand des Stanzloches gedrängt wird und der Stanz-Prägeniet so form- und kraftschlüssig mit den Bauteilen verbunden wird. Beim Aufstauchen handelt es sich um einen vergleichsweise einfachen Vorgang, der kostengünstig durchgeführt werden kann. Insbesondere wenn vergleichsweise spröde Bauteile verbunden werden sollen (bzw. zumindest ein sprödes Bauteil mit einem weiteren Bauteil verbunden werden soll), zeichnet sich die durch das Verfahren hergestellte Stanz-Prägeniet-Verbindung durch eine hohe Stabilität aus, insbesondere da durch die Aufstauchung (vorzugsweise) Material des Stanz-Prägenietes in die Bauteile gedrängt wird und nicht wie im Stand der Technik, beispielsweise durch Ausformung einer Ringnut, Material der Bauteile in Ausnehmungen des Nietschaftes gedrängt wird. Zu einem gewissen Maß kann es auch beim vorliegenden Verfahren zu einem Drängen von Material der Bauteile in Richtung des Nietschaftes kommen.
Vorzugsweise ist eine Länge des Stanz-Prägenietes oder des Nietschaftes größer als eine Gesamtdicke der Bauteile, wenn diese aneinanderliegen. Vorzugsweise kann die Länge um mindestens 2%, weiter vorzugsweise mindestens 5%, noch weiter vorzugsweise um mindestens 10% größer sein. Ein daraus resultierender Überstand kann besonders einfach aufgestaucht werden, sodass der Nietfuß besonders einfach zur sicheren Herstellung der Vernietung erweitert werden kann. In einer ersten Alternative kann der Nietfuß nach dem Vernieten, insbesondere nach dem Stauchen, flächenbündig mit dem zweiten Bauteil abschließen, wodurch eine sichere Verbindung und gleichzeitig ein optisch ansprechender Gesamteindruck gewährleistet wird. In einer zweiten Alternative kann der Nietfuß nach dem Vernieten, insbesondere nach dem Stauchen, einen Überstand gegenüber dem zweiten Bauteil ausbilden. Insbesondere bei einem vergleichsweise spröden Material des zweiten Bauteils kann bei dieser Alternative eine sichere Vernietung erreicht werden.
Vorzugsweise ist im Schaft mindestens eine, insbesondere umlaufende, Schaftnut und/oder Erhebung eingebracht (oder wird eingebracht). Der Schaft kann jedoch auch ohne Schaftnut und/oder Erhebungen (also glatt) ausgebildet werden. Wenn
Schaftnuten und/oder Erhebungen vorgesehen sind, können diese bei einer
Aufstauchung des Stanz-Prägenietes und einer damit verbundenen (partiellen)
Durchmessererweiterung des Stanz-Prägenietes in Richtung der Lochwand des
Stanzloches gedrängt werden und einen sicheren Eingriff gewährleisten.
In bevorzugten Weiterbildungen kann das erste und/oder mindestens zweite Bauteil aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, beispielsweise aus Aluminiumguss oder einem
Aluminiumblech und/oder aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung,
beispielsweise Magnesiumguss oder einem Magnesiumblech und/oder einem
Faserverbundkunststoff (FVK), gefertigt sein bzw. werden. Insbesondere Magnesium (und Magnesiumlegierungen) ist (sind) besonders spröde, dennoch kann mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens durch das Prinzip des Hineindrückens von Material des Stanz- Prägenietes in das Bauteil durch eine Aufstauchung eine zuverlässige Verbindung der Bauteile erreicht werden.
Faserverbundkunststoffe sind Werkstoffe, die Verstärkungsfasern und eine
Kunststoff matrix umfassen. Die Kunststoffmatrix kann die Fasern umgeben, die durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte an die Kunststoff matrix gebunden sein können. Oftmals haben Faserverbundkunststoffe ein richtungsabhängiges Elastizitätsverhalten. Faserverbundkunststoffe weisen üblicherweise hohe spezifische Steifigkeiten und Festigkeiten auf. Dies macht sie zu geeigneten Werkstoffen in Leichtbauanwendungen. Allerdings besteht gerade bei diesen Faserverbundkunststoffen bisher ein Problem darin, diese mit einem anderen Bauteil, beispielsweise einem weiteren Faserverbundkunststoff-Bauteil zu verbinden. Durch das vorliegende Verfahren kann (wie bereits im Zusammenhang mit dem Magnesium bzw. den Magnesiumlegierungen beschrieben) eine zuverlässige und kostengünstige Verbindung der Bauteile erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn mindestens ein Bauteil aus einem Faserverbundkunststoff gefertigt ist und eine, insbesondere mehrere, vorzugsweise umlaufende, Schaftnut (Schaftnuten) und/oder Erhebung (Erhebungen) eingebracht sind (oder werden). Die Schaftnuten bzw. Erhebungen (insbesondere Rippen) verbessern einen Eingriff des Nietschaftes beim Einführen mit dem Faserverbundkunststoff, woraus ein Mitnahmeeffekt resultiert. Im Ergebnis wird dadurch verhindert (oder zumindest eine Wahrscheinlichkeit verringert), dass der Faserverbundkunststoff beim Stanzen teilweise mitgenommen wird, teilweise jedoch auch elastisch zurückfedert, so dass der Faserverbundkunststoff geschädigt (beispielsweise aufgespreizt) wird, was zu einer weniger robusten Verbindung führen würde. Die Kombination von Schaftnut bzw. Erhebungen mit mindestens einem Faserverbundkunststoff führt somit zu einer verbesserten (Rippe) Verbindung des Faserverbundkunststoffes mit einem anderen Bauteil, insbesondere einem weiteren Faserverbundkunststoff-Bauteil.
An einer dem Nietkopf abgewandten Seite des zweiten Bauteils kann eine Nut, insbesondere Ringnut, um das Schaftende herum ausgeprägt werden. Die Ausprägung einer derartigen Nut, insbesondere Ringnut, kann jedoch auch unterbleiben. Wird eine derartige Nut gebildet, verbessert dies weiter die Zuverlässigkeit der Verbindung der Bauteile, da auch insbesondere Material der Bauteile in Richtung der Außenwandung des Stanz-Prägenietes gedrückt wird. Insbesondere Material des zweiten (unteren) Bauteils wird dann unter plastischer Deformation in (ggf. vorgesehene) Schatnuten gedrückt, wobei diese ausgefüllt werden.
Eine Sprödigkeit des zweiten Bauteils kann größer sein als eine Sprödigkeit des ersten Bauteils (oder umgekehrt). Ist die Sprödigkeit des zweiten Bauteils größer, so kann mit dem vorliegenden Verfahren dennoch eine sichere Verbindung gewährleistet werden. Die Sprödigkeit ist dabei ein Maß, das bestimmt, wie weit sich ein Material plastisch verformen lässt, bevor es bricht.
Vorzugsweise ist der Stanz-Prägeniet aus einem Material mit geringerer Sprödigkeit als das erste und/oder mindestens zweite Bauteil. Dadurch können mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens besonders einfach grundsätzliche Nachteile, die sich aus einer hohen Sprödigkeit bzw. geringen plastischen Verformbarkeit ergeben, vergleichsweise einfach überwunden werden. Vorzugsweise wird zum Abstützen der Bauteile während des Stanzens eine Matrize mit einer Ausnehmung zum Abführen des Stanz-Butzens verwendet. Zum Aufstauchen kann ebenfalls eine, insbesondere senkrecht zu einer Aufstauchrichtung verschiebliche und/oder drehbare, Matrize verwendet werden, die vorzugsweise eine Ausnehmung zum Abführen des Stanz-Butzens aufweist. Weiter vorzugsweise kann die Matrize zur Abstützung der Bauteile während des Stanzens und die Matrize zum Aufstauchen das selbe, eine insbesondere senkrecht zu einer Aufstauchrichtung verschiebliche und/oder drehbare, Matrize sein. Beispielsweise kann die Matrize drehtellerartig ausgebildet sein und eine Ausnehmung zum Abführen des Stanz-Butzens aufweisen, wobei die Position der Ausnehmung gegenüber der Stanzniet-Verbindung durch Drehen variiert werden kann. Im Ergebnis wird ein vergleichsweise kostengünstig durchführbares Verfahren erreicht, da ein Bauteil gespart werden kann.
In einer konkreten Ausgestaltung ist an einem Nietfuß eine Materialreduzierung eingebracht. Die Materialreduzierung kann beispielsweise im Querschnitt
dreieckförmig oder pyramidal sein. Insbesondere kann die Materialreduzierung eine (im Querschnitt dreieckige) Nut sein, die entlang eines Durchmessers des Nietfußes läuft. Alternativ kann die Materialreduzierung auch eine Ausnehmung darstellen, die einen umlaufenden Rand innerhalb eines Randes des Nietfußes hat (also den Nietfuß nicht vollständig durchläuft). Eine derartige Materialreduzierung kann beispielsweise auch kegelförmig oder kegelstumpfförmig oder zylindrisch oder pyramidal ausgebildet sein. Im Allgemeinen kann es sich bei der Materialreduzierung also um eine
Ausnehmung handeln. Durch die Materialreduzierung bzw. Ausnehmung werden die Kräfte, die beim Stauchen auftreten im Bereich des Nietfußes reduziert. Dadurch kann insbesondere bei Magnesium (Magnesiumlegierungen) oder Faserverbundkunststoffen eine Beschädigung der Bauteile vermieden oder reduziert werden und eine sichere Verbindung gewährleistet werden.
Vorzugsweise wird der Nietfuß durch eine Linearbewegung, insbesondere eines ersten Matrizenabschnittes gegenüber einem zweiten Matrizenabschnitt, aufgestaucht. Die Linearbewegung kann beispielsweise über einen Kniehebelmechanismus realisiert werden. Im Allgemeinen kann (nur ein Teil) des Matrizenbodens gegenüber einem übrigen Matrizenabschnitt verfahren werden. Ein grundlegender Gedanke besteht darin, die Matrize mehrteilig auszubilden, wobei ein erster Matrizenabschnitt gegenüber einem zweiten Matrizenabschnitt (linear) verfahrbar ist. Dadurch kann einerseits ein Materialbutzen einfach entfernt werden und andererseits die Aufstauchung vergleichsweise einfach erfolgen. Es wird also eine konstruktive Vereinfachung des Verfahrens realisiert.
Die oben genannte Aufgabe wird unabhängig gelöst durch ein Set aus einem ersten und mindestens einem zweiten Bauteil mit einer vorbestimmten Gesamtdicke, insbesondere nach einem Verfahren der vorbeschriebenen Art, wobei der Stanz- Prägeniet einen Nietkopf, der eine, beispielsweise kegelstumpfförmige oder zylinderförmige, kopfartige Erweiterung ausbildet, sowie einen sich an den Nietkopf anfügenden Schaft und ein Schaftende aufweist, wobei sich zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen den Bauteilen, wenn diese aneinanderliegen, der Schaft, die Bauteile unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt, wobei eine Länge des Stanz- Prägenietes oder des Schaftes eine Summe der Dicken der zwei aneinanderliegenden Bauteile übersteigt, vorzugsweise um mindestens 2%, weiter vorzugsweise um mindestens 5%, noch weiter vorzugsweise um mindestens 10%, derart, dass ein Nietfuß des Stanz-Prägenietes durch Aufstauchen erweiterbar ist. Hinsichtlich der Vorteile wird auf das oben beschriebene Verfahren verwiesen.
Vorzugsweise wird der Stanz-Prägeniet unter Anwendung mindestens einen
Pressvorganges in Kaltformtechnik hergestellt.
Die obengenannte Aufgabe wird unabhängig gelöst durch ein Stanz-Prägeniet, insbesondere für das vorbeschriebene Stanz-Prägeniet-Verfahren, vorzugsweise als Bestandteil des oben beschriebenen Sets, umfassend einen Nietkopf, der eine beispielsweise kegelstumpfförmige oder zylinderförmige, kopfartige Erweiterung ausbildet, und einen an den Nietkopf anschließenden Schaft, wobei zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen den Bauteilen, wenn diese aneinanderliegen, der Schaft die Bauteile unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt, wobei der Stanz- Prägeniet eine Überlänge aufweist, die nach dem Durchstanzen der Bauteile über diese hinaussteht und aufgestaucht werden kann.
Ein Nietfuß des Stanz-Prägeniets kann eine, insbesondere im Querschnitt dreieck- förmige und/oder pyramidale Materialreduzierung aufweisen. Weitere Eigenschaften und Ausführungsformen der Materialreduzierung wurden bereits weiter oben im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung beschrieben. Auch bezüglich der Vorteile einer derartigen Materialreduzierung wird auf das entsprechende Verfahren verwiesen. Gemäß einem unabhängigen Aspekt kann der Stanz-Prägeniet unter Anwendung mindestens eines Pressvorganges in Kaltformtechnik hergestellt werden.
Der komplette Niet oder zumindest ein Nietrohling kann durch einen Pressvorgang in Kaltformtechnik erzeugt werden. Überraschenderweise können trotz der engen
Fertigungstoleranzen und der geforderten exakten Geometrie und Materialgüte gebrauchsfähige Stanz-Prägenieten mit akzeptablen Fertigungstoleranzen hergestellt werden. Es ließen sich Stanz-Prägenieten mit wohldefiniertem Nietkopf,
wohldefiniertem Schaft und wohldefinierter Stanzkante erzeugen.
Unter Kaltformtechnik wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung sowohl eine Kaltumformung als auch eine Halbwarmumformung, beides in
Abgrenzung zur Warmumformung (Schmieden), verstanden. Beim Schmieden, also der Warmumformung, hat das Ausgangsmaterial in der Regel eine Temperatur von über 1000 °C (z. B. bei Stahl). Kaltumformung wird hingegen unterhalb der
Rekristallisationstemperatur des Materials durchgeführt. In der Regel hat das
Ausgangsmaterial Raumtemperatur bzw. ist leicht auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 °C und 150 °C erwärmt. Beim Halbwarmumformen, das für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ebenfalls der Kaltformtechnik zugerechnet werden soll, hat das Ausgangsmaterial eine Temperatur unterhalb der Schmiedetemperatur, beispielsweise zwischen 200 °C und 900 °C. Bei diversen Stählen können bereits umformtechnische Vorteile bei Temperaturen von 150 °C aufwärts entstehen.
Ganz generell ist zu bemerken, dass der vorgeschlagene Stanz-Prägeniet
bevorzugtermaßen aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium gebildet sein kann, aus einem Metall jedenfalls, das sich einerseits zur kaltformtechnischen
Bearbeitung gut eignet, andererseits auch die im späteren Nietprozess gewünschten Eigenschaften sicherstellt, nämlich einerseits die erforderliche Durchstanzung der Bauteile und andererseits die Gewährleistung einer sicheren und dauerhaften
Nietverbindung. Es ist aber auch denkbar, anstelle eines Metalls andere Materialien in Betracht zu ziehen, die sich in Kaltformtechnik plastisch verformen lassen und dennoch die vorgenannten Eigenschaften für den Nietprozess aufweisen.
Ganz generell ist weiterhin zu bemerken, dass der Nietkopf auch eine von der
Kegelstumpfform abweichende Erweiterung aufweisen kann. Entscheidend ist, dass in der Projektion auf eine zur Axialrichtung des Niets senkrecht liegende Ebene der Kopf über den maximalen Querschnitt des Schaftes zumindest bereichsweise vorsteht, um eine axiale Festlegung zu bewirken. Dabei kann der Kopf auch eine von der
Rotationssymmetrie abweichende Grundform aufweisen. Der Kopf kann sich von seinem distalen Ende ausgehend kontinuierlich oder stufenweise verjüngen. Die Kontur, also die Umrisslinie der den Nietkopf bildenden Erweiterung kann konvex, konkav, mit oder ohne (ausgeprägte) Radien an den Übergängen ausgestaltet sein.
In einer möglichen Ausgestaltung weist der kaltformtechnisch erzeugte Stanz- Prägeniet mindestens eine Schaftnut mit einer aufgrund des Pressvorgangs oder einer anderen Druckeinwirkung gehärteten Nutoberfläche auf. Es tritt hier somit ein synergistischer Effekt auf, so dass durch die Herstellung in kaltformtechnischen Prozessen einerseits Zeit- und Herstellungsaufwand reduziert werden können, andererseits aber auch der Zusatzeffekt genutzt werden kann, dass aufgrund des Materialflusses gerade die Nutoberflächen bei kaltformtechnischer Umformung besonders gehärtet ausgebildet werden können. Zusätzlich tritt durch den kaltformtechnischen Prozess eine Materialverfestigung und somit eine Festigkeitserhöhung im gesamten Niet ein.
Der Stanz-Prägeniet kann dabei ein oder mehrere umlaufende Schaftnuten aufweisen. Ganz allgemein sei an dieser Stelle angemerkt, dass für die Schaftnuten verschiedene Querschnittsformen in Betracht kommen, wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt, vgl. hierzu beispielsweise die an den Querschnitt der Außenkontur eines Tropfens angenäherte Schaftnut gemäß US 6,244,808, eine annährend halbkreisförmige Schaftnut, eine symmetrisch oder asymmetrisch trogförmige Schaftnut o. Ä. Es versteht sich ebenfalls von selbst, dass für die Funktion und Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung die Schaftnut auch nicht komplett umlaufend ausgebildet sein muss, sondern das Prinzip eines Stanz-Prägenietes auch mit einer oder einer Mehrzahl von Einkerbungen, Taschen, o. Ä. realisiert werden kann. Maßgeblich ist, soweit nicht der Nietschaft selbst eingeformt wird, dass beim am Schaftende positionierten Bauteil ein Materialfluss durch eine Prägung dergestalt hervorgerufen wird, dass dieser Materialfluss in Ausnehmungen im Schaft des Stanz-Prägenietes eindringt und so für eine sichere und dauerhafte Verbindung der zu verbindenden Bauteile sorgt.
Es kann bei der erfindungsgemäßen kaltformtechnischen Herstellung die mindestens eine Schaftnut im gleichen Pressvorgang wie der Nietkopf oder in unterschiedlichen Umformvorgängen hergestellt sein.
Es ist insbesondere denkbar, mindestens eine Schaftnut durch ein Walzverfahren, insbesondere unter Einwirkung einer Flachbacken- oder Rundbackenwalze, zu erzeugen. Alternativ ist es allerdings auch möglich, die mindestens eine Schaftnut durch spanabhebende Fertigungsverfahren, insbesondere durch Drehen, Fräsen oder Schleifen, nach einem anfänglichen Pressvorgang der mindestens die Herstellung eines Nietrohlings mit bereits ausgebildetem Nietkopf oder Nietkopf mit bereits vorgeformter Schaftnut umfasst, zu erzeugen.
Schließlich ist es selbstverständlich möglich, die mindestens eine Schaftnut mit Formung des Nietrohlings in einem durchgehenden Arbeitsprozess, insbesondere in einer Presse zu erzeugen.
In einer zweiten möglichen Ausgestaltung weist der kaltformtechnisch erzeugte Stanz- Prägeniet einen gegenüber der Bauteildicke verlängerten Nietschaft auf, wobei der distale Überstand eine Erweiterung des Nietschaftes definiert, der dazu ausgebildet ist, nach Durchstanzen der Bauteile gestaucht zu werden. In dieser Ausgestaltung erfolgt eine axiale Verbindung der Bauteile indem eine Schaftnut oder Hinterschnei- dung eingepresst wird, vielmehr wird dieser Ausgestaltung nach dem Stanzprozess der Stanz-Prägeniet selbst an seinem distalen Ende umgeformt. Es wird insofern also nach diesem alternativen Gedanken ein Stanz-Prägeniet mit einem Nietkopf, der einen insbesondere kegelstumpfförmigen Überstand ausbildet sowie ein sich an den
Nietkopf anschließender Nietschaft vorgeschlagen, der gegenüber der Dicke der zu verbindenden, aneinanderliegenden Bauteile einen Überstand ausbildet, wobei zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen mindestens zwei aneinanderliegenden Bauteilen der Nietschaft mit dem Überstand die Bauteile unter Bildung eines
Stanzloches durchstanzt und anschließend der Überstand unter Ausbildung einer Aufstauchung umgeformt wird, wobei der Stanz-Prägeniet unter Anwendung mindestens eines Pressvorganges in Kaltformtechnik hergestellt ist.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist der Überstand eine Länge von 2 %, weiter vorzugsweise von 5 %, noch weiter vorzugsweise von 10 % der Dicke der zu verbindenden aneinanderliegenden Bauteile auf.
Weiter vorzugsweise weist der Stanz-Prägeniet vorzugsweise in beiden alternativen Ausgestaltungen eine dem Nietkopf abgewandte Stanzkante mit einer aufgrund des Pressvorgangs oder einer anderen Druckeinwirkung gehärteten Oberfläche auf. In beiden Fällen ist gerade im Bereich der Stanzkante eine Materialverdichtung angelegt. Diese Materialverdichtung kann insbesondere in einem durchgehenden Arbeitsgang zur Herstellung des Stanz-Prägenietes, insbesondere in einer Presse bzw. in speziellen Werkzeugen in einem durchgehenden Arbeitsprozess erzeugt werden. Alternativ kann auch eine ggf. vorverdichtete Stanzkante beispielsweise während des Prozesses der Einbringung der Schaftnuten, beispielsweise durch ein Walzverfahren, durch
Materialfluss aus dem Bereich der Stanznut heraus nachverdichtet werden.
Nach einem möglichen Aspekt kann das Niet-Herstellungsverfahren vorsehen, dass der Stanz-Prägeniet in einem durchgehenden Herstellungsprozess erzeugt wird.
In einer speziellen, möglichen Ausgestaltung umfasst der Pressvorgang zur Herstellung des Niets oder eines Nietrohlings mindestens einen der folgenden Schritte, vorzugsweise alle nachfolgenden Schritte in der genannten Abfolge:
Bereitstellen eines Drahtabschnittes,
- einen Setzvorgang, in dem der Drahtabschnitt im Bereich seiner stirnseitigen Enden in einer Kaltumformung vorbearbeitet wird,
- einen Vorstauchvorgang, in dem mindestens die wesentliche Form des Nietkopfes mit der kopfartigen Erweiterung ausgebildet wird und
- ein Fertigstauchen des Nietrohlings, bei dem der Nietkopf bereits ausgeformt ist, unter Verringerung seiner axialen Länge.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Schritt des Fertigstauchens auch die gleichzeitige Ausbildung wenigstens einer umlaufenden Schaftnut umfasst.
Alternativ kann die wenigstens eine umlaufende Schaftnut in den Nietrohling aber auch durch ein Walzverfahren, insbesondere mittels einer Flachbacken- oder
Rundbackenwalzmaschine, eingebracht werden.
Schließlich ist es alternativ auch möglich, die wenigstens eine umlaufende Schaftnut in den Nietrohling durch spanabhebende Bearbeitung, insbesondere durch einen Drehvorgang, einen Fräsvorgang oder einen Schleifvorgang einzuarbeiten.
Nach einem besonderen, bevorzugten Aspekt des vorliegenden Verfahrens wird durch die kaltformtechnische Bearbeitung gleichzeitig eine Schaftnut mit gehärteter Nutoberfläche erzeugt.
Nach einem weiteren, bevorzugten Aspekt wird durch das vorliegende Verfahren aufgrund der kaltformtechnischen Bearbeitung, insbesondere aufgrund des mindestens einen Pressvorganges zur Erzeugung mindestens des Nietrohlings oder einer anderen Druckeinwirkung ein Schaft mit verfestigter Stanzkante an seinem dem Nietkopf abgewandten Ende erzeugt.
Bevorzugt ist insbesondere die Verwendung des Stanz-Prägeniet-Verfahrens für Magnesiumwerkstoffe (ggf. im Mischbau), vorzugsweise ohne zusätzliche Erwärmung der Fügestelle. Beispielsweise kann ein Magnesiumgussteil an ein Metallblech
(beispielsweise Stahlblech) genietet werden. Es können somit leichte
Magnesiumgussbauteile bei sicherer Verbindung auf einfache Weise an Metallbleche angefügt werden.
Besonders bevorzugt ist auch der Einsatz des Stanz-Prägeniet-Verfahrens für
Aluminium-Dünnbleche, wobei durchaus Blechdicken von unter 1 mm gefügt werden können. Auch hierbei wird bei hoher Festigkeit eine leichte Bauweise (bei zugleich ansprechender Optik) erreicht.
Konkret können auch Stahlbauteile mit Aluminiumbauteilen besonders sicher vernietet werden. Eine Bauteildeformation oder Taschenbildung ist dabei, insbesondere wenn gleichzeitig Kleber zum Einsatz kommt, reduziert.
Hochfeste Aluminiumlegierungen werden derzeit noch bevorzugtals Druckgussteile (beispielsweise Fahrwerks- und Karosserieteile) eingesetzt. Aluminiumlegierungen sind üblicherweise gut gieß- und umformbar und lassen sich zudem wärmebehandeln und beschichten. Gegenüber Stahl sind derartige Legierungen etwa dreimal leichter und verfügen über ähnliche Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften. Da Magnesium noch leichter ist als Aluminium, ist es grundsätzlich noch weiter bevorzugt. Derzeit liegt jedoch eine Problematik darin, Druckguss- und/oder Blechteile aus Magnesium(- legierungen) wirtschaftlich herzustellen und insbesondere mit anderen Komponenten, wie Metallblechen, zu verbinden. Mit dem vorgeschlagenen Stanz-Prägeniet-Verfahren wird somit die Möglichkeit des Einsatzes von Magnesium(legierungs)bauteilen deutlich verbessert.
Insbesondere können somit Magnesium(legierungs)bauteile im Automobilbau mit (übrigen) Karosserieteilen auf einfache und sichere Teile vernietet werden.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. ein Verfahren zur Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung gemäß einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht; ein Verfahren zur Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht; ein Set aus zwei Bauteilen mit einer vorbestimmten Dicke und einem Stanz-Prägeniet nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem der Stanz-Prägeniet ohne Schaftnut ausgebildet ist, wobei der Nietfuß während oder nach dem Stanzen unter Ausbildung einer Aufstauchung aufgestaucht wird; einen Stanz-Prägeniet mit zwei aneinanderliegenden Bauteilen gemäß dem Set nach Fig. 77 nach dem Nietvorgang bei dem der Nietfuß aufgestaucht wird, gemäß einer ersten Alternative; einen Stanz-Prägeniet mit zwei aneinanderliegenden Bauteilen gemäß dem Set nach Fig. 77 nach dem Nietvorgang bei dem der Nietfuß aufgestaucht wird, gemäß einer zweiten Alternative.
eine Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägenietes mit einer einzigen umlaufenden Schaftnut; die Herstellung eines Stanz-Prägenietes in Kaltformtechnik nach einem weiteren, alternativen Verfahren;
Fig. 8 einen Stanz-Prägeniet, der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt ist, mit einer Mehrzahl umlaufender Schaftnuten; Fig. 9a und 9b die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl
umlaufender Schaftnuten in Kaltformtechnik gemäß einer zweiten alternativen Vorgehensweise;
Fig. 10a und 10b die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl
umlaufender Schaftnuten in Kaltformtechnik gemäß einem weiteren, alternativen Verfahren;
Fig. I Ia und I Ib die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl
umlaufender Schaftnuten in Kaltformtechnik gemäß einem weiteren, alternativen Verfahren;
Fig. 12a und 12b eine Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren herstellten Stanz-Prägeniets mit mehreren Längsnuten;
Fig. 13a und 13b eine Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets mit mehreren in
Längsrichtung verlaufender über den Nutgrund vorstehender Stege; und
Fig. 14a bis 14f verschiedene Ausführungsbeispiele eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets.
Fig. 15a bis 31a verschiedene Ausführungsbeispiele eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets in einer ersten Schrägansicht;
Fig. 15b bis 31b die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 10a bis 26a in einer zweiten
Schrägansicht;
Fig. 32 bis 34 verschiedene Ausführungsbeispiele eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets in einer geschnittenen Ansicht;
Fig. 35 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 27 in einer teilweise
geschnittenen Schrägansicht; Fig. 36 bis 79 verschiedene Ausführungsbeispiele eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets in Schrägansicht;
Fig. 80a bis 80d die Herstellung eines Stanz-Prägeniets nach der Erfindung gemäß einer ersten Ausgestaltung des hier vorgeschlagenen kaltform- technischen Herstellungsverfahrens;
Fig. 81a bis 81d die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl
umlaufender Schaftnuten in Kaltformtechnik gemäß einer ersten Herstellungsvariante;
Fig. 82 eine Ausführungsform eines Stanz-Prägeniets in einer Seitenansicht, insbesondere für die Verarbeitung von Faserverbundkunststoff- Bauteilen;
Fig. 83 eine erste Ausführungsform eines Schaftfußes in einer Ansicht von unten; und
Fig. 84 eine zweite Ausführungsform eines Schaftfußes in einer Ansicht von unten.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Die Figuren la bis le zeigen eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur
Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung in einer schematischen Ansicht. In Fig. la ist ein Stanz-Prägeniet 10 zu sehen, der oberhalb von einem ersten Bauteil 42 und einem zweiten Bauteil 43 angeordnet ist. Die Bauteile 42 und 43 werden durch eine Klemmvorrichtung 11 verklemmt. Die Klemmvorrichtung 11 kann vorzugsweise (wie im vorliegenden Beispiel) einen Niederhalter 12 umfassen, der die Bauteile 42, 43 (in der Fig. la) von oben mit Druck beaufschlagen kann. Weiterhin kann die
Klemmvorrichtung 11 eine Matrize 13 umfassen, die vorzugsweise (wie im
vorliegenden Beispiel) eine (lochartige) Matrizenausnehmung 47 aufweist. Der Stanz- Prägeniet 10 kann durch einen Nietstempel 48 gegen die Bauteile 42, 43 bzw. die Matrize 13 gedrängt werden. Zum Verklemmen kann zusätzlich der Niederhalter 12 gegen die Matrize 13 gedrängt werden (was durch die Pfeile 49 in Fig. la symbolisiert ist).
Wird nun die Stempelkraft des Nietstempels 48 (vgl. Fig. lb) erhöht, so durchstanzt der Stanz-Prägeniet 10 die Bauteile 42, 43, wobei Stanzbutzen 50 in einem nächsten Schritt (vgl. Fig. lc) herabfallen bzw. abgeführt werden können.
Wie in den Fig. lc und ld zu sehen ist, weist der Stanz-Prägeniet 10 nach dem
Durchstanzen einen Überstand 44 auf, der über die aneinanderliegenden Bauteile 42, 43 um eine vorbestimmte Länge (beispielsweise mindestens 1%, vorzugsweise mindestens 3%, noch weiter vorzugsweise mindestens 5% der Gesamtlänge des Nietes) hinaussteht.
Nachdem die Stanzbutzen 50 abgeführt worden sind, kann die Matrize 13 derart positioniert werden, dass die Matrizenausnehmung 47 nicht mehr unterhalb des Stanz-Prägenietes 10 angeordnet ist. Dazu kann die Matrize 13 beispielsweise translatorisch verschoben und/oder gedreht werden. Die Matrize 13 kann
beispielsweise drehtellerartig ausgebildet sein, wobei vorzugsweise eine den Bauteilen 42, 43 abgewandte Seite der Matrize 13 von unten abgestützt werden kann.
Nach dem Umpositionieren der Matrize 13 kann diese (vgl. Fig. le) nach oben (bzw. in Richtung der Bauteile 42, 43) gedrängt werden, sodass die Matrize 13 eine Kraft auf den Niet 10 bzw. einen Nietfuß 29 ausübt. Dadurch wird der Nietfuß 29 unter Ausbildung einer Aufstauchung 45 aufgestaucht. Insgesamt zeigen die Pfeile 49 in Fig. la bis le die Richtung derjenigen Kraft an, die die entsprechenden Elemente auf die Bauteile 42, 43 bzw. den Stanz-Prägeniet 10 ausüben. Dabei können Niederhalter 12 bzw. Nietstempel 48 gegen die Matrize 13 gedrängt werden (und/oder umgekehrt).
In der Ausführungsform des Verfahrens gemäß Figuren la bis le weist der Stanz- Prägeniet eine Schaftnut 16 auf, in die Material der Bauteile 42, 43 (konkret des Bauteiles 43; vgl. Fig. le) eindringen kann. Konkrete Ausbildungen des Stanz- Prägenietes 10, insbesondere hinsichtlich einer oder mehrerer Schaftnuten 16 werden weiter unten beschrieben.
Die Figuren 2a bis 2e zeigen eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung. Im Unterschied zu den Verfahren gemäß Figuren la bis le wird im Verfahren nach Fig. 2a bis 2e ein Stanz-Prägeniet verwendet, der keine Schaftnut 16 aufweist und somit im Wesentlichen an seinen Nietschaft 15 glatt ausgebildet ist. Der hier eingesetzte Niet ist somit besonders einfach herzustellen. Dennoch kann durch die Ausbildung der Aufstauchung 45 im Bereich des Nietfußes 29 des Stanz-Prägenietes 10 eine sichere Verbindung der Bauteile 42, 43 erreicht werden.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen einen Stanz-Prägeniet beispielsweise gemäß den
nachfolgenden Figuren sowie ein erstes Bauteil 42 sowie ein zweites Bauteil 43, die übereinander angeordnet sind. Die Fig. 3 und 4 erläutern ein Fügeverfahren, bei dem zur axialen Verbindung zweier oder mehrerer Bauteile nicht das Material eines oder mehrerer Bauteile umgeformt, insbesondere in Öffnungen, Ausnehmungen oder Nuten des Stanz-Prägenietes eingepresst wird, sondern bei dem nach dem Stanzvorgang, ggf. in einem kontinuierlichen ununterbrochenen Prozess unmittelbar darauf oder in einem separaten Arbeitsschritt eine Umformung, nämlich eine Aufstauchung des Nietfußes vorgenommen wird.
In Fig. 3 ist ein Set aus zwei Bauteilen mit einer vorbestimmten Dicke und einem Stanz-Prägeniet schematisch veranschaulicht, wobei der Stanz-Prägeniet gegenüber der Dicke der aneinanderliegenden, miteinander zu verbindenden Bauteile 42 und 43 einen Überstand 44 aufweist, der unter Ausbildung einer Aufstauchung 45
aufgestaucht wird.
Gemäß Fig. 4 schließt der aufgestauchte Nietfuß 29 bündig mit dem Bauteil 43 ab, die Aufstauchung 45 ragt also nicht über das Bauteil 43 vor. Alternativ, was in Fig. 5 gezeigt ist, kann die Aufstauchung 45 des Nietfußes aber auch einen Ansatz 46 (durch den Nietvorgang) ausbilden und so gegenüber dem Bauteil 43 vorstehen.
In jedem Fall (gemäß den Fig. 4 und 5) entsteht durch das Aufstauchen eine im Querschnitt gegenüber dem Nietschaft 15 erweiterte Aufstauchung 45 des Nietfußes 29. Diese Aufstauchung ist vorzugsweise um mindestens 2 %, weiter vorzugsweise mindestens 5 %, noch weiter vorzugsweise um mindestens 10 % breiter als der Nietschaft 15 (bezogen auf eine Richtung senkrecht zur Schaftlängsachse).
Wie in Fig. 4 zu sehen ist, kann zumindest ein durch den Stanzvorgang entstehendes Stanzloch mindestens eines Bauteils (hier konkret des Bauteiles 43) durch die
Aufstauchung bzw. Erweiterung des Nietfußes 29 verformt (erweitert) werden.
Alternativ (wie in Fig. 5 zu sehen), kann das Stanzloch jedoch auch während des Aufstauchens in seiner Form (im Wesentlichen) bestehen bleiben, insbesondere dadurch, dass der Nietfuß 29 außerhalb des Bauteils erweitert wird.
In dem in Figuren 3 bis 5 geschilderten Verfahren weist der Stanz-Prägeniet keine Schaftnut auf. Alternativ (nicht in den Figuren gezeigt) kann der Stanz-Prägeniet Schaftnuten und/oder Erhebungen gemäß den oben beschriebenen
Ausführungsformen aufweisen.
Ein bevorzugter Verfahrensablauf umfasst die Schritte 1) Klemmen der Bauteile zwischen einem Niederhalter bzw. dem Niet und Stempel sowie einer Matrize, insbesondere mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Stanz-Butzens; 2)
Durchstanzen der Bauteile; 3) Abführen des Stanz-Butzens; 4) Drehen der Matrize, sodass die Ausnehmung der Matrize nicht mehr gegenüber dem Niet liegt; 5)
Stauchen des Nietes mit der selben Matrize.
Durch das vorgeschlagene Verfahren zur Verbindung von mehreren Bauteilen kann auch ein Einfügen von vergleichsweise dünnen Blechen (beispielsweise Blechdicke > 1,0 mm) erreicht werden. Die Fügerichtung ist vergleichsweise variabel einstellbar (wobei unter Fügerichtung die Reihenfolge eines dünnen Bauteils und eines dicken Bauteils in der Stanzrichtung verstanden wird). Es können vergleichsweise hohe Scher-, Schäl- und Kopfzugfestigkeit gegenüber Vollstanznieten erreicht werden. Es ist möglich, die Fügepunktzahl gegenüber Vollstanznieten zu reduzieren. Insgesamt wird eine hohe Flexibilität bezüglich der Werkstoff- und Blechdickenkombinationen erreicht. Beispielsweise kann auf unterschiedliche Matrizen verzichtet werden. Die genietete Oberfläche kann beidseitig nahezu oberflächenbündig mit den Nietenden abschließen, was optisch ansprechend ist. Eine Bauteildeformation (insbesondere Taschenbildung) kann reduziert werden. Auch Werkstoffe (wie beispielsweise
Magnesiumgusslegierungen), die bisher nicht durch ein Stanznietverfahren verbunden werden konnten, können mit dem vorgeschlagenen Verfahren verfügt werden.
In Fig. 6 ist ein Stanz-Prägeniet, der in Kaltformtechnik hergestellt ist und eine umlaufende Schaftnut 16 aufweist, dargestellt. Der Stanz-Prägeniet umfasst einen Nietkopf 14, der hier durch eine kopfartige Erweiterung 20, die an eine
Kegelstumpfform angenähert ist, definiert ist. An den Nietkopf 14 schließt sich ein Nietschaft 15 an, der an seinem dem Nietkopf 14 abgewandten Ende einen Nietfuß 29 aufweist, der durch eine umlaufende Stanzkante 18 abgegrenzt wird. Am Nietschaft 15 ist weiterhin in Nähe des gegenüber dem Nietkopf 14 distalen Endes also in Nähe des Nietfußes 29 eine umlaufende Schaftnut 16 mit einer Nietoberfläche 17
ausgebildet. Es wurde bereits erwähnt, dass die Schaftnut 16 verschiedene
Querschnittsformen aufweisen kann, beispielsweise eine halbkreisförmige
Querschnittsform, eine an einen 1/2-Tropfenumriss angenäherte Form oder, wie hier, eine Nut mit einem Nutgrund, der parallel zur Längsachse des Schaftes 15
ausgerichtet ist und nach außen geneigte Nutseitenflächen aufweist, wobei bei der hier dargestellten Ausführungsform die dem Nietkopf 14 zugewandte Nutseitenfläche weniger nach außen geöffnet ist, denn die gegenüberliegende Nutseitenfläche.
Nach einem zweckmäßigen und bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der kaltformtechnischen Herstellung des Stanz-Prägenietes, sofern eine Schaftnut 16 vorgesehen und kaltformtechnisch ausgebildet ist, gleichzeitig eine Materialverdichtung im Bereich der Nutoberfläche 17 gegeben, wobei die Nutoberfläche 17 mindestens den Nutgrund, bevorzugt aber auch die Nutseitenflächen umfasst. Die durch den kaltformtechnischen Prozess hervorgerufene Materialverdichtung an der Nutoberfläche 17 bewirkt eine härtere Oberfläche, die insofern eine noch definiertere Verbindung gegenüber einem Bauteil, das durch Materialfluss im Nietprozess in die Schaftnut 16 eingreift, gewährleistet ist.
In den Figuren 7a, 7b ist ein mögliches Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Schaftnut 16 in Kaltformtechnik veranschaulicht.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Nietrohling 19 unter Verwendung einer entsprechenden Presse hergestellt. Der solchermaßen vorliegende Nietrohling 19 gemäß Fig. 7a kann nun in einem zweiten, ggf. zeitlich und räumlich auch völlig getrennt ablaufenden Verfahrensschritt weiter bearbeitet werden, um die für den Nietprozess notwendige mindestens eine Schaftnut 16 einzubringen (vgl. Fig. 7b). Dabei kann die Schaftnut 16 beispielsweise durch ein Roll- bzw. Walzverfahren, insbesondere mit einer Flachbacken- oder Rundbackenwalzenmaschine, eingebracht werden, mithin auch dieser zweite Verfahrensschritt in Kaltformtechnik realisiert werden. Hierbei ist von Vorteil, dass durch die Materialverdichtung eine gehärtete Nutoberfläche 17 entsteht und sich ein entsprechendes Walz- bzw. Rollverfahren kostengünstig implementieren lässt. Es muss allerdings dafür Sorge getragen werden, dass bei dem hier einsetzenden Materialfluss dennoch die Stanzkante 18 mit definierter Kontur und definiertem Durchmesser erhalten bleibt. In Fig. 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, veranschaulicht. Konkret handelt es sich um einen Stanz-Prägeniet mit einer Mehrzahl von Schaftnuten 16. Der Stanz- Prägeniet ist ansonsten weitestgehend analog zu den bereits anhand von Fig. 6 veranschaulichten Stanz-Prägenieten aufgebaut, wobei die Querschnittsform der hier vorliegenden Schaftnuten 16 von der Schaftnut 16 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 7 abweicht. Der Stanz-Prägeniet nach Fig. 8 weist ebenfalls einen Nietkopf 14 sowie einen gegenüberliegenden Nietfuß 29 auf. Der Nietkopf 14 ist auch hier durch eine kopfartige Erweiterung 20, die eine im Wesentlichen kegelstumpfartige Form aufweist, definiert. Der Nietschaft 15 weist eine Mehrzahl, hier konkret fünf, Schaftnuten 16 auf, die hier das gleiche Querschnittsprofil aufweisen, aber in anderen Ausführungsformen auch unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen können. Der Nietfuß 29 definiert gleichzeitig die bereits vorbeschriebene Stanzkante 18.
In den Fig. 9a, 9b ist die Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl von Schaftnuten 16 gemäß einem möglichen kaltformtechnischen Verfahren dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt wird zunächst ein Nietrohling 19 mit Nietkopf 14 durch Pressen in einer Kaltformpresse ausgeformt. Die Mehrzahl von Schaftnuten 16 wird in einem zweiten Verfahrensschritt (Fig. 9b) eingebracht, wobei hierzu - ähnlich wie schon anhand der Figuren 7a und 7b erläutert - eine Einbringung ebenfalls in einem kaltformtechnischen Prozess, insbesondere durch Rollen oder Walzen, beispielsweise mittels einer Flachbacken- oder Rundbackenwalzmaschine, oder aber auch spanabhebend, beispielsweise durch Drehen, Fräsen, Schleifen erfolgen kann. Auch hier gilt zu beachten, dass bei einer Ausbildung der Mehrzahl von Schaftnuten 16 in einer kaltformtechnischen Umformung Sorge getragen werden muss, dass der Nietfuß 29 mit der funktionswesentlichen Stanzkante 18 in definierter Form ausgebildet wird.
Die Figuren 10a, 10b sowie I Ia, I Ib zeigen weitere Herstellungsvarianten eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl von Schaftnuten in kaltformtechnischer
Herstellung, wobei wiederum von einem Nietrohling 19 (Fig. 10a, Fig. I Ia)
ausgegangen wird und dieser Nietrohling 19 dann im Zusammenhang mit der
Einbringung der Mehrzahl von Schaftnuten 16 nachbearbeitet wird. Der Nietrohling gemäß Fig. 10a weist eine Einprägung 27 umlaufend am Nietschaft 15 auf, die gegenüber dem Nietfuß 29 einen Zylinderabschnitt mit reduziertem Durchmesser bildet. In der Variante nach Fig. I Ia ist ebenfalls eine Einprägung 27' ausgebildet, diese Einprägung 27' allerdings in axialer Ausdehnung des Stanz-Prägenietes deutlich kürzer bemessen und nur angrenzend an den Nietfuß 29 vorgesehen. Sowohl der Nietrohling nach Fig. 10a als auch der Nietrohling nach Fig. I Ia bilden bereits den Nietfuß 29 mit definierter Stanzkante 18 aus, so dass dieser bei der nachfolgenden Einbringung der Schaftnuten 16 unverändert erhalten bleibt. Die Mehrzahl von Schaftnuten 16 können auch hier wiederum in einem kaltformtech- nischen Roll- bzw. Walzprozess, insbesondere mittels Flachbacken- oder
Rundbackenwalzmaschine oder auch spanabhebend, beispielsweise durch Drehen, Fräsen, Schleifen, eingebracht werden.
In den Fig. 12a und 12b ist eine weitere Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets veranschaulicht. Der Stanz-Präge- niet nach den Fig. 12a und 12b weist zunächst eine im Wesentlichen der Grundform des Stanz-Prägeniets nach Fig. 8 entsprechende Formgebung auf, zeichnet sich nun aber dadurch aus, dass hier mindestens eine, im vorliegenden Fall konkret drei in Axialrichtung des Niets verlaufende Längsnuten 30 vorgesehen sind. Diese
Längsnuten 30 können spanabhebend eingearbeitet werden, vorzugsweise werden sie aber auch im Einklang mit dem Grundgedanken der vorliegenden Anmeldung kaltformtechnisch eingebracht, und zwar entweder in einem gemeinsamen
Arbeitsschritt, beispielsweise mit Ausbildung der Schaftnuten 16, oder in einem vorherigen oder anschließenden separaten Arbeitsschritt. Die Längsnuten definieren eine rotatorische Orientierung, so dass innerhalb des Fertigungs- bzw. des
Nachbearbeitungsschrittes der Niet in einer vorgegebenen rotatorischen Ausrichtung aufgenommen, transportiert bzw. bearbeitet werden kann. Auch im späteren Einsatz bewirken die Längsnuten einen entscheidenden Vorteil. Zwei oder mehr miteinander verbundene Bauteile werden mit noch höherer Festigkeit als bei einem komplett rotationssymmetrischen Niet gegeneinander verdrehsicher gehalten. Die Tiefe der Längsnuten 30 ist bei der vorliegenden Ausführungsform geringfügig tiefer als die Tiefe der sich hierzu orthogonal erstreckenden Schaftnuten 16 bemessen, so dass sich bei den Längsnuten 30 jeweils ein durchgehender Nutgrund in Axialerstreckung des Niets ausbildet. Alternativ kann die Tiefe der Längsnuten auch weniger tief sein als die Tiefe der Schaftnuten.
In den Fig. 13a sowie 13b ist eine abgewandelte Ausführungsform eines Niets, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, veranschaulicht. Hier sind anstelle von in Axialrichtung verlaufenden Längsnuten eine oder mehrere Längsstege 31 vorgesehen, die sich jeweils vom Nutgrund der Schaftnuten 16 bis fast zum
Nutscheitel der benachbarten Schaftnuten erstrecken. Die Längsstege 31 sind auf einer gemeinsamen Linie fluchtend ausgerichtet, so dass eine Stegflucht 32 definiert wird. Es können an einem Niet ein oder mehrere solche Stegfluchten 32,
beispielsweise drei jeweils um 120° versetzt angeordnete Stegfluchten 32 vorgesehen sein. Ähnlich wie bei der anhand der Fig. 12a und 12b beschriebenen
Ausführungsform bezwecken die anhand der Fig. 13a und 13b beschriebenen
Längsstege 31 bzw. Stegfluchen 32 eine rotatorische Festlegung des Niets, die einerseits im Produktionsprozess, insbesondere bei der Nachbehandlung, vor allem aber in der späteren Anwendung der Verbindung mindestens zweier Bauteile sinnvoll erscheint.
In den Fig. 14a bis 14f sind verschiedene Ausführungsformen eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stanz-Prägeniets veranschaulicht. In den Fig. 14a und 14b ist ein Stanz-Prägeniet mit lediglich einer umlaufenden Schaftnut 16 dargestellt, wobei die Schaftnut 16 eine halbtropfenförmige Querschnittsfläche aufweist, mit einer steileren Nutflanke auf der dem Nietfuß 29 zugewandten Seite als auf der dem Nietfuß 29 abgewandten Seite.
In den Fig. 14c und 14d ist ein im Wesentlichen der Darstellung nach Fig. 9 entsprechender sogenannter Mehrbereichsniet veranschaulicht, der eine Mehrzahl von äquidistant beabstandeten Schaftnuten 16, hier konkret fünf Schaftnuten 16, aufweist. Bis auf einem schmalen Bund am Nietfuß 29 sowie unterhalb des Nietkopfes 14 ist der komplette Nietschaft 15 mit Schaftnuten 16 belegt.
Im Gegensatz dazu weist der Stanz-Prägeniet nach den Fig. 14e sowie 14f
Schaftnuten 16 nur im unteren Bereich des Nietschaftes 15 auf, so dass ein freier, zylinderförmiger oberer Schaftbereich verbleibt.
Die Fig. 15a, 15b bis 79 zeigen Ausführungsbeispiele eines Stanz-Prägenietes, der sich insbesondere durch eine verbesserte rotatorische Festlegung im Produktionsprozess und/oder bei der Nachbehandlung auszeichnet, insbesondere in der späteren Anwendung der Verbindung mindestens zweier Bauteile. Die Figuren 15a, 15b bis 35 zeigen Stanz-Prägenieten ohne Schaftnut 16 und sind insbesondere ausgebildet bzw. vorgesehen um mindestens zwei Bauteile unter Verformung des Nietfußes 29 zu verbinden (vgl. auch Figuren 3, 4 und 5).
In den Fig. 15a, 15b ist ein Stanz-Prägeniet gezeigt mit einer Ausbildung des Nietkopfes 14 analog Fig. 6 (dieser kann auch anders ausgebildet sein) und einem Nietschaft 15, dessen Außenwandung parallel zur Schaftlängsachse verläuft
(Abweichungen hiervon, beispielsweise eine oder mehrere Schaftnuten, beispielsweise gemäß Fig. 6, können vorgesehen sein). Ein Querschnitt des Nietschaftes 15 senkrecht zur Schaftlängsachse ist im Wesentlichen oktaedrisch, wobei parallel zur Schaftlängsachse verlaufende Kanten 34 gefast bzw. abgerundet sind .
Die alternative Ausführungsform gemäß Fig . 16a, 16b entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 15a, 15b, wobei jedoch der Querschnitt senkrecht zur Schaftlängsachse einem Sechseck mit abgerundeten Kanten 34 (gefast) entspricht.
Die Fig. 17a, 17b zeigen eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes mit mehreren (drei) entlang des Nietschaftes 15 an dessen Außenfläche parallel zur
Schaftlängsachse verlaufenden Längsnuten 30. Ein Querschnitt senkrecht zur
Schaftlängsachse ist (im Wesentlichen) rund .
Das Ausführungsbeispiel eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 18a, 18b entspricht (im Wesentlichen) dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 17a, 17b, wobei jedoch anstelle von drei Längsnuten 30 vier Längsnuten 30 eingearbeitet sind .
Auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 17a, 17b bzw. 18a, 18b können Kanten, beispielsweise beim Übergang von Längsnut zum Bereich außerhalb der Nut abgeschrägt bzw. abgerundet sein.
Die Fig. 19a, 19b zeigen eine weitere Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes mit einem Querschnitt senkrecht zur Schaftlängsachse, der sternförmig ausgebildet ist, konkret (im Wesentlichen) als sechs-zackiger Stern ausgebildet ist. Auch hier können Kanten und Übergänge abgeschrägt bzw. abgefast bzw. abgerundet sein (dies betrifft auch alle vorhergenannten und folgenden Ausführungsformen).
Die Fig. 20a, 20b zeigen eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes mit einem dreieckförmigen Querschnitt senkrecht zur Schaftlängsachse. Der Nietschaft 15 bildet somit (annähernd) ein Prisma mit einer dreieckigen Grundfläche aus. Prismen- Deckflächen 40 sind vorzugsweise nach außen gewölbt (beispielsweise zumindest um einen Betrag von 5 % des Schaftdurchmessers). Zwischen den drei (gewölbten) Prismen-Deckflächen 40 sind gegenüber Diesen schmalere Zwischenflächen 41 vorgesehen. Diese Zwischenflächen 41 weisen vorzugsweise weniger als 50 % einer Ausdehnung in Längsrichtung auf, bezogen auf die Ausdehnung in Längsrichtung der (gewölbten) Prismen-Deckflächen 40. Insgesamt kann der Querschnitt gemäß Fig . 20a, 20b auch (genährt) als Sechseck betrachtet werden. Die Zwischenflächen 41 können ebenfalls nach außen gewölbt sein.
Das Ausführungsbeispiel eines Stanz-Prägenietes nach den Fig. 21a, 21 b weist einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse auf, der (im Wesentlichen) achteckig ausgebildet ist. Der Nietschaft 15 bildet somit (annährend) ein Prisma mit einer achteckigen Grundfläche aus. Es wechseln sich hierbei je eine breitere Prismen-Deckfläche 40 mit einer schmaleren Prismen-Deckfläche 40 ab, wobei die schmalere Prismen-Deckfläche 40 vorzugsweise weniger als 50 % der Breite senkrecht zur Längsrichtung des
Nietschaftes aufweist, wie die breiteren Prismen-Deckflächen 40.
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß den Fig. 22a, 22b entspricht bezüglich des Nietschaftes 15 der Ausführungsform gemäß den Fig . 15a, 15b, wobei der Nietkopf 14 abweichend ausgestaltet ist. Der Nietkopf 14 weist (abgesehen von einem konischen Bereich, der unmittelbar an den Nietschaft 15 angrenzt) einen Querschnitt entsprechend dem Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Nietschaft 15 auf, wobei der Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Nietkopfes 14 jedoch größer ist, beispielsweise um mindestens 10 % (bezüglich des Abstandes von zwei sich gegenüberliegenden Seiten).
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes nach Fig. 23a, 23b entspricht (im Wesentlichen) Fig . 16a, Fig. 16b, wobei jedoch (analog zu Fig. 22a, 22b) der Querschnitt des Nietkopfes 14 in seiner Form dem Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Nietschaftes entspricht. Gleiches gilt für Fig . 24a, 24b, wobei jedoch die Höhe des Bereiches des Nietkopfes, der eine sechseckige Querschnittsform gemäß dem
Nietschaft 15 aufweist gegenüber Fig . 23a, 23b reduziert ist, insbesondere weniger als 1,5 mm aufweist.
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes nach Fig. 25a, 25b bzw. 26a, 26b entsprechen bezüglich der Ausbildung des Nietschaftes 15 den Ausführungsformen gemäß Fig. 20a, 20b bzw. 21a, 21 b, wobei jedoch der Nietkopf 14 bezüglich seiner Form (analog den Fig. 22a, 22b) an die Form des Nietschaftes der Fig . 20a, 20b bzw. 21a, 21b angepasst ist. Der Querschnitt ist jedoch auch bei den Ausführungsformen gemäß den Fig . 25a, 25b bzw. 26a, 26b größer (beispielsweise um mindestens 10 %). In den Fig. 22a, 22b bis 26a, 26b sind Seitenflächen der Nietköpfe 14 jeweils
(zumindest bereichsweise und insbesondere abgesehen von einem konischen Übergangsbereich) parallel zu den Seitenflächen der jeweiligen Schäfte 15 angeordnet.
In den Fig. 27a, 27b bis 31, 31b sind Ausführungsformen von Stanz-Prägenieten gezeigt, bei denen einerseits die Querschnittsform senkrecht zur Längsachse des Nietkopfes 14 von der Querschnittsform des Nietschaftes 15 in Schaftlängsachse abweicht und zweitens die Seitenflächen des Nietkopfes 14 (auch außerhalb des konischen Übergangsbereiches) gegenüber den Seitenflächen des jeweiligen
Nietschaftes 15 versetzt angeordnet sind bzw. einen Winkel aufweisen.
Die Fig. 27a, 27b zeigen eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes mit einem Nietkopf 14 gemäß Fig. 23a, 23b und einem Nietschaft 15 gemäß Fig. 22a, 22b.
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß den Fig. 28a, 28b zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes mit einem Nietkopf 14 gemäß Fig. 26a, 26b und einem Nietschaft 15 gemäß Fig. 22a, 22b.
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß den Fig. 29a, 29b zeigt einen Nietkopf 14 gemäß Fig. 23a, 23b und einen Nietschaft 15 gemäß Fig. 25a, 25b.
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß den Fig. 30a, 30b zeigt einen Nietkopf 14 gemäß Fig. 23a, 23b und einen Nietschaft 15 gemäß Fig. 17a, 17b.
Die Fig. 31a, 31b zeigen eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes mit einem Nietkopf 14 gemäß Fig. 23a, 23b und einem Nietschaft 15 gemäß Fig. 21a, 21b.
Selbstverständlich sind grundsätzlich die verschiedenen Ausführungsformen der Nietköpfe 14 beliebig mit den verschiedenen Ausführungsformen der Schäfte 15 kombinierbar. Es ist auch denkbar, dass ein Nietkopf 14 bzw. ein Nietschaft 15 an verschiedenen Abschnitten verschiedene Querschnitte (beispielsweise entsprechend den in den Figuren gezeigten geometrischen Figuren aufweist).
An ihrem dem Nietkopf 14 gegenüberliegenden Ende weisen die Stanz-Prägenieten gemäß Fig. 27a, 27b bis 31a, 31b Ausnehmungen 33 auf, die in einem Querschnitt senkrecht zur Schaftlängsachse vorzugsweise rund ausgebildet sind. In den Fig. 32 und 35 ist eine Ausführungsform des Stanz-Prägenietes gezeigt mit einer Ausnehmung 33 in der Stirnseite 23, die (im Wesentlichen) kugelsegmentförmig ausgebildet ist.
In Fig. 33 ist eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gezeigt mit einer kegelförmigen Ausbildung einer Ausnehmung 33 im Bereich der Stirnseite 23.
In Fig. 34 ist eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gezeigt mit einer zylindrischen Ausbildung einer Ausnehmung 33 in der Stirnseite 23, die ebenfalls einen kegelförmigen Abschnitt (anschließend in Richtung des Nietkopfes 14; analog Fig. 33) aufweist.
Fig. 36 zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 15a, 15b, wobei jedoch Schaftnuten 16 (insbesondere analog Fig. 8) eingebracht sind.
Fig. 37 zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 16a, 16b, wobei jedoch im Bereich der Kanten 34 Schaftnuten 16 eingebracht sind, die einen Abstand zu Schaftnuten 16 der jeweils benachbarten Kante 34 aufweisen. In Fig. 37 sind somit keine umlaufenden Schaftnuten 16 gezeigt, sondern einzelne voneinander abgegrenzte Schaftnuten.
Fig. 38 zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 17a, 17b, wobei jedoch umlaufende Schaftnuten 16 gemäß Fig. 36 eingearbeitet sind. Die Schaftnuten 16 sind weniger tief als die Längsnuten 30, sodass die Schaftnuten 16 von den Längsnuten 30 unterbrochen werden.
Fig. 39 zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 18a, 18b, wobei analog Fig. 38 Schaftnuten 16 eingebracht sind.
Fig. 36 zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 20a, 20b, wobei im Bereich der Zwischenflächen 41 Schaftnuten 16 eingebracht sind, die jeweils einen Abstand gegenüber den Schaftnuten 16 der benachbarten Zwischenfläche 41 aufweisen.
Fig. 41 zeigt eine Ausführungsform gemäß Fig. 21a, 21b, wobei im Bereich der Zwischenflächen 41 analog zu Fig. 40 Schaftnuten 16 eingebracht sind. Fig. 42 zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 19a, 19b, wobei im Bereich der abgestumpften Spitzen des im Querschnitt sternförmigen Nietschaftes Schaftnuten 16 eingebracht sind .
Fig. 43 zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes mit einer Einprägung 27 gemäß Fig. 10a. In der Einprägung 27 sind eine Vielzahl von Erhebungen 36 vorgesehen. Die Erhebungen 36 sind pyramidal aufgebaut mit einer rechteckigen Grundfläche. Weiterhin fluchten die Erhebungen 36 in Richtung der Längsachse des Nietschaftes 15 und dem Umfang der Außenfläche des Nietschaftes 15. Dadurch bilden sich Schaftnuten 16 (radial verlaufend) und Längsnuten 30.
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig . 44 entspricht (im Wesentlichen) der Ausführungsform gemäß Fig. 43, wobei jedoch die Erhebungen 36 etwa halb-linsenförmig ausgebildet sind.
Die Ausführungsform gemäß Fig . 45 eines Stanz-Prägenietes entspricht ebenfalls (im Wesentlichen) der Ausführungsform gemäß Fig. 43, wobei jedoch die Stirnseite 23 nicht wie in Fig . 10a ausgebildet ist, sondern mit mehreren Ausbuchtungen 37 versehen ist, die mit den Erhebungen 36 in Schaftlängsachse fluchten. Dadurch erstrecken sich die Längsnuten 30 bis zur Stirnseite 23.
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 46 entspricht (im Wesentlichen) der Ausführungsform gemäß Fig. 43, wobei jedoch die Erhebungen 36 jeweils versetzt gegenüber einer benachbarten Erhebung 36 angeordnet sind .
Die Ausführungsform gemäß Fig . 47 entspricht (im Wesentlichen) der Ausführungs- form gemäß Fig . 38 oder Fig . 39, wobei anstelle der Längsnuten 30 Quernuten 38 vorgesehen sind, die in einem spitzen Winkel zur Schaftlängsachse verlaufen
(beispielsweise von mindestens 5°, vorzugsweise von mindestens 30° und/oder höchstens 60°).
Die Ausführungsform gemäß Fig . 48 eines Stanz-Prägenietes entspricht (im Wesentlichen) der Ausführungsform gemäß Fig. 47, wobei durch die Quernuten 38 begrenzte Erhebungen 39 in ihrer Nachbarschaft zu den Quernuten 38 abgeschrägt sind .
Die Ausführungsform eines Stanz-Prägenietes gemäß Fig. 49 entspricht (im Wesentlichen) der Ausführungsform gemäß Fig. 48, wobei jedoch anstelle der Erhebungen 39 Erhebungen 36 vorgesehen sind, die gemäß Fig. 38 ausgebildet sind. Weiterhin ist die Anzahl der Quernuten in Fig. 49 höher als in Fig. 47 bzw. 48. Die Anzahl kann beispielsweise mindestens 2, 3 oder 4 betragen.
Die Ausführungsformen eines Stanz-Prägenietes gemäß der Fig. 50 bis 63 entsprechen (im Wesentlichen) den Ausführungsformen gemäß Fig. 36 bis 49, wobei in Schaftlängsrichtung jeweils nur zwei hintereinander geordnete Schaftnuten 16 bzw.
Erhebungen 36, 39 vorgesehen sind. Diese Schaftnuten 16 bzw. Erhebungen 36, 39 schließen sich an die Stirnseite 23 an. In einem Bereich (der beispielsweise 40 % bis 60 % der Ausdehnung des Nietschaftes 15 in Längsrichtung ausmachen kann) zwischen den Schaftnuten 16 bzw. Erhebungen 36, 39 und dem Nietkopf 14 ist der Nietschaft 15 frei von Nuten bzw. Erhebungen.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 64 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 49, wobei jedoch (jeweils) nur zwei in Schaftlängsrichtung hintereinander geordnete Erhebungen 36 vorgesehen sind.
Die Ausführungsformen eines Stanz-Prägenietes gemäß der Fig. 65 bis 79 entsprechen (im Wesentlichen) den Ausführungsformen gemäß Fig. 36 bis 49, wobei in Schaftlängsrichtung jeweils nur eine hintereinander geordnete Schaftnut 16 bzw. Erhebung 36, 39 vorgesehen ist. Diese Schaftnut 16 bzw. Erhebung 36, 39 schließt sich an die Stirnseite 23 an. In einem Bereich (der beispielsweise 40 % bis 60 % der Ausdehnung des Nietschaftes 15 in Längsrichtung ausmachen kann) zwischen den Schaftnuten 16 bzw. Erhebungen 36, 39 und dem Nietkopf 14 ist der Nietschaft 15 frei von Nuten bzw. Erhebungen.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 79 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 49, wobei jedoch (jeweils) nur eine in Schaftlängsrichtung hintereinander geordnete Erhebung 36 vorgesehen ist.
Die verschiedenen Ausführungsformen der Stanz-Prägeniet-Verbindung können vorzugsweise in Doppeldruck-Verfahren hergestellt sein. Unter Doppeldruck-Verfahren wird vorzugsweise ein von einem Drahtbund kommender Draht von einem Einzug der Herstellungsvorrichtung durch einen Drahtrichtapparat geführt und kann anschließend in gerichtetem Zustand in eine Scherstufe eingeschoben werden. Vorzugsweise wird er in der Scherstufe auf die erforderliche Länge abgeschert. Weiter vorzugsweise kann der Drahtabschnitt mit einem Greifer nun in eine Matrize gebracht und über einen Vorstaucher eingeschoben und vorgeformt werden. Noch weiter vorzugsweise kann das Werkstück mit einem weiteren Stempel (Fertigstaucher) fertig geformt werden. Nach der Umformung kann das fertige Werkstück (bzw. der Stanz-Prägeniet) durch einen Auswerferstift aus der Matrize bzw. dem Stempel ausgeschoben und ggf. zu einem Austragband befördert werden.
Alternativ zu dem Doppeldruckverfahren kann auch eine Mehrstufenumformung erfolgen. Bei der Mehrstufenumformung wird der Draht vorzugsweise nach dem Richten mit Einzugsrollen in die Herstellungsvorrichtung eingeführt. Mit einem
Schersystem (Messer) wird dieser Rohling in eine gewünschte Länge abgeschert. Der abgescherte Abschnitt wird mit einem Transportsystem in eine erste Umformstation gebracht. Nachdem die Umformung in der ersten Umformstation erfolgt ist, wird der Rohling mittels eines Auswerferstiftes wieder dem Transportsystem zugeführt und zu einer nächsten Station transportiert. Dieser Vorgang kann sich wiederholen, bis das Werkstück (alle) Umformstationen durchlaufen hat. Zum Schluss kann das Werkstück zu einem Austragband befördert werden.
Insbesondere die Ausführungsformen gemäß den Figuren 36 bis 79 können mit einer segmentierten Matrize hergestellt sein. Eine derartige segmentierte Matrize erlaubt mit geschlossenen Segmenten die Strukturierung einer Oberfläche. Sind die Segmente offen kann der Stanz-Prägeniet besonders einfach entfernt (ausgeworfen) werden. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Hinterschnitten oder Rillen von Vorteil.
Bei Verwendung einer segmentierten Matrize mit mehreren Segmenten bzw.
Pressbacken lassen sich axiale Längsstege 31 in synergistischer Weise ausbilden. Die dem auszubildenden Niet zugewandten, aneinandergrenzenden Kanten benachbarter Segmente bzw. Pressbacken können entsprechend angefast sein, um so Materialfluss in den angefasten Bereich zwischen die Pressbacken zu ermöglichen und durch die Ausbildung der Anfasung letztendlich die Querschnittsgeometrie der Längsstege 31 vorzugeben. Der bei Anwendung segmentierter Matrizen meist als nachteilig empfundene Materialfluss in den Spalt zwischen die Pressbacken kann hier als synergistischer Vorteil zur Ausbildung der Längsstege 31 eingesetzt werden.
In den Fig. 80a bis 80d ist ein erstes mögliches Herstellungsverfahren eines Stanz- Prägenietes in Kaltformtechnik veranschaulicht. Ganz generell ist zu bemerken, dass der in der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Stanz-Prägeniet bevorzugtermaßen aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium gebildet sein kann, aus einem Metall jedenfalls, das sich einerseits zur kaltformtechnischen Bearbeitung gut eignet, andererseits auch die im späteren Niet- prozess gewünschten Eigenschaften sicherstellt, nämlich einerseits die erforderliche Durchstanzung der Bauteile und andererseits die Gewährleistung einer sicheren und dauerhaften Nietverbindung. Es ist aber auch denkbar, anstelle eines Metalls andere Materialien in Betracht zu ziehen, die sich in Kaltformtechnik plastisch verformen lassen und dennoch die vorgenannten Eigenschaften für den Nietprozess aufweisen. Im Allgemeinen können Gussmaterialien zum Einsatz kommen, beispielsweise aus Druckguss (insbesondere Metall-Druckguss), und/oder Sintermaterialien.
Insofern geht das in den Fig. 80a bis 80d vorgeschlagene Verfahren von einem zylinderförmigen Materialstück aus, das beispielsweise als Drahtabschnitt 21 vorliegen kann und eine erste Stirnseite 22 sowie eine zweite Stirnseite 23 aufweist (Fig. 80a). Gerade, um Unregelmäßigkeiten auszugleichen, die an den Stirnseiten 22 und 23, etwa durch die Bereitstellung des Drahtabschnittes 21 hervorgerufen werden können, wird in einem zweiten Verfahrensschritt, nämlich einem Setzvorgang, eine erste kalt- formtechnische Umformung an den Stirnseiten 22 und 23 vorgenommen (Fig. 80b). Die später den Nietkopf 14 ausbildende Stirnseite 22 wird hierbei zentral mit einer Senkung mit einem äußerst flachen Winkel und gleichzeitig randseitig mit einer umlaufenden Abrundung 26 versehen. Das später die Stanzkante 18 umfassende Ende des Stanz-Prägenietes wird so beaufschlagt, dass sich an der zweiten Stirnseite 23 zentral eine Sicke 24 ausbildet, gerade aber die später die Stanzkante 18 ausbildenden Randbereiche zunächst stehen gelassen werden.
In einem dritten Schritt erfolgt ein Vorstauchen (Fig. 80c). Hier bildet sich bereits der Nietkopf 14 mit der gewünschten kopfartigen Erweiterung 20 aus. Gleichzeitig wird durch Stauchen in Längsrichtung eine Durchmessererweiterung des Nietschaftes 15 in einem dem Nietkopf 14 zugewandten Abschnitt zugelassen, so dass sich eine Stufe 28 am Zylindermantel des Nietschaftes 15 ausbildet.
Diese Stufe 28 kann gleichzeitig schon die obere Nutseitenfläche sowie den Nutgrund der Schaftnut 16 definieren, sofern eine Schaftnut 16 überhaupt ausgebildet werden soll. In einem letzten Schritt erfolgt ein Aufweiten des Nietfußes 29 (Fig. 80d). Beim Aufweiten des Nietfußes wird der Rohling weiter in Axialrichtung gestaucht, so dass die Zufuhr an der zweiten Stirnseite 23 eingebrachte Sicke 24 komplett oder nahezu komplett verschwindet und gleichzeitig im Bereich des Nietfußes 29 Material einerseits verdichtet wird und andererseits nach außen fließt, um den Nietfuß 29 mit wohl definierter Stanzkante 18 auszubilden, wobei die Stanzkante 18 möglichst genau einen Durchmesser aufweisen sollte, der dem Durchmesser des Nietschaftes 15 oberhalb der Stufe 28 entspricht, mithin ein Stanz-Prägeniet geschaffen wird, der abgesehen von der kopfartigen Erweiterung 20 und der ggf. vorgesehenen Schaftnut 16 einen weitestgehend konstanten Nietdurchmesser aufweist.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann in einem durchgehenden Arbeitsprozess auf einer Doppeldruck- oder Mehrstufenpresse, mithin komplett in Kaltformtechnik durchgeführt werden.
In den Fig. 81a bis 81d ist die erfindungsgemäße Herstellung eines Stanz-Prägenietes mit einer Mehrzahl von Schaftnuten 16 gemäß einer ersten Verfahrensvariante dargestellt, wobei der Ablauf weitestgehend dem bereits anhand der Fig. 80a bis 80d erläuterten Ablauf entspricht, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen hierauf Bezug genommen werden kann. Auch wird zunächst von einem zylinderförmigen Materialabschnitt, der konkret als Drahtabschnitt 23 vorliegen kann, ausgegangen (Fig. 81a). In einem Setzvorgang werden die Stirnseiten 22, 23 des Drahtabschnittes zur Reduzierung etwaig vorhandener Unregelmäßigkeiten vorgeformt (Fig. 81d). In einem Vorstauchprozess erfolgt ein Fließpressen unter gleichzeitiger Reduzierung der axialen Länge und Vergrößerung des Durchmessers des Nietschaftes 15 (Fig. 81c). Im letzten Schritt erfolgt ein Fertigstauchen in einer segmentierten Matrize, wobei einerseits die Mehrzahl der Schaftnuten 16 und andererseits der Nietfuß 29 mit der Stanzkante 18 in ihrer endgültiger Form ausgeformt werden (Fig. 81d).
Fig. 82 zeigt eine Ausführungsform eines Stanz-Prägeniets in einer Seitenansicht. Der hier gezeigte Stanz-Prägeniet kann insbesondere (jedoch nicht abschließend) zur Verarbeitung von mindestens einem Faserverbundkunststoff-Bauteil und/oder einem Magnesium-Bauteil (Magnesiumlegierungs-Bauteil) verwendet werden. Der Stanz- Prägeniet gemäß Fig. 82 weist (mehrere; konkret mindestens vier) Rippen 51 auf. Der Nietkopf 14 des Stanz-Prägeniets gemäß Fig. 82 ist (im Wesentlichen) zylinderförmig ausgebildet, wobei ein Nietkopfende abgefast ist und somit einen (im Vergleich kürzeren) kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist. Die Rippen 51 ermöglichen als Faserhalterippen, wie bereits einleitend beschrieben, auf besonders günstige Weise die Verarbeitung eines Faserverbundkunststoffes.
Im Bereich des Nietfußes 29 ist eine Materialreduzierung 52 ausgebildet. Diese Materialreduzierung 52 liegt vorzugsweise (gemäß Fig. 82) in Kombination mit mindestens einer umlaufenden Nut und/oder einer umlaufenden Rippe 51 vor. Es handelt sich jedoch bei der Materialreduzierung 52 grundsätzlich um einen
unabhängigen Gedanken. Die Materialreduzierung 52 kann also auch bei einem Stanz- Prägeniet vorgesehen sein, der keine Nuten und/oder Rippen aufweist.
Wie in Fig. 82 zu erkennen, weist die (gestrichelt gezeichnete) Materialreduzierung 52 einen dreieckförmigen Querschnitt auf.
Eine erste Ausführungsform der Materialreduzierung 52 ist in Fig. 83 zu sehen, die eine Ansicht des Nietfußes 29 von unten zeigt. Die Materialreduzierung 52 ist hier als kegelförmige Ausnehmung ausgebildet. Eine zweite Ausführungsform der
Materialreduzierung 52 ist in Fig. 84 zu sehen, die ebenfalls eine Ansicht auf den Nietfuß 29 von unten zeigt. Die Materialreduzierung 52 ist hier als eine über den gesamten Durchmesser des Nietfußes 29 verlaufende (vorzugsweise im Querschnitt dreieckförmige) Nut bzw. Ausnehmung ausgebildet.
Wie bereits in der Beschreibungseinleitung dargestellt, ist eine derartige
Materialreduzierung 52 besonders im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Faserverbundkunststoffen vorteilhaft. Insbesondere in einer Kombination mit der Rippe 51 oder umlaufenden Nuten wird ein Stanz-Prägeniet vorgeschlagen, der eine sichere und zerstörungsfreie Bearbeitung von Faserverbundkunststoffen (oder auch Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen) ermöglicht.
Bezugszeichenliste:
10 Stanz-Prägeniet
11 Klemmvorrichtung
12 Niederhalter
13 Matrize
14 Nietkopf
15 Nietschaft Schaftnut
Nutoberfläche
Stanzkante
Nietrohling kopfartige Erweiterung
Drahtabschnitt, 23 Stirnseiten
Sicke
Abrundung, 27' Einprägung
Stufe
Nietfuß
Längsnuten
Längsstege
Stegflucht
Ausnehmung
Kante
Erhebungen
Ausbuchtung
Quernut
Erhebungen
Prismen-Deckfläche
Zwischenfläche erstes Bauteil zweites Bauteil
Überstand
Aufstauchung
Ansatz
Matrizenausnehmung
Nietstempel
Pfeil
Stanzbutzen
Rippe
Materialreduzierung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Stanz-Prägeniet-Verbindung, wobei ein Stanz- Prägeniet mit einem Nietkopf (14), der eine beispielsweise kegelstumpfförmige oder zylindrische, kopfartige Erweiterung (20) ausbildet, sowie einen sich an den Nietkopf (14) anschließenden Schaft (15), vorgesehen ist, wobei der Schaft (15) ein erstes, den Nietkopf (14) aufnehmendes und mindestens ein zweites Bauteil unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt, wobei ein Nietfuß (29) nach dem Stanzen unter Ausbildung einer Aufstauchung (45) aufgestaucht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Länge des Stanz-Prägenietes oder des Nietschaftes (15) größer ist, vorzugsweise um mindestens 2%, weiter vorzugsweise mindestens um 5%, noch weiter vorzugsweise um mindestens 10% als eine Gesamt-Dicke der Bauteile, wenn diese aneinanderliegen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Nietfuß (29) nach dem Vernieten und insbesondere nach dem Stauchen flächenbündig abschließt oder einen Überstand ausbildet.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Schaft (15) mindestens eine, insbesondere umlaufende, Schaftnut (16) und/oder Erhebung, insbesondere Rippe (51), eingebracht wird oder
eingebracht ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste und/oder mindestens zweite Bauteil aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung, beispielsweise aus Aluminiumuguss oder Aluminiumblech und/oder Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, beispielsweise aus Magnesiumguss oder Magnesiumblech und/oder einem Faserverbundkunststoff, gefertigt ist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
an einer dem Nietkopf (14) abgewandten Seite des zweiten Bauteils eine Nut, insbesondere Ringnut, um das Schaftende eingeprägt wird .
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Sprödigkeit des zweiten Bauteils größer ist als eine Sprödigkeit des ersten Bauteils.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Sprödigkeit des Stanz-Prägenietes geringer ist als eine Sprödigkeit des ersten oder mindestens zweiten Bauteils.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Abstützen der Bauteile während des Stanzens eine Matrize mit einer Ausnehmung zum Abführen des Stanz-Butzens verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Aufstauchen eine, insbesondere senkrecht zu einer Aufstauchrichtung verschiebliche und/oder drehbare, Matrize verwendet wird, die vorzugsweise eine Ausnehmung zum Abführen des Stanz-Butzens aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Nietfuß (29) eine, insbesondere im Querschnitt dreieckige oder pyramidale, Materialreduzierung eingebracht ist.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Nietfuß (29) durch eine Linearbewegung, insbesondere eines ersten Matrizenabschnitts gegenüber einem zweiten Matrizenabschnitt, aufgestaucht wird.
13. Set aus einem ersten und mindestens einem zweiten Bauteil mit einer
vorbestimmten Gesamtdicke und einem Stanz-Prägeniet, insbesondere für das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Stanz-Prägeniet einen Nietkopf (14), der eine beispielsweise kegelstumpfförmige oder
zylinderförmige, kopfartige Erweiterung (20) ausbildet, und einen an den Nietkopf (14) anschließenden Schaft (15) aufweist, wobei zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen den Bauteilen, wenn diese aneinanderliegen, der Schaft (15) die Bauteile unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt, wobei eine Länge des Stanz-Prägenietes oder des Schaftes (15) eine Summe der Dicken der zwei aneinanderliegenden Bauteile übersteigt, vorzugsweise um mindestens 2%, weiter vorzugsweise um mindestens 5%, noch weiter vorzugsweise um mindestens 10%, derart, dass ein Nietfuß (29) des Stanz- Prägenietes durch Aufstauchen erweiterbar ist.
14. Set nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stanz-Prägeniet unter Anwendung mindestens eines Pressvorganges in Kaltformtechnik hergestellt ist.
15. Stanz-Prägeniet, insbesondere für das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, vorzugsweise als Bestandteil des Sets nach einem der Ansprüche 13 oder 14, umfassend einen Nietkopf (14), der eine beispielsweise
kegelstumpfförmige oder zylinderförmige, kopfartige Erweiterung (20) ausbildet, und einen an den Nietkopf (14) anschließenden Schaft (15), wobei zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen den Bauteilen, wenn diese aneinanderliegen, der Schaft (15) die Bauteile unter Bildung eines Stanzloches durchstanzt, wobei der Stanz-Prägeniet eine Überlänge aufweist, die nach dem Durchstanzen der Bauteile über diese hinaussteht und aufgestaucht werden kann.
16. Stanz-Prägeniet nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Nietfuß eine, insbesondere im Querschnitt dreiecksförmige und/oder pyramidale, Materialreduzierung aufweist.
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