WO2015022161A1 - Halbhohlstanzniet für das vorlochfreie fügen eines fvk-bauteils mit einem metallbauteil - Google Patents

Halbhohlstanzniet für das vorlochfreie fügen eines fvk-bauteils mit einem metallbauteil Download PDF

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WO2015022161A1
WO2015022161A1 PCT/EP2014/065866 EP2014065866W WO2015022161A1 WO 2015022161 A1 WO2015022161 A1 WO 2015022161A1 EP 2014065866 W EP2014065866 W EP 2014065866W WO 2015022161 A1 WO2015022161 A1 WO 2015022161A1
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WO
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Prior art keywords
rivet
hollow
shank
semi
head
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/065866
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English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian Wilhelm
Hans-Juergen Falkenberg
Rainer Gschneidinger
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a Halbhohlstanzniet for pre-hole joining at least one FRP component with a metal component, according to the mentioned in the preamble of claim 1.
  • the components to be permanently joined are positioned at the joint between an injection punch and a die.
  • Stamp and die are in particular corresponding components of a so-called setting tool.
  • the semi-hollow punch rivet is pressed by means of the punch through the punch-side component, wherein a through-hole is punched into the punch-side component.
  • the rivet shank of the semi-hollow punch rivet is pressed into the die-side component and plastically deformed there.
  • the punched slug cut out of the punch-side component during the punching process remains inside the rivet shank.
  • the prior art refers to DE 196 48 231 A1, DE 199 09 821 A1, DE 10 2005 020416 B4 and DE 10 2006 028 537 B3.
  • the semi-hollow punch rivet according to the invention has:
  • the hollow rivet shank has an internal recess which extends in the longitudinal direction from the rivet foot into the rivet head.
  • the rivet head and the rivet shank are delimited in particular by a lower head-side shoulder, as explained in more detail below.
  • the semi-hollow punch rivet according to the invention is preferably formed from a steel material which, in addition to a high material strength (as explained in more detail below), has a high hardness, which is preferably at least 550 HV and in particular more than 550 HV.
  • a high material strength as explained in more detail below
  • the half-hollow punch rivet according to the invention despite its long or deep inner recess, is stiff and resistant to deformation and can thus be easily set with a setting tool.
  • the independent claim 2 is provided, regardless of the features of claim 1 and in particular in combination with the (previously explained) features of claim 1, that the hollow rivet shank is divided into two axial sections, and
  • a second axial section which extends between the first axial section and the rivet head and whose outer circumferential surface and inner circumferential surface are formed such that the (circumferential) wall thickness of the rivet shaft in the direction of the rivet head is both radially inward and radially increases steadily on the outside (in the sense of jump-free or edge-free),
  • the semi-hollow punch rivet according to the invention is optimized for the pre-punch-free joining of at least one FRP component with a metal component for the production of a composite component or mixed component composite.
  • the head riveting, adjoining the Nietfuß first rivet shank portion has parallel or concentric circumferential surfaces, which allows a good punching of the punch side FRP component with low cutting or punching forces, with the Patgeschennte punching butt optimally into the inner recess in the hollow Rivet shaft can be pressed.
  • the increasing wall thickness in the second axial portion close to the head prevents punching, buckling and / or buckling of the rivet shank within this second axial portion during punching and in particular pressing into the die-side metal component, so that advantageously also high setting forces (stamping or joining forces) , For example, in a solid or high-strength (die-side) metal component, can be applied.
  • the increase in wall thickness in the second rivet shaft section divides radially inward and radially outward, which brings various advantages over a one-sided wall thickness increase.
  • the second rivet shank portion is pressed with increasing diameter oversize into the through hole previously produced by the first rivet shank portion in the punch side FRP component.
  • the preferably provided underside Nietkopfschräge or Nietkopfverrundung in the region of the radial head projection is in terms of setting, or press-fitting or stamping process, (eg., Force control), the achievable joint strength (by recoverable bias and thus improved Lochleibung), in particular Even with thickness variations of the punch side FRP component, and / or the durability of the joint connection produced (eg. As a result of improved sealing by adjusting head gap freedom) advantageous.
  • the first axial section with a constant wall thickness of the rivet shank extends approximately over half the total axial length of the half-hollow rivet and / or approximately more than 2/3 of the axial length of the rivet shaft.
  • both the inside transition (on the inner circumferential surface of the inner recess) and the outer side transition (on the outer peripheral surface of the rivet shank) between the first axial portion and the second axial portion of the rivet shank are formed kink-free or edge-free, which is realized in particular by a rounding.
  • the inside transition and the outside transition between the first axial section and the second axial section are located at the same axial position of the rivet shank.
  • an axial offset between the inside transition and the outside transition may be provided.
  • the outer peripheral surface or the outer peripheral surface in the second axial section of the rivet shank can have a frusto-conical configuration, preferably with an oblique lateral surface and in particular with a longitudinally curved lateral surface.
  • the inner peripheral surface or the inner peripheral surface in the second axial portion of the rivet shank may have a frusto-conical configuration, preferably with an oblique and in particular with a longitudinally curved lateral surface.
  • the cone angle may preferably be in a range of 20 ° to 40 ° and in particular be approximately 25 °.
  • the Nietfuß is formed without end-side cutting surface, but instead has a circumferential cutting edge, which is formed by a (radial) inner chamfering and by a (radially) outer chamfering of the annular end face. Due to the optimized cutting edge geometry, such a stamped cutting edge advantageously causes only minor damage to the punch-side FRP component to be pierced, as a result of which damage caused by strength is minimized. Furthermore, the resulting low cutting forces are advantageous in view of the generally low compressive strengths of FRP materials.
  • the semi-hollow punch rivet according to the invention may be formed from a metal material and preferably from a steel material (for example, hardened steel). It is preferably a forming part and in particular a, for example by heat treatment, tempered forming part.
  • the material strength can be between 1200 MPa and 1800 MPa and, for example, also reach values of up to 2000 MPa and more.
  • the hardness of the steel material is preferably at least 550 HV, and more preferably more than 550 HV (riveting hardness H5 and higher).
  • the semi-hollow punch rivet according to the invention is, in its geometrical entirety, designed in particular in such a way that it can be produced piecewise by forming, for example a wire blank, in a simple manner.
  • the semi-hollow punch rivet according to the invention can have a coating, in particular in the region of the rivet shank.
  • the solution of the object further extends to a preferred use of a Halbhohlstanzniets invention for joining at least one FRP component with a metal component.
  • the FRP component fiber-reinforced plastic
  • CFRP CFRP
  • GFRP glass fiber reinforced plastic
  • the metal component is in particular a sheet-metal shaped part, for example of an aluminum or steel sheet material (also higher strength and high strength). Likewise, it can also be a profile part or casting (possibly also with brittle material properties).
  • the joining process for producing a composite component is adequately described in the prior art, for which reference is made to the aforementioned patents.
  • the individual components or workpieces joined to form a composite component can additionally be glued together.
  • a composite component to be produced with at least one half-hollow punch rivet according to the invention can also have a plurality of FRP components and / or metal components in any desired layering or in any desired layer arrangement (multilayer composite component).
  • the die-side component is preferably a metal component.
  • Fig. 1 shows a semi-hollow punch rivet according to the invention in a not to scale sectional view.
  • the one-piece semi-hollow punch rivet 100 formed from a tempered steel material has a rivet head 110 and a rivet shank 120 formed thereon.
  • the Halbhohlstanzniet 100 is rotationally symmetrical.
  • the longitudinal axis or rotation axis is denoted by L.
  • the radial Rambatungen extend perpendicular thereto.
  • the rivet head 110 is designed as a flat round head, but may, for example, also be designed only as a flat head (ie without external rounding). In the radial direction, the rivet head 110 projects beyond the rivet shank 120.
  • the radial projection is, for example, 0.8 mm to 1.2 mm and preferably approximately 1.0 mm.
  • the head outer diameter is, for example, 7.0 mm to 9.0 mm and in particular about 8.0 mm.
  • the rivet head 110 has a lower-side Nietkopfschräge or Nietkopfverrundung 111, which at one more or less strongly rounded paragraph 130 kink- or edge-free passes into the rivet 120.
  • the clearly pronounced shoulder 130 forms a pronounced, stepped transition between the rivet head 110 and the rivet shank 120.
  • the fictitious parting plane E between the rivet head 110 and the rivet shank 120 extends through the shoulder 130.
  • the rivet head 110 does not have a rounding with a constant or a rounding constant radius in the rivet shank 110 (as shown, for example, in DE 10 2009 050 342 B4). The rivet head 110 is thus not part of the rivet shank 120.
  • the axial length or height of the rivet head 110 is, for example, 1, 6 mm to 2.0 mm and in particular about 1, 8 mm.
  • the axial length of the rivet shank 120 depends on the thickness of the components to be joined and, for example, is approximately 5.0 mm to 5.5 mm in the exemplary embodiment shown. This results in a total axial length of the Halbhohlstanzniets 100, which is in the embodiment shown, for example, about 7.0 mm to 7.5 mm.
  • the head height or axial head length of the rivet head 110 is approximately only 20% to 30% or 1/4 (one quarter) to 1/3 (one third) of the entire axial length of the half-hollow punch rivet 100.
  • the rivet shank 120 is formed with a rivet foot 140, on whose annular end face there is a circumferential cutting edge 141 which is formed by an inner chamfer 142 and by a smaller outer chamfer 143.
  • the chamfer angle of both chamfers 142 and 143 is preferably in a range of 15 ° to 50 ° (relative to the longitudinal axis L) and in the embodiment shown is approximately 45 °.
  • the rivet foot 140 has only a single cutting edge 141 and is free of cutting edges.
  • the rivet shank 120 is hollow and has an inner recess or inner bore 150 concentric to the outer circumference in each cross section and having a nietfoot side opening 151.
  • the inner recess 150 extends in the axial direction into the rivet head 110 and thus projects (in the axial direction of the rivet head 110) the lower head side step 130 and the parting plane E between the rivet head 110 and the rivet shank 120.
  • 152 is a nietkopf workede, in the rivet head 110 trained, final rounding of the inner recess 150 referred to.
  • the hollow rivet shank 120 is subdivided identically into two axial sections at a fictitious parting plane T and, starting from the rivet foot 140 (in the axial direction to the rivet head 110), initially has a first hollow-cylindrical section 121 with a constant wall thickness w second head near hollow portion 122 connects, which in the direction of the rivet head 110 has a radially inwardly and radially outwardly increasing wall thickness w.
  • the axial lengths of the rivet shank portions 121 and 122 depend on the thickness of the components to be joined.
  • the axial length of the first axial section 121 is, for example, 3.0 mm to 4.5 mm and in particular approximately 3.75 mm, whereas the axial length of the second axial section 122 is, for example, 1.5 mm to 2 , 0 mm and in particular about 1, 8 mm. It is generally preferred that the first axial portion 121 of the rivet shank 120 extends approximately over half the total axial length of the half-hollow rivet 100 and / or approximately 2/3 (two-thirds) of the axial length of the rivet shank 20.
  • the circumferential rivet shaft wall 125 is formed with a constant wall thickness w.
  • the inner circumferential surface and the outer circumferential surface are concentric with each other over the entire axial length of the first axial portion 121 with equal circumferences.
  • the rivet outer diameter is, for example, 4.0 mm to 5.0 mm and in particular approximately 4.5 mm
  • the inner recess diameter is, for example, 3.0 mm to 4.0 mm and in particular approximately 3.5 mm
  • the constant wall thickness or wall thickness w is, for example, 0.8 mm to 1, 2 mm and in particular about 0.9 mm.
  • the wall thickness w increases radially inward and radially outward in the direction of the rivet head 110, for which purpose both the outer circumferential surface and the inner circumferential surface are correspondingly designed or configured in this second axial portion 122.
  • the outer peripheral surface has a ke-frustum-shaped configuration K1 with a lateral surface curved in the longitudinal direction.
  • This frusto-conical configuration on the outer circumferential surface which is actually a hyperboloid-frustum-shaped configuration, can also be referred to as an outer cone or outer truncated cone.
  • the recess-side inner circumferential surface has a frusto-conical configuration K2 (with a straight or non-curved lateral surface).
  • This frusto-conical configuration on the inner circumferential surface can also be referred to as inner cone or as inner truncated cone.
  • the base of the outer truncated cone K1 is located in the parting plane E of the lower head side step 130 between the rivet head 110 and the rivet shank 120. Starting from this, the outer truncated cone K1 extends to the fictitious division plane T between the first axial section 121 and the second axial section 122 and / or to the level of an outside transition.
  • the base of the internal truncated cone K2 is located in the dividing plane T between the first axial section 121 and the second axial section 122 and / or in the plane of an inside transition. Proceeding therefrom, the inner truncated cone K2 extends into the rivet head 110 and thus also projects beyond the shoulder 130 and the base of the outer truncated cone K1. As a result, the region of the semi-hollow punch rivet 100 identified on the right side with X, despite the large internal recess 150 due to its axial length, is very stable or stiff and resistant to deformation.
  • the outer truncated cone K1 and the inner truncated cone K2 thus have different axial lengths and also different orientations, resulting in the direction of the rivet head 110, the increase in the wall thickness w radially inward and radially outward.
  • the outer peripheries (and, consequently, the outer cross sections) steadily increase in the direction of the rivet head 110 (in the sense of jump-free, edge-free and / or kink-free), whereas the inner circumferences (and concomitantly the inner cross sections) steadily decrease.
  • the outer increase in the wall thickness w in the second axial section 122 is based on a radius function or on a radius arc B, as can be seen very clearly from the sectional illustration shown.
  • the radius arc B may include different radii.
  • the kink-free beginning at the outer transition point or in the division plane T nende radius arc B goes on paragraph 130 kink-free in the bottom Nietkopfschräge or Nietkopfunterrundung 111 over.
  • the radius bend B forms an outer truncated cone or outer hyperboloid stump K1, which extends from the dividing plane T to the plane E of the shoulder 130 and, in particular by rounding, passes over into the adjoining sections in a kink-free or edge-free manner.
  • the inner increase of the wall thickness w is along a straight and oblique with respect to the longitudinal axis L slope S (the slope S is radially inwardly inclined in the direction of the rivet head 110), which begins at the inner transition point or in the division plane T kink-free and kink-free in the Nietkopf worne final rounding 152 of the recess 150 passes.
  • the straight bevel S forms a mecanickevollstumpf K2, which extends from the dividing plane T to the rivet head soapy Endverrundung 152 and merges, in particular by rounding, kink-free in the adjacent sections.
  • the cone angle a of the internal truncated cone K2 is, for example, in the range of 20 ° to 40 ° and in the embodiment shown is about 25 °.
  • the notional parting plane T also divides the inner recess or inner bore 150 into two axial sections, wherein the inner recess 150 has smaller diameters in the second section 122 close to the nietkopf than in the first section 121 close to the nietfoot or close to the section.
  • the schikegeistumpf K2 may be formed with a radius arc or a radius function and / or the outer truncated cone K1 may without radius arc B, but with a straight slope (the slope S is in this case in the direction of the rivet head 110 radially outwardly inclined) may be formed.
  • the inside transition (on the inner peripheral surface of the inner recess 150) and the outer side transition (on the outer peripheral surface of the rivet shank 120) between the first axial portion 121 and the second axial portion 122 of the rivet shank 120 are exactly in a fictitious division plane T and thus at the same axial location.
  • these transitions in the axial direction also offset, in particular slightly offset, be formed.
  • the second axial section 122 can also transition into the final rounding 152 without pronounced transition.
  • the semi-hollow punch rivet 100 is for the intended use, i. H. for joining at least one FRP component (punch side) with a metal component (die side), optimized.
  • the dimensions given in relation to the exemplary embodiment shown in FIG. 1 and the resulting dimensional relationships (including the derivable upper limits and lower limits) are also the subject of this optimization, also individually and in particular in preferred combinations.
  • the first axial section 121 of the rivet shank 120 which has a small wall thickness w in comparison with the second axial section 122, enables, in particular also due to the improved cutting geometry on the rivet foot 140, a low-damage and, above all, crack-free punching or puncturing of the punch side FVK component with low cutting or punching forces, without causing premature spreading.
  • the inner chamfer 142 which opens into the inner recess 150, and the inner recess 150, which is free of interference contours in the first axial section 121, allow optimum picking up of the severed stamped substance in the inner recess 150.
  • the first axial portion 121 can be very well plastically deformed during penetration or pressing into the die-side metal component due to its good Aufsp Son s (forming a positive undercut by spreading), which respect Undercut and the remaining residual soil thickness is advantageous.
  • the second axial section 122 With the aid of the second axial section 122, high joining forces (or setting forces) can be introduced into the forming zone without the second axial section 22 bulging out here. Due to the low compressive strength of the punch side FRP material, this in the previously stamped through hole can produce no radial counterforce or hoop stress, which could prevent such bulging. According to the invention, therefore, the bulging or buckling of the rivet shank 120 in the second axial section 122 is prevented only by the design according to the invention.
  • the half-hollow punch rivet 100 according to the invention has only a slight tendency to crack (within the rivet) and permits uniform and process-reliable joint connection formation with optimum connection properties, for example with regard to predetermined targets for the undercut and the residual floor thickness, in particular in series application.
  • the semi-hollow punch rivet 100 according to the invention can be handled for processing in the usual way, which also includes an automated feed to a setting tool. Further advantages, in particular with regard to the joining of a FRP component with a metal component, result from the preceding explanations.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Halbhohlstanzniet (100) für das vorlochfreie Fügen eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil, aufweisend einen hohlen Nietschaft (120) mit einem als Stanzschneide dienendem Nietfuß (140), einem überstehenden Nietkopf (110), wobei der hohle Nietschaft (120) eine Innenausnehmung (150) aufweist, die sich in Längsrichtung (L) vom Nietfuß (140) bis in den Nietkopf (110) hinein erstreckt und/oder dass der hohle Nietschaft (120) in zwei axiale Abschnitte (121, 122) unterteilt ist, mit einem ersten Abschnitt (121), an dem der Nietfuß (140) ausgebildet ist und der sich hohlzylindrisch und mit konstanter Wandstärke (w) vom Nietfuß (140) wegerstreckt; und mit einem zweiten Abschnitt (122), der sich zwischen dem ersten Abschnitt (121) und dem Nietkopf (110) erstreckt und die Wandstärke (w) in Richtung des Nietkopfs (110) sowohl nach radial innen als auch nach radial außen stetig zunimmt.

Description

Beschreibung
Halbhohlstanzniet für das vorlochfreie Fügen eines FVK-Bauteiis
mit einem Metallbauteil
Die Erfindung betrifft einen Halbhohlstanzniet für das vorlochfreie Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil, gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Beim vorlochfreien Fügen mittels Halbhohlstanzniet werden die dauerhaft zu verbindenden Bauteile an der Fügestelle zwischen einem Einpressstempel und einer Matrize positioniert. Stempel und Matrize sind insbesondere korrespondierende Komponenten eines so genannten Setzgeräts. Anschließend wird der Halbhohlstanzniet mit Hilfe des Stempels durch das stempelseitige Bauteil gedrückt, wobei in das stempel- seitige Bauteil ein Durchgangsloch eingestanzt wird. Während der weiteren Drückbewegung wird der Nietschaft des Halbhohlstanzniets in das matrizenseitige Bauteil eingepresst und dort plastisch verformt. Der während des Stanzvorgangs aus dem stempelseitigen Bauteil herausgetrennte Stanzbutzen verbleibt im Inneren des Niet- schafts. Zum Stand der Technik wird auf die DE 196 48 231 A1 , DE 199 09 821 A1 , DE 10 2005 020416 B4 und DE 10 2006 028 537 B3 hingewiesen.
In der nächstliegenden DE 10 2009 050 342 B4 ist ein Halbhohlstanzniet beschrieben, der sich insbesondere dazu eignet, stempelseitig höherfeste bis ultrahochfeste Stähle mit matrizenseitig Aluminium oder fließfähigen Werkstoffen zu verbinden.
Vor dem Hintergrund zunehmender Mischbauverbindungen, insbesondere im Automobilbau, ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Halbhohlstanzniet anzugeben, der für das Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils (stempelseitig) mit einem Metallbauteil (matrizenseitigen) optimiert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder des Anspruchs 2. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets er- geben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus der nachfolgenden Beschreibung.
Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet weist auf:
- einen hohlen Nietschaft, insbesondere mit einer Innenausnehmung bzw. Innenbohrung;
- einen am Nietschaft ausgebildeten und als Stanzschneide dienenden Nietfuß; und
- einen, gegenüberliegend vom Nietfuß, am Nietschaft angeformten und in radialer Richtung überstehenden Nietkopf, der insbesondere mit einer unterseitigen Nietkopfschräge oder Nietkopfverrundung ausgebildet ist.
Gemäß Anspruch 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der hohle Nietschaft eine Innenausnehmung aufweist, die sich in Längsrichtung vom Nietfuß bis in den Nietkopf hinein erstreckt. Der Nietkopf und der Nietschaft sind insbesondere durch einen unterkopfseitigen Absatz zueinander abgegrenzt, wie nachfolgend noch näher erläutert.
Auf diese Weise wird eine sehr großvolumige Innenausnehmung geschaffen, die sowohl den aus dem stempelseitigen FVK-Bauteil ausgestanzten Stanzbutzen als auch die anfallenden Schneidspäne aufnehmen kann, trotz der beim Schneiden bzw. Stanzen auftretenden Volumenzunahme (durch Spanbildung und Zerbröselung). Ein durch Innendruck herbeigeführtes Ausbeulen des Nietschafts, insbesondere im kopfnahen Bereich bzw. Abschnitt, kann dadurch äußerst wirkungsvoll unterbunden werden.
Bevorzugter Weise ist der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet, oder zumindest dessen Nietschaft, aus einem Stahlmaterial gebildet, das, insbesondere neben einer hohen Materialfestigkeit (wie nachfolgend noch näher erläutert), eine hohe Härte aufweist, die vorzugsweise wenigstens 550 HV und insbesondere mehr als 550 HV beträgt. Dadurch ist der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet trotz seiner langen bzw. tiefen Innenausnehmung steif und verformungsresistent und kann somit problemlos mit einem Setzgerät gesetzt werden. Gemäß dem nebengeordneten Anspruch 2 ist, unabhängig von den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere in Kombination mit den (vorausgehend erläuterten) Merkmalen des Anspruchs 1 , vorgesehen, dass der hohle Nietschaft in zwei axiale Abschnitte unterteilt ist, und
- einen ersten axialen Abschnitt, an dem der Nietfuß ausgebildet ist und der sich hohlzylindrisch und mit konstanter (umlaufender) Wandstärke vom Nietfuß (in Richtung des Nietkopfs) wegerstreckt, und
- einen zweiten axialen Abschnitt, der sich zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem Nietkopf erstreckt und dessen Außenumfangsfläche und Innenumfangsflä- che derart ausgebildet ist, dass die (umlaufende) Wandstärke (des Nietschafts) in Richtung des Nietkopfs sowohl nach radial innen als auch nach radial außen stetig (im Sinne von sprungfrei bzw. kantenfrei) zunimmt,
aufweist.
Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet ist für das vorlochfreie Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil zur Herstellung eines Verbundbauteils bzw. Mischbauteilverbunds optimiert. Der kopfabgewandte, sich an den Nietfuß anschließende erste Nietschaftabschnitt weist parallele bzw. konzentrische Umfangs- flächen auf, was ein gutes Durchstanzen des stempelseitigen FVK-Bauteils mit geringen Schneid- bzw. Stanzkräften ermöglicht, wobei der herausgetrennte Stanzbut- zen optimal in die Innenausnehmung im hohlen Nietschaft eingedrückt werden kann. Die zunehmende Wandstärke im zweiten kopfnahen axialen Abschnitt verhindert beim Stanzen und insbesondere Einpressen in das matrizenseitige Metallbauteil ein Stauchen, Ausbeulen und/oder Ausknicken des Nietschafts innerhalb dieses zweiten axialen Abschnitts, so dass in vorteilhafter Weise auch hohe Setzkräfte (bzw. Stempel- oder Fügekräfte), bspw. bei einem festen oder hochfesten (matrizenseitigen) Metallbauteil, aufgebracht werden können. Im Längsschnitt betrachtet teilt sich die Wanddickenzunahme im zweiten Nietschaftabschnitts nach radial innen und nach radial außen auf, was gegenüber einer einseitigen Wanddickenzunahme diverse Vorteile mit sich bringt. Beim Stanzvorgang wird der zweite Nietschaftabschnitt mit ansteigendem Durchmesserübermaß in das zuvor vom ersten Nietschaftabschnitt erzeugte Durchgangsloch im stempelseitigen FVK-Bauteil eingepresst. Die sich hier- durch ergebende Spaltfreiheit zwischen dem stempelseitigen FVK-Bauteil und dem Halbhohlstanzniet verbessert die Abdichtung und die Lochleibung. Ferner werden offene Faserschnittenden eingezogen bzw. in axiale Richtung in das Durchgangsloch hinein gedrückt und sind danach nicht mehr sichtbar.
Die bevorzugt vorgesehene unterseitige Nietkopfschräge oder Nietkopfverrundung im Bereich des radialen Kopfüberstands (so genannte Senkkopfgeometrie) ist hinsichtlich des Setzvorgangs, bzw. Einpress- oder Einstanzvorgangs, (bspw. bei Kraftsteuerung), der erzielbaren Fügefestigkeit (durch erzielbare Vorspannung und dadurch verbesserte Lochleibung), insbesondere auch bei Dickenschwankungen des stempelseitigen FVK-Bauteils, und/oder der Haltbarkeit der erzeugten Fügeverbindung (bspw. infolge einer verbesserten Abdichtung durch sich einstellende Kopfspaltfreiheit) vorteilig.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich der erste axiale Abschnitt mit konstanter Wanddicke des Nietschafts in etwa über die Hälfte der gesamten axialen Länge des Halb- hohlstanzniets und/oder in etwa über 2/3 der axialen Länge des Nietschafts erstreckt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass sowohl der innenseitige Übergang (an der Innen- umfangsfläche der Innenausnehmung) als auch der außenseitige Übergang (an der Außenumfangsfläche des Nietschafts) zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem zweiten axialen Abschnitt des Nietschafts knickfrei bzw. kantenfrei ausgebildet sind, was insbesondere durch eine Verrundung realisiert ist.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass sich der innenseitige Übergang und der außenseitige Übergang zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem zweiten axialen Abschnitt an der selben axialen Position des Nietschafts befinden. Alternativ kann auch ein axialer Versatz zwischen dem innenseitigen Übergang und dem außenseitige Übergang vorgesehen sein.
Die äußere Umfangsfläche bzw. die Außenumfangsfläche im zweiten axialen Abschnitt des Nietschafts kann eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung, bevorzugt mit einer schrägen und insbesondere mit einer in Längsrichtung gekrümmten Mantelfläche, aufweisen. Auch die innere Umfangfläche bzw. die Innenumfangsfläche im zweiten axialen Abschnitt des Nietschafts kann eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung, bevorzugt mit einer schrägen und insbesondere mit einer in Längsrichtung gekrümmten Mantelfläche, aufweisen. Der Kegelwinkel kann bevorzugt in einem Bereich von 20° bis 40° liegen und insbesondere in etwa 25° betragen.
Bevorzugt ist der Nietfuß ohne stirnseitige Schneidenfläche ausgebildet, sondern weist stattdessen eine umlaufende Schneidkante auf, die durch eine (radial) innere Anfasung und durch eine (radial) äußere Anfasung der kreisringförmigen Stirnfläche gebildet ist. In vorteilhafter Weise verursacht eine derart ausgebildete Stanzschneide aufgrund der optimierten Schneidkantengeometrie nur geringe Schädigungen an dem zu durchlochenden stempelseitigen FVK-Bauteil, wodurch beschädigungsbedingte Festigkeitsverluste minimiert werden. Ferner sind die sich ergebenden geringen Schneidkräfte hinsichtlich der zumeist niedrigen Druckfestigkeiten von FVK- Materialien vorteilhaft.
Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet kann aus einem Metallmaterial und vorzugsweise aus einem Stahlmaterial (bspw. Einsatzstahl) gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich um ein Umformteil und insbesondere um ein, bspw. durch Wärmebehandlung, vergütetes Umformteil. Die Materialfestigkeit kann zwischen 1200 MPa und 1800 MPa betragen und bspw. auch Werte von bis zu 2000 MPa und mehr erreichen. Die Härte des Stahlmaterials beträgt vorzugsweise wenigstens 550 HV und insbesondere mehr als 550 HV (Niethärtestufe H5 und höher). Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet ist in seiner geometrischen Gesamtheit insbesondere derart gestaltet, dass dieser in einfacher Weise stückfallend durch Umformung, bspw. eines Drahtrohlings, herstellbar ist. Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet kann, insbesondere im Bereich des Nietschafts, eine Beschichtung aufweisen.
Mit einem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe femer auf eine bevorzugte Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets zum Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil. Bei dem FVK-Bauteil (FVK = faserverstärkter Kunststoff) handelt es sich vorzugsweise um ein CFK-Bauteil (CFK = kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) oder um eine GFK-Bauteil (GFK = glasfaserverstärkter Kunststoff), wobei es sich insbesondere um ein flächiges, blechartiges Bauteil handelt. Bei dem Metallbauteil handelt es sich insbesondere um ein Blechformteil, bspw. aus einem Aluminium- oder Stahlblechmaterial (auch höherfest und hochfest). Ebenso kann es sich auch um ein Profilteil oder Gussteil (gegebenenfalls auch mit spröden Materialeigenschaften) handeln. Der Fügevorgang zur Herstellung eines Verbundbauteils ist im Stand der Technik hinreichend beschrieben, wozu stellvertretend auf die eingangs genannten Patentschriften verwiesen wird. Die zu einem Verbundbauteil gefügten Einzelbauteile bzw. Werkstücke können ergänzend miteinander verklebt sein.
Ein mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet herzustellendes Verbundbauteil kann auch mehrere FVK-Bauteile und/oder Metallbauteile in beliebiger Schichtung bzw. in beliebiger Lagenanordnung aufweisen (mehrlagiges Verbundbauteil). Bei dem matrizenseitigen Bauteil handelt es sich aber bevorzugt um ein Metallbauteil.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Alle Maß- bzw. Größenangaben und die sich daraus ergebenden Maß- bzw. Größenverhältnisse sind, auch losgelöst von dem konkreten Ausführungsbeispiel, zugleich allgemeine Merkmale der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet in einer nicht maßstabsgetreuen Schnittdarstellung.
Der einstückige aus einem vergüteten Stahlmaterial gebildete Halbhohlstanzniet 100 weist einen Nietkopf 110 und einen daran angeformten Nietschaft 120 auf. Der Halbhohlstanzniet 100 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Längsachse bzw. Rotationsachse ist mit L bezeichnet. Die radialen Rächtungen erstrecken sich senkrecht hierzu. Der Nietkopf 110 ist als Flachrundkopf ausgebildet, kann aber bspw. auch nur als Flachkopf (d. h. ohne Außenverrundung) ausgebildet sein. In radialer Richtung überragt der Nietkopf 110 den Nietschaft 120. Der radiale Überstand beträgt bspw. 0,8 mm bis 1 ,2 mm und bevorzugt ca. 1 ,0 mm. Der Kopfaußendurchmesser beträgt bspw. 7,0 mm bis 9,0 mm und insbesondere ca. 8,0 mm. Der Nietkopf 110 weist eine unterseitige Nietkopfschräge oder Nietkopfverrundung 111 auf, die an einem mehr oder weniger stark verrundeten Absatz 130 knick- bzw. kantenfrei in den Nietschaft 120 übergeht. Der deutlich ausgeprägte Absatz 130 bildet einen ausgeprägten, abgesetzten Übergang zwischen dem Nietkopf 110 und dem Nietschaft 120. Die fiktive Trennebene E zwischen dem Nietkopf 110 und dem Nietschaft 120 verläuft durch den Absatz 130. Der Nietkopf 110 geht nicht über eine Verrundung mit gleich bleibendem bzw. konstantem Radius in den Nietschaft 110 über (wie bspw. in der DE 10 2009 050 342 B4 gezeigt). Der Nietkopf 110 ist somit nicht Teil des Nietschafts 120.
Die axiale Länge bzw. Höhe des Nietkopfs 110 beträgt bspw. 1 ,6 mm bis 2,0 mm und insbesondere ca. 1 ,8 mm. Die axiale Länge des Nietschafts 120 richtet sich nach der Dicke der zu fügenden Bauteile und liegt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bspw. bei ca. 5,0 mm bis 5,5 mm. Hiermit ergibt sich eine gesamte axiale Länge des Halbhohlstanzniets 100, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bspw. ca. 7,0 mm bis 7,5 mm beträgt. Die Kopfhöhe bzw. axiale Kopflänge des Nietkopfs 110 beträgt in etwa nur 20 % bis 30 % bzw. 1/4 (ein Viertel) bis 1/3 (ein Drittel) der gesamten axialen Länge des Halbhohlstanzniets 100.
An seinem vom Nietkopf 110 wegweisenden axialen Ende ist der Nietschaft 120 mit einem Nietfuß 140 ausgebildet, an dessen kreisringförmigen Stirnseite sich eine umlaufende Schneid- bzw. Stanzkante 141 befindet, die durch eine innere Anfasung 142 und durch eine kleinere äußere Anfasung 143 gebildet ist. Der Fasenwinkel beider Anfasungen 142 und 143 liegt bevorzugt in einem Bereich von 15° bis 50° (gegenüber der Längsachse L) und beträgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 45°. Der Nietfuß 140 weist nur eine einzelne Schneidkante 141 auf und ist schneidenflächenfrei. Der Nietschaft 120 ist hohl ausgebildet und weist eine in jedem Querschnitt zum Außenumfang konzentrische Innenausnehmung bzw. Innenbohrung 150 mit einer nietfußseitigen Öffnung 151 auf. Die Innenausnehmung 150 erstreckt sich in axialer Richtung bis in den Nietkopf 110 hinein und überragt somit (in axialer Richtung zum Nietkopf 110) den unterkopfseitigen Absatz 130 und die Trennebene E zwischen dem Nietkopf 110 und dem Nietschaft 120. Mit 152 ist eine nietkopfseitige, im Nietkopf 110 ausgebildete, Endverrundung der Innenausnehmung 150 bezeichnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der hohie Nietschaft 120 an einer fiktiven Trennebene T erkennbar in zwei axiale Abschnitte unterteilt ist und ausgehend vom Nietfuß 140 (in axialer Richtung zum Nietkopf 110) zunächst einen ersten hohlzylindrischen Abschnitt 121 mit einer konstanten Wandstärke w aufweist, dem sich ein zweiter kopfnaher Hohlabschnitt 122 anschließt, der in Richtung des Nietkopfs 110 eine nach radial innen und nach radial außen zunehmende Wandstärke w aufweist. Die axialen Längen der Nietschaftabschnitte 121 und 122 richten sich nach der Dicke der zu fügenden Bauteile. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die axiale Länge des ersten axialen Abschnitts 121 bspw. 3,0 mm bis 4,5 mm und insbesondere ca. 3,75 mm, wohingegen die axiale Länge des zweiten axialen Abschnitts 122 bspw. 1 ,5 mm bis 2,0 mm und insbesondere ca. 1 ,8 mm beträgt. Bevorzugt gilt allgemein, dass sich der erste axiale Abschnitt 121 des Nietschafts 120 in etwa über die Hälfte der gesamten axialen Länge des Halbhohlstanzniets 100 und/oder in etwa über 2/3 (zwei Drittel) der axialen Länge des Nietschafts 20 erstreckt.
Im ersten axialen Abschnitt 121 ist die umlaufende Nietschaftwandung 125 mit einer konstanten Wandstärke w ausgebildet. Die Innenumfangsfläche und die Außenum- fangsfläche sind über die gesamte axiale Länge des ersten axialen Abschnitts 121 mit gleichbleibenden Umfängen konzentrisch zueinander. Im ersten axialen Abschnitt 121 beträgt der Nietschaftaußendurchmesser bspw. 4,0 mm bis 5,0 mm und insbesondere ca. 4,5 mm, der Innenausnehmungsdurchmesser beträgt bspw. 3,0 mm bis 4,0 mm und insbesondere ca. 3,5 mm und die konstante Wandstärke bzw. Wanddicke w beträgt bspw. 0,8 mm bis 1 ,2 mm und insbesondere ca. 0,9 mm.
Im zweiten kopfnahen Hohlabschnitt 122 des Nietschafts 120 nimmt in Richtung des Nietkopfs 110 die Wandstärke w nach radial innen und nach radial außen zu, wozu sowohl die Außenumfangsfläche als auch die Innenumfangsfläche in diesem zweiten axialen Abschnitt 122 entsprechend ausgebildet bzw. ausgestaltet ist. Im zweiten axialen Abschnitt 122 des Nietschafts 120 weist die Außenumfangsfläche eine ke- gelstumpfförmige Ausgestaltung K1 mit einer in Längsrichtung gekrümmten Mantelfläche auf. Diese kegelstumpfförmige Ausgestaltung an der Außenumfangsfläche, wobei es sich eigentlich um eine hyperboloidstumpfförmige Ausgestaltung handelt, kann auch als Außenkegel bzw. Außenkegelstumpf bezeichnet werden. Auch die ausnehmungsseitige Innenumfangsfläche weist eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung K2 (mit einer geraden bzw. nicht gekrümmten Mantelfläche) auf. Diese kegelstumpfförmige Ausgestaltung an der Innenumfangsfläche kann auch als Innenkegel bzw. als Innenkegelstumpf bezeichnet werden.
Die Basis des Außenkegelstumpfs K1 befindet sich in der Trennebene E des unter- kopfseitigen Absatzes 130 zwischen dem Nietkopf 110 und dem Nietschaft 120. Ausgehend hiervon erstreckt sich der Außenkegelstumpf K1 bis zur fiktiven Teilungsebene T zwischen dem ersten axialen Abschnitt 121 und dem zweiten axialen Abschnitt 122 und/oder bis zur Ebene eines außenseitigen Übergangs. Die Basis des Innenkegelstumpfs K2 befindet sich in der Teilungsebene T zwischen dem ersten axialen Abschnitt 121 und dem zweiten axialen Abschnitt 122 und/oder in der Ebene eines innenseitigen Übergangs. Ausgehend hiervon erstreckt sich der Innenkegelstumpf K2 bis in den Nietkopf 110 hinein und überragt somit auch den Absatz 130 und die Basis des Außenkegelstumpfs K1. Dadurch ist der rechtsseitig mit X gekennzeichnete Bereich des Halbhohlstanzniets 100, trotz der aufgrund ihrer axialen Länge großvolumigen Innenausnehmung 150, sehr stabil bzw. steif und verformungsresis- tent.
Der Außenkegelstumpf K1 und der Innenkegelstumpf K2 weisen somit unterschiedliche axiale Längen und auch unterschiedliche Orientierungen auf, woraus in Richtung des Nietkopfs 110 die Zunahme der Wandstärke w nach radial innen und nach radial außen resultiert. Ausgehend von der Teilungsebene T bzw. den innen- und außenseitigen Übergangsstellen nehmen die Außenumfänge (und damit einhergehend die Außenquerschnitte) in Richtung des Nietkopfs 110 stetig (im Sinne von sprungfrei, kantenfrei und/oder knickfrei) zu, wohingegen die Innenumfänge (und damit einhergehend die Innenquerschnitte) stetig abnehmen.
Mit anderen Worten formuliert erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die äußere Zunahme der Wandstärke w im zweiten axialen Abschnitt 122 nach einer Radiusfunktion bzw. auf einem Radiusbogen B, wie sehr gut aus der gezeigten Schnittdarstellung ersichtlich. Der Radiusbogen B kann unterschiedliche Radien umfassen. Der an der äußeren Übergangsstelle bzw. in der Teilungsebene T knickfrei begin- nende Radiusbogen B geht am Absatz 130 knickfrei in die unterseitige Nietkopfschräge oder Nietkopfverrundung 111 über. Der Radiusbogen B bildet einen Außen- kegelstumpf bzw. Außenhyperboloidstumpf K1 , der sich von der Teilungsebene T bis zur Ebene E des Absatzes 130 erstreckt und, insbesondere durch Verrundung, knick- bzw. kantenfrei in die angrenzenden Abschnitte übergeht. Die innere Zunahme der Wandstärke w erfolgt entlang einer geraden und bezüglich der Längsachse L schrägverlaufenden Schräge S (die Schräge S ist in Richtung des Nietkopfs 110 radial einwärts geneigt), die an der inneren Übergangsstelle bzw. in der Teilungsebene T knickfrei beginnt und knickfrei in die nietkopfseitige Endverrundung 152 der Ausnehmung 150 übergeht. Die gerade Schräge S bildet einen Innenkegeistumpf K2, der sich von der Teilungsebene T bis zur nietkopf seifigen Endverrundung 152 erstreckt und, insbesondere durch Verrundung, knickfrei in die angrenzenden Abschnitte übergeht. Der Kegelwinkel a des Innenkegelstumpfs K2 liegt bspw. im Bereich von 20° bis 40° und beträgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 25°.
Die fiktive Trennebene T unterteilt auch die Innenausnehmung bzw. Innenbohrung 150 in zwei axiale Abschnitte, wobei die Innenausnehmung 150 im nietkopfnahen zweiten Abschnitt 122 geringere Durchmesser aufweist als im nietfußnahen bzw. schneidennahen ersten Abschnitt 121.
Abweichend zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch der Innenkegeistumpf K2 mit einem Radiusbogen bzw. einer Radiusfunktion ausgebildet sein und/oder der Außenkegelstumpf K1 kann ohne Radiusbogen B, sondern mit einer geraden Schräge (die Schräge S ist in diesem Fall in Richtung des Nietkopfs 110 radial auswärts geneigt) ausgebildet sein.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich der innenseitige Übergang (an der Innenumfangsfläche der Innenausnehmung 150) und der außenseitige Übergang (an der Außenumfangsfläche des Nietschafts 120) zwischen dem ersten axialen Abschnitt 121 und dem zweiten axialen Abschnitt 122 des Nietschafts 120 exakt in einer fiktiven Teilungsebene T und somit an der selben axialen Stelle. Alternativ können diese Übergänge in axialer Richtung auch versetzt, insbesondere geringfügig versetzt, ausgebildet sein. An dieser Stelle soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass sowohl der innenseitige Übergang als auch der außenseitige Übergang zwischen den axialen Abschnitten 121 und 122, sowie auch der außenseitige Übergang zwischen dem zweiten axialen Abschnitt 122 und dem Nietkopf 110 am unterkopfseitigen Absatz 130 und der innenseitige Übergang zwischen dem zweiten axialen Abschnitt 122 und der Bohrungsendverrundung 152 als ausgeprägte bzw. ausgeformte Übergänge ausgebildet, aber dennoch, insbesondere zur Verringerung der Kantenrissempfindlichkeit, knick- bzw. kantenfrei ausgestaltet sind. Abweichend hierzu kann der zweite axiale Abschnitt 122 kann auch ohne ausgeprägten Übergang in die Endverrundung 152 übergehen.
Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet 100 ist für den beabsichtigen Verwendungszweck, d. h. zum Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils (stempelseitig) mit einem Metallbauteil (matrizenseitigen), optimiert. Die in Bezug auf das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel genannten Maßangaben und die sich daraus ergebenden Maßverhältnisse (einschließlich der ableitbaren Obergrenzen und Untergrenzen) sind, auch einzeln und insbesondere in bevorzugten Kombinationen, ebenfalls Gegenstand dieser Optimierung.
Der erste axiale Abschnitt 121 des Nietschafts 120, der im Vergleich zum zweiten axialen Abschnitt 122 eine geringe Wandstärke w aufweist, ermöglicht, insbesondere auch durch die verbesserte Schneidengeometrie am Nietfuß 140, ein schädigungsarmes und vor allem auch rissfreies Durchstanzen bzw. Durchlochen des stempelsei- tigen FVK-Bauteils mit geringen Schneid- bzw. Stanzkräften, ohne dass es zu einem vorzeitigen Aufspreizen kommt. Die in die Innenausnehmung 150 einmündende innere Anfasung 142 und die im ersten axialen Abschnitt 121 frei von Störkonturen ausgebildete Innenausnehmung 150 ermöglichen eine optimale Aufnahme des herausgetrennten Stanzbutzens in der Innenausnehmung 150.
Im weiteren Verlauf des Fügevorgangs kann der erste axiale Abschnitt 121 beim Eindringen bzw. Einpressen in das matrizenseitige Metallbauteil aufgrund seines guten Aufspreizverhaltens sehr gut plastisch verformt werden (unter Ausbildung eines formschlüssigen Hinterschnitts durch Aufspreizen), was hinsichtlich der Hinterschnittbildung und der verbleibenden Restbodendicke vorteilig ist. Mit Hilfe des zweiten axialen Abschnitts 122 können hohe Fügekräfte (bzw. Setzkräfte) in die Umformzone eingeleitet werden, ohne dass der zweite axiale Abschnitt 22 hierbei ausbaucht. Aufgrund der geringen Druckfestigkeit des stempelseitigen FVK-Materials kann dieses im zuvor eingestanzten Durchgangsloch keine radiale Gegenkraft bzw. Umfangsspannung erzeugen, die ein solches Ausbauchen verhindern könnte. Erfindungsgemäß wird daher das Ausbauchen bzw. Ausbeulen des Nietschafts 120 im zweiten axialen Abschnitt 122 nur durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verhindert.
Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet 100 weist eine nur geringe Rissneigung (innerhalb des Niets) auf und ermöglicht eine gleichmäßige und prozesssichere Fü- geverbindungsausbildung mit optimalen Verbindungseigenschaften, bspw. hinsichtlich vorgegebener Zielvorgaben für den Hinterschnitt und die Restbodendicke, insbesondere in der Serienanwendung. Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet 100 kann für die Verarbeitung in gewohnter Weise gehandhabt werden, was auch eine automatisierte Zuführung zu einem Setzgerät einschließt. Weitere Vorteile, insbesondere im Hinblick auf das Fügen eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil, ergeben sich aus den vorausgehenden Erläuterungen.
Bezugszeichen liste
Halbhohlstanzniet für das voriochfreie Fügen eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil
100 Halbhohlstanzniet
110 Nietkopf
111 Nietkopfschräge, Nietkopfverrundung (unterseitig)
120 Nietschaft
121 erster axialer Abschnitt
122 zweiter axialer Abschnitt
125 Nietschaftwandung
130 Absatz
140 Nietfuß
141 Schneidkante, Stanzkante
142 innere Anfasung
143 äußere Anfasung
150 Innenausnehmung, Innenbohrung
151 Öffnung
152 Verrundung
B Radiusbogen
E Teilungsebene
K1 Außenkegelstumpf
K2 Innenkegelstumpf
L Längsachse
S Schräge
T Teilungsebene
X Bereich
a Kegelwinkel
w Wandstärke, Wanddicke

Claims

Patentansprüche Halbhohlstanzniet für das vorlochfreie Fügen eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil
1. Halbhohlstanzniet (100) für das vorlochfreie Fügen eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil, aufweisend einen hohlen Nietschaft (120), einen am Nietschaft (120) ausgebildeten und als Stanzschneide dienenden Nietfuß (140) und einen am Nietschaft (120) angeformten und in radialer Richtung überstehenden Nietkopf (1 10), dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Nietschaft (120) eine Innenausnehmung (150) aufweist, die sich in Längsrichtung (L) vom Nietfuß (140) bis in den Nietkopf (1 10) hinein erstreckt.
2. Halbhohlstanzniet (100) für das vorlochfreie Fügen eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil, insbesondere nach Anspruch 1 , aufweisend einen hohlen Nietschaft (120), einen am Nietschaft (120) ausgebildeten und als Stanzschneide dienenden Nietfuß (140) und einen am Nietschaft (120) angeformten und in radialer Richtung überstehenden Nietkopf (1 10), dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Nietschaft (120) in zwei axiale Abschnitte (121 , 122) unterteilt ist, mit
- einem ersten Abschnitt (121), an dem der Nietfuß (140) ausgebildet ist und der sich hohlzylindrisch und mit konstanter Wandstärke (w) vom Nietfuß (140) wegerstreckt; und mit
- einem zweiten Abschnitt (122), der sich zwischen dem ersten Abschnitt (121) und dem Nietkopf (1 10) erstreckt und dessen Außenumfangsfläche und Innenumfangsfläche derart ausgebildet ist, dass die Wandstärke (w) in Richtung des Nietkopfs (1 10) sowohl nach radial innen als auch nach radial außen stetig zunimmt.
3. Halbhohlstanzniet (100) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der erste Abschnitt (121) des Nietschafts (120) in etwa über die Hälfte der gesamten axialen Länge des Halbhohlstanzniets (100) und/oder in etwa über 2/3 der axialen Länge des Nietschafts (120) erstreckt.
4. Halbhohlstanzniet (100) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich am Nietschaft (120) der innenseitige Übergang und der außenseitige Übergang zwischen dem ersten Abschnitt (121 ) und dem zweiten Abschnitt (122) an der selben axialen Position (T) befinden.
5. Halbhohlstanzniet (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
am Nietschaft (120) der innenseitige Übergang und/oder der außenseitige Übergang zwischen dem ersten Abschnitt (121) und dem zweiten Abschnitt (122) knickfrei ausgebildet ist/sind.
6. Halbhohlstanzniet (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenumfangsfläche im zweiten Abschnitt (122) des Nietschafts (120) eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung (K1), insbesondere mit einer in Längsrichtung (L) gekrümmten Mantelfläche, aufweist.
7. Halbhohlstanzniet (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenumfangsfläche im zweiten Abschnitt (122) des Nietschafts (120) eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung (K2), insbesondere mit einer in Längsrichtung (L) gekrümmten Mantelfläche, aufweist, wobei der Kegelwinkel (a) bevorzugt zwischen 20° und 40° liegt und insbesondere in etwa 25° beträgt.
8. Halbhohlstanzniet (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Nietfuß (140) eine einzelne umlaufende Schneidkante (141) aufweist, die durch innere und äußere Anfasung (142, 143) der kreisringförmigen Stirnfläche gebildet ist.
9. Halbhohlstanzniet (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
dieser aus einem Metallmaterial und vorzugsweise aus einem Stahlmaterial gebildet ist, wobei es sich insbesondere um ein vergütetes Umformteil handelt.
10. Verwendung eines Halbhohlstanzniets (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche zum Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil.
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CN110878788A (zh) * 2019-12-23 2020-03-13 徐小麟 一种文件夹铆钉

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