WO2015106779A1 - Halbhohlnietelement - Google Patents

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WO2015106779A1
WO2015106779A1 PCT/EP2014/003180 EP2014003180W WO2015106779A1 WO 2015106779 A1 WO2015106779 A1 WO 2015106779A1 EP 2014003180 W EP2014003180 W EP 2014003180W WO 2015106779 A1 WO2015106779 A1 WO 2015106779A1
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WO
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layer
halbhohlnietelement
component
corrosion protection
cover layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/003180
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Barkhausen
Norbert HORNBORSTEL
Original Assignee
Audi Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00—Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04—Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/08—Hollow rivets; Multi-part rivets
    • F16B19/086—Self-piercing rivets
    • 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
    • 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
    • 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
    • F16B2019/045—Coated rivets

Definitions

  • the invention relates to a Halbhohlnietelement for a rivet connection of at least two components according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a rivet connection according to the preamble of claim. 6
  • first aluminum semi-finished products sheet and cast materials and profiles
  • steel materials are provided in a mixed construction, then assembled by means of a rivet and then in
  • a KTL method can be painted on the visible side.
  • a generic riveting method is performed by means of a Halbhohlnietiatas having a rivet head with adjoining hollow shaft.
  • the Halbhohlnietelement pierces during riveting the first component in the Nietraum and is driven into the second component, while maintaining a residual material thickness between the Halbhohlnietelement and the Halbhohlnietelement facing away from the component side.
  • the semi-tubular rivet element may preferably be made of a wire material, such as a cold heading steel.
  • a corrosion protection layer on the Halbhohlnietelement is applied.
  • This is done in common practice by a mechanical drum method, wherein the corrosion protection layer ZnSnAI (Almac) mechanical zinc or ZnSn has (zinc-containing corrosion protection layer).
  • the coating takes place in an acid bath within a rotating drum.
  • the tin (especially Almac) acts as a relatively soft metal as a primer that holds the corrosion protection layer on the metal surface of the Halbhohlnietiatas.
  • a heat aging (tempering) of the coated rivet element can be carried out in order to avoid hydrogen embrittlement of the coated rivet elements.
  • the above-specified corrosion protection layer results in the following problem when using the rivet element in the fully automated process chain in automotive engineering:
  • the zinc together with tin forms a eutectic at about 200 ° C., which leads to pearl formation in the region of Nietkopfes that can be seen on the finished, painted product.
  • the Almac® coating due to its process control (mechanical drum method) leads to increased abrasion when handling the rivet elements.
  • the abrasion has a negative influence on the conveying and feeding technology used in the process chain of the setting tools in the form of soiling or cold welding, which build on the rivet delivery cycles in production on and on lead to disruptions.
  • the object of the invention is to provide a half-hollow rivet element, with which a rivet connection suitable for the above-mentioned fully automated process chain can be provided in a simple process and production engineering manner.
  • the anticorrosive layer of Halbhohlnietiatas is covered to form a two-layer system of a cover layer with which the coefficient of friction of Halbhohlnietiatas is reduced.
  • the corrosion protection layer is optimized with regard to its insulating properties, while the cover layer is optimized to make the riveting process reliable. An omission of the cover layer would lead to an increased coefficient of friction of Halbhohlnietiatas, whereby there is a risk that during the setting process, the material of the first component is drawn into the material of the second component and the closed contour of the second component is destroyed.
  • the base material of the Halbhohlnietiatas is preferably a wire material, which is tempered to a strength of at least 1200 MPa.
  • the compensation for such a high component strength is of particular importance with regard to a process-reliable riveting process, so that the half-tubular rivet element is specifically shaped during the riveting process to form an undercut in the die-side area.
  • the cover layer may have a layer thickness of 2-6 ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the cover layer can preferably be applied in a dip-spin process.
  • the corrosion layer may comprise, for example, zinc or aluminum.
  • the corrosion protection layer consists of a zinc-nickel compound, wherein the layer thickness is between 5 to 12 ⁇ .
  • both the cover layer and the corrosion layer are free of low-melting materials, that is, in particular tin-free.
  • the resulting in the conveying and feeding technology of the setting tools cold welding - compared to the prior art - are largely minimized, making additional maintenance steps in the fully automated process chain (from body to final assembly) are not required.
  • the corrosion protection layer can be applied to the semi-tubular rivet element before the riveting process in a first process step.
  • the cover layer can then be applied, with which a process-reliable setting behavior during riveting is ensured while reducing the coefficient of friction.
  • the anticorrosive layer is applied to both the outer contour and in the cavity contour of the Halbhohlniet- element consistently with constant thickness to one to provide sufficient isolation capability.
  • the application in a mechanical drum process is disadvantageous, since in this case, especially on the inner contour no continuous coating can be achieved.
  • the anticorrosive layer is applied in a dip-spin process, in which the starting component is applied liquid and their drop-shaped material is removed in a spin process again. In this way, several layers are stacked stacked, which partially uncoated spots can be avoided with exposed metallic surface on the rivet.
  • the corrosion protection layer is kept in pure surface adhesion on the metallic surface of the rivet element.
  • the corrosion protection layer is present throughout, but may be distributed inhomogeneous especially on the inner contour of the rivet.
  • a galvanic process can be associated with a high hydrogen input into the metallic base material of the rivet element, which is deposited as a by-product in the galvanic process.
  • the cover layer can preferably be applied in a dip-spin process and then baked or dried in a targeted manner. In this way, a sufficiently stable layer adhesion results during the riveting process between the cover layer and the corrosion protection layer.
  • an essential aspect of the invention is that the first and second process steps can be carried out separately from each other, that is, spatially, temporally and / or functionally separated from each other.
  • the two process steps can take place in different process environments and / or in different procedures.
  • the corrosion layer can be applied by electroplating to the metallic surface of the rivet hollow element
  • the cover layer can be applied by dip-spin coating.
  • the already mentioned hot aging can take place.
  • the component connection is led to a painting station, in which the visible side of the riveted joint is coated, in particular in a cathodic electrocoat process.
  • a painting station in which the visible side of the riveted joint is coated, in particular in a cathodic electrocoat process.
  • the cover layer is made of an organic material. Otherwise, the cover layer may also be made of an inorganic material.
  • the rivet member may be tempered to a predetermined hardness prior to application of the two-layer system, at an annealing temperature which may be, for example, about 250 ° C. This results in a high-strength rivet element whose strength is at least 1200 MPa can lie.
  • the tempering temperature (and also other material properties, such as the carbon content) during tempering must be designed to be significantly larger than the annealing temperature in the hot aging, which follows the first process step. Otherwise, there is a risk that the microstructure of the high-strength hollow rivet element changes during hot aging.
  • the setting behavior during the setting process is substantially improved due to the reduced coefficient of friction, so that the half-hollow rivet element is confronted with reduced mechanical loads.
  • the corrosion protection layer of zinc and nickel is constructed and applied by electroplating on the metallic surface of the rivet.
  • the cover layer is then applied in a dip-spin process and dried / burnt targeted.
  • the cover layer is made of organic material in view of the following KTL method.
  • the above-mentioned baking may be preceded by a predrying stage in which, for example, at a temperature between 80 and 100 ° C, the still liquid starting component of the cover layer is pre-dried, with simultaneous kinematic loading of the Hohlnietiata. In this way, a disadvantageous adhesive bond between the rivet elements is achieved.
  • This is followed by the actual baking process (for example at a temperature of 200 ° C).
  • the advantageous embodiments and / or developments of the invention explained above and / or specified in the subclaims can be used individually or else in any desired combination with one another, except, for example, in the case of clear dependencies or incompatible alternatives.
  • Figures 1 and 2 are each a completed component connection.
  • FIG. 3 shows a block diagram with which a fully automated process chain is illustrated until the completion of the component connection shown in FIG. 1 or 2;
  • FIG. 4 shows a side sectional view of the coated hollow rivet element
  • FIG. 5 are views illustrating a process sequence for producing a semi-tubular rivet element and a rivet connection.
  • FIG. 1 shows a component connection in which a first component 1 is connected to a second component 3.
  • the components 1, 3 may be semi-finished aluminum products, such as sheet metal and cast iron materials, as well as profiles, and / or steel materials, which are assembled in mixed construction.
  • the two components 1, 3 may be components of a vehicle body whose visible side is covered with a lacquer layer 5.
  • the two components 1, 3 lie with their edge flanges one above the other and are using a Halbhohlnietiatas 7 in a riveted connection.
  • the half-hollow Riveting element 7 has a rivet head 9 and a hollow shaft 11.
  • the rivet head 9 is provided substantially flush with the visible side of the component 1.
  • the half-hollow rivet element 7 penetrates the material of the first component 1 and is driven into the second component 3, while maintaining a residual material thickness r of the second component 3. In this way, the rivet connection remains closed on the side opposite the visible side.
  • the end of the hollow shaft 1 facing away from the rivet head 9 of the rivet element 7 is purposefully expanded, whereby an undercut is formed.
  • the rivet connection shown in FIG. 2 is substantially identical to FIG. 1, with the exception that between the first and second component 1, 3, a further component 2 is interposed.
  • the fully automated process chain for producing the component connection shown in FIG. 1 is indicated in a block diagram.
  • the two components 1, 3 are initially provided, for example, as semi-finished aluminum products.
  • the two components 1, 3 are then connected to one another in a riveting operation using the semi-tubular rivet element 7 shown in FIG.
  • the half-tubular rivet element 7 shown in FIG. 1 is provided and guided by means of a conveying and feeding technique to a setting tool, in which the riveting process takes place.
  • the component connection is led to a painting station in which the visible side of the component connection with the paint layer 5 is covered in a cathodic dip-tow process.
  • the half-hollow rivet element 7 has a cold-crushing steel as the metallic base material.
  • the cold heading steel is tempered to a strength of at least 1200 MPa, so that the rivet element 7 can be selectively expanded during the setting process undercut formation.
  • a corrosion protection layer 13 is applied, with a constant on both the inner contour and the outer contour of the rivet 7 layer thickness s ⁇ This is in a range between 5 and 12 [im.
  • an organic cover layer 15 is applied to form a two-layer structure, with which the coefficient of friction of the rivet element 7 is reduced. In this way, the setting behavior is significantly improved during riveting, whereby the punched-out material 17 of the component 1 is formed during riveting so far that the closed contour of the component 3 is not destroyed.
  • the production of the semi-tubular rivet 7 is indicated in a process sequence.
  • the semi-tubular rivet element 7 with an exposed metallic surface is first provided.
  • the half-hollow rivet element 7 is preground at a predetermined tempering temperature to a strength of, for example, 1200 MPa.
  • the corrosion protection layer 13 is applied in a first process step I in electroplating.
  • a zinc-nickel compound is applied as corrosion protection layer.
  • a high hydrogen input into the metallic material of the Halbhohlnietides 7 take place, which can lead to hydrogen embrittlement.
  • the galvanically coated rivet element 7 is heat-aged in an intermediate step (annealed), whereby the hydrogen escapes from the metallic structure of the rivet element 7.
  • the application of the cover layer 15 takes place in a dip-spin method, specifically with a layer thickness s 2 in a range of 2 to 6 ⁇ m.
  • the cover layer 15 is burnt in selectively or merely dried at lower temperatures.
  • the two process steps I and II are carried out separately from one another, that is, they are spatially, temporally and functionally separated from one another.
  • the two process steps I, II can be carried out in different process environments and / or in different procedures, that is, the first process step I in electroplating and the second process step II in the dip-spin process.
  • the cover layer 15 is tin-free, as a result of which the abrasion in the conveying and feeding technology for the setting tool is substantially reduced.
  • the cover layer 15 is made of an organic base material.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbhohlnietelement für eine Nietverbindung zumindest zweier Bauteile (1, 3), mit einem Nietkopf (9) und einem Hohlschaft (11), welches Halbhohlnietelement (7) beim Nietvorgang das in Nietrichtung erste Bauteil (1) durchstößt und in das zweite Bauteil (3) eintreibbar ist unter Aufrechterhaltung einer Restmaterialstärke (r) des zweiten Bauteils (3), und eine Korrosionsschutzschicht (13) aufweist zur Vermeidung von Korrosion in der Nietverbindung. Erfindungsgemäß ist die Korrosionsschutzschicht (13) unter Bildung eines Zweischichtsystems von einer Deckschicht (15) überdeckt, mit der der Reibwert des Halbhohlnietelements (7) reduziert ist.

Description

Beschreibung Halbhohlnietelement
Die Erfindung betrifft ein Halbhohlnietelement für eine Nietverbindung zumindest zweier Bauteile nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Nietverbindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
Im Automobilbau erfolgt die Herstellung einer Fahrzeug-Karosserie in einer vollautomatisierten Prozesskette, bei der grob vereinfacht zunächst zum Beispiel Aluminiumhalbzeuge (Blech- und Gusswerkstoffe sowie Profile) oder deren Kombination mit Stahlwerkstoffen in einer Mischbauweise bereitgestellt werden, anschließend mittels einer Nietverbindung zusammengefügt werden und daraufhin in zum Beispiel einem KTL-Verfahren auf deren Sichtseite lackiert werden.
Ein gattungsgemäßes Nietverfahren wird mittels eines Halbhohlnietelementes durchgeführt, das einen Nietkopf mit daran anschließendem Hohlschaft aufweist. Das Halbhohlnietelement durchstößt beim Nietvorgang das in der Nietrichtung erste Bauteil und wird in das zweite Bauteil eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restmaterialstärke zwischen dem Halbhohlnietelement und der dem Halbhohlnietelement abgewandten Bauteil-Seite.
Das Halbhohlnietelement kann bevorzugt aus einem Drahtwerkstoff, etwa einem Kaltstauchstahl, hergestellt werden. Im Anschluss erfolgt eine Oberflächenveredelung, bei der eine Korrosionsschutzschicht auf das Halbhohlnietelement aufgetragen wird. Dies erfolgt in gängiger Praxis durch ein mechanisches Trommelverfahren, wobei die Korrosionsschutzschicht ZnSnAI (Almac) mechanisches Zink oder ZnSn aufweist (zinkhaltige Korrosionsschutzschicht). Die Beschichtung erfolgt in einem sauren Bad innerhalb einer rotierenden Trommel. Das Zinn (speziell bei Almac) wirkt als vergleichsweise weiches Metall als ein Haftvermittler, der die Korrosionsschutzschicht auf der Metalloberfläche des Halbhohlnietelementes hält. Nach dem Auftragen der Korrosionsschutzschicht kann eine Warmauslagerung (Tempern) der beschichteten Nietelement durchgeführt werden, um eine Wasserstoffversprödung der beschichteten Nietelemente zu vermeiden.
Die oben spezifizierte Korrosionsschutzschicht (Almac, ZnSn und mechanisches Zn) ergibt bei Verwendung des Nietelementes in der vollautomatischen Prozesskette im Automobilbau die folgende Problematik: So bildet das Zink zusammen mit Zinn bei ca. 200°C ein Eutektikum, was zu einer Perlenbildung im Bereich des Nietkopfes führt, die auf dem fertigen, lackierten Produkt zu erkennen sind. Zudem führt die Almac®-Beschichtung aufgrund ihrer Prozeßführung (mechanisches Trommelverfahren) zu einem erhöhten Abrieb bei der Handhabung der Nietelemente. Der Abrieb hat einen negativen Einfluss auf die in der Prozesskette eingesetzte Förder- und Zuführtechnik der Setzwerkzeuge in Form von Verschmutzungen bzw. Kaltaufschweißungen, die sich über die Nietförderzyklen in der Produktion immer weiter aufbauen und zu Störungen führen.
Zur Beseitigung dieser beiden Nachteile müsste in der vollautomatisierten Prozesskette in einem zusätzlichen Bearbeitungsschritt die Perlenbildung beseitigt werden und in einem zusätzlichen Wartungsschritt die Förder- und Zuführtechnik mit hoher Regelmäßigkeit gewartet werden, was mit einem hohen prozess- und fertigungstechnischen Aufwand verbunden ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Halbhohlnietelement bereitzustellen, mit dem in prozess- und fertigungstechnisch einfacher Weise eine für die oben genannten vollautomatisierte Prozesskette geeignete Nietverbindung bereitstellbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird die Korrosionsschutzschicht des Halbhohlnietelementes unter Bildung eines Zweischichtsystems von einer Deckschicht überdeckt, mit der der Reibwert des Halbhohlnietelementes reduziert ist. Erfindungsgemäß ist die Korrosionsschutzschicht im Hinblick auf ihre Isolierfähigkeit optimiert, während die Deckschicht dahingehend optimiert ist, den Nietvorgang prozesssicher zu gestalten. Eine Weglassung der Deckschicht würde zu einem erhöhten Reibwert des Halbhohlnietelementes führen, wodurch die Gefahr besteht, dass beim Setzvorgang das Material des ersten Bauteiles in das Material des zweiten Bauteiles gezogen wird und die geschlossene Kontur des zweiten Bauteiles zerstört wird.
Das Grundmaterial des Halbhohlnietelementes ist bevorzugt ein Drahtwerkstoff, der auf eine Festigkeit von zumindest 1200 MPa vergütet ist. Die Vergütung auf eine derart hohe Bauteilfestigkeit ist im Hinblick auf einen prozesssicheren Nietvorgang von besonderer Bedeutung, damit das Halbhohlnietelement während des Nietvorgangs unter Bildung eines Hinterschnitts im matrizenseitigen Bereich gezielt umgeformt wird. Die Deckschicht kann eine Schichtdicke zwischen 2 und 6 μητι aufweisen. Zudem kann die Deckschicht bevorzugt in einem Tauch-Schleuderverfahren aufgetragen werden. Die Korrosionsschicht kann zum Beispiel Zink oder Aluminium aufweisen. Bevorzugt besteht die Korrosionsschutzschicht aus einer Zink-Nickel- Verbindung, wobei deren Schichtdicke zwischen 5 bis 12 μιτι liegt.
Es ist bevorzugt, wenn sowohl die Deckschicht als auch die Korrosionsschicht frei von niedrig schmelzenden Werkstoffen ist, das heißt insbesondere zinnfrei ist. In diesem Fall kann die in der Förder- und Zuführtechnik der Setzwerkzeuge entstehende Kaltaufschweißung - im Vergleich zum Stand der Technik - weitgehend minimiert werden, wodurch zusätzliche Wartungsschritte in der vollautomatisierten Prozesskette (vom Karosseriebau bis zur Fertigmontage) nicht erforderlich sind.
Zudem bildet sich bei einer in der Korrosionsschutzschicht verwendeten Kombination aus Zink und Nickel zumindest im für die Prozesskette relevanten Temperaturbereich kein Eutektikum bei einer Wärmebehandlung, was zu der im Stand der Technik bekannten Perlenbildung am Nietkopf führt. In einem Verfahren zur Herstellung kann auf das Halbhohlnietelement vor dem Nietvorgang in einem ersten Prozessschritt die Korrosionsschutzschicht aufgetragen werden. In einem nachfolgenden zweiten Prozessschritt kann anschließend die Deckschicht aufgetragen werden, mit der unter Reduzierung des Reibwerts ein prozesssicheres Setzverhalten beim Nietvorgang gewährleistet ist.
Von besonderer Bedeutung ist es, wenn die Korrosionsschutzschicht sowohl an der Außenkontur als auch in der Hohlraumkontur des Halbhohlniet- elementes durchgängig mit konstanter Schichtdicke aufgetragen ist, um eine ausreichende Isolationsfähigkeit bereitzustellen. Vor diesem Hintergrund ist speziell das Auftragen in einem mechanischen Trommelvorgang nachteilig, da in diesem Fall speziell an der Innenkontur keine durchgängige Beschichtung erzielbar ist.
In Abkehr dazu ist es von Vorteil, wenn die Korrosionsschutzschicht in einem Tauch-Schleuderverfahren aufgebracht wird, bei dem die Ausgangskomponente flüssig aufgetragen wird und deren tropfenförmiges Material in einem Schleudervorgang wieder entfernt wird. Auf diese Weise werden mehrere Schichten übereinander gestapelt aufgebracht, wodurch partiell unbeschichtete Stellen mit freigelegter metallischer Oberfläche am Nietelement vermieden werden können.
Im Tauch-Schleuderverfahren wird die Korrosionsschutzschicht in reiner Oberflächenhaftung auf der metallischen Oberfläche des Nietelementes gehalten. Zudem ist die Korrosionsschutzschicht zwar durchgängig vorhanden, kann jedoch speziell an der Innenkontur des Nietelementes inhomogen verteilt sein. Im Hinblick auf eine weitere Homogenisierung der Korrosionsschutzschicht sowie auf eine verbesserte Schichthaftung ist es von Vorteil, die Korrosionsschutzschicht mittels Galvanotechnik auf das Nietelement aufzutragen. Speziell ein galvanischer Prozess kann mit einem hohen Wasserstoffeintrag in den metallischen Grundstoff des Nietelementes verbunden sein, der im galvanischen Prozess als Nebenprodukt abgeschieden wird. Um eine Wasserstoffversprödung des Nietelementes bzw. der Nietverbindung zu vermeiden, erfolgt speziell hier eine nachgeschaltete Warmauslagerung (Tempern) des mit der Korrosionsschutzschicht beschichteten Nietelements. Im nachfolgenden zweiten Prozessschritt kann die Deckschicht bevorzugt in einem Tauch-Schleuderverfahren aufgetragen werden und anschließend zielgerichtet eingebrannt oder getrocknet werden. Auf diese Weise ergibt sich zwischen der Deckschicht und der Korrosionsschutzschicht eine ausreichend stabile Schichthaftung während des Nietvorgangs.
In Abgrenzung zum Stand der Technik besteht ein wesentlicher Aspekt der Erfindung darin, dass die ersten und zweiten Prozessschritte separat voneinander erfolgen können, das heißt örtlich, zeitlich und/oder funktionell voneinander getrennt. Die beiden Prozessschritte können in unterschiedlichen Prozessumgebungen und/oder in unterschiedlichen Verfahrensweisen stattfinden. Zum Beispiel kann im ersten Prozessschritt die Korrosionsschicht in Galvanotechnik auf die metallische Oberfläche des Niethohlelements aufgebracht werden und im zweiten Prozessschritt die Deckschicht im Tauch- Schleuder-Verfahren aufgebracht werden. Zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessschritt kann die bereits oben erwähnte Warmauslagerung erfolgen.
Im weiteren Verlauf der vollautomatisierten Prozesskette wird nach erfolgtem Nietvorgang die Bauteilverbindung zu einer Lackierstation geführt, in der die Sichtseite der Nietverbindung insbesondere in einem KTL-Verfahren beschichtet wird. Speziell bei Verwendung eines KTL-Lackes ist es von Vorteil, wenn die Deckschicht aus einem organischen Material hergestellt wird. Andernfalls kann die Deckschicht auch aus einem anorganischen Material hergestellt sein.
Das Hohlnietelement kann vor dem Auftragen des Zweischichtsystems auf einen vorgegebenen Härtezustand vergütet werden, und zwar bei einer Anlasstemperatur, die zum Beispiel bei etwa 250°C liegen kann. Dadurch ergibt sich ein hochfestes Nietelement, dessen Festigkeit bei zumindest 1200 MPa liegen kann. Die Anlasstemperatur (und auch weitere Werkstoffeigenschaften, etwa der Kohlenstoffgehalt) beim Vergüten muss dabei deutlich größer ausgelegt sein als die Temper-Temperatur bei der Warmauslagerung, die dem ersten Prozessschritt folgt. Ansonsten besteht die Gefahr, dass sich bei der Warmauslagerung die Gefügestruktur des hochfesten Hohlnietelements ändert.
Bei der Erfindung ist das Setzverhalten beim Setzvorgang aufgrund des reduzierten Reibwertes wesentlich verbessert, so dass das Halbhohl- nietelement mit reduzierten mechanischen Belastungen konfrontiert wird.
Im Hinblick auf die oben genannten Weiterbildungen der Erfindung ist die folgende Kombination aus Material sowie Verfahrensschritten im Hinblick auf Prozesssicherheit und Abriebsfestigkeit hervorzuheben: So ist die Korrosionsschutzschicht aus Zink und Nickel aufgebaut sowie in Galvanotechnik auf die metallische Oberfläche des Nietelementes aufgebracht. Die Deckschicht ist anschließend in einem Tauch-Schleuderverfahren aufgetragen sowie getrocknet/gezielt eingebrannt. Zudem ist die Deckschicht im Hinblick auf das folgende KTL-Verfahreri aus organischem Material hergestellt.
Dem oben erwähnten Einbrennen kann eine Vortrocknungsstufe vorgelagert sein, bei dem zum Beispiel bei einer Temperatur zwischen 80 und 100°C die noch flüssige Ausgangskomponente der Deckschicht vorgetrocknet wird, und zwar bei gleichzeitig kinematischer Belastung der Hohlnietelemente. Auf diese Weise wird eine nachteilige Haftverbindung zwischen den Hohlnietelementen gelöst. Anschließend erfolgt der eigentliche Einbrennvorgang (zum Beispiel bei einer Temperatur von 200°C). Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen angegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 jeweils eine fertiggestellte Bauteilverbindung;
Fig.3 ein Blockschaltbild, mit dem eine vollautomatisierte Prozesskette bis zur Fertigstellung der in der Fig. 1 oder 2 gezeigten Bauteilverbindung veranschaulicht ist;
Fig. 4 in einer Seitenschnittdarstellung das beschichtete Hohlnietelement; und Fig. 5 jeweils Ansichten, die eine Prozessfolge zur Herstellung eines Halbhohlnietelementes sowie einer Nietverbindung veranschaulichen.
In der Fig. 1 ist eine Bauteilverbindung gezeigt, bei der ein erstes Bauteil 1 mit einem zweiten Bauteil 3 verbunden ist. Die Bauteile 1 , 3 können Aluminiumhalbzeuge, zum Beispiel Blech- und Gusswerkstoffe, sowie Profile, und/oder Stahlwerkstoffe sein, die in Mischbauweise zusammengefügt sind. Beispielhaft können die beiden Bauteile 1 , 3 Bestandteile einer Fahrzeug- Karosserie sein, deren Sichtseite mit einer Lackschicht 5 überdeckt ist. Die beiden Bauteile 1 , 3 liegen mit ihren Randflanschen übereinander und sind mit Hilfe eines Halbhohlnietelementes 7 in Nietverbindung. Das Halbhohl- nietelement 7 weist einen Nietkopf 9 sowie einen Hohlschaft 11 auf. Der Nietkopf 9 ist im Wesentlichen flächenbündig zur Sichtseite des Bauteils 1 vorgesehen. Beim Nietvorgang durchstößt das Halbhohlnietelement 7 das Material des ersten Bauteils 1 und wird bis in das zweite Bauteil 3 eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restmaterialstärke r des zweiten Bauteils 3. Auf diese Weise verbleibt die Nietverbindung auf der, der Sichtseite gegenüberliegenden Seite geschlossen. Beim Nietvorgang wird das, dem Nietkopf 9 abgewandte Ende des Hohlschafts 1 des Nietelements 7 gezielt ausgeweitet, wodurch sich ein Hinterschnitt bildet. Die in der Fig. 2 gezeigte Nietverbindung ist im wesentlichen identisch mit der Fig. 1 , mit der Ausnahme, dass zwischen dem ersten und zweite Bauteil 1 , 3 ein weiteres Bauteil 2 zwischengeordnet ist.
Die Figuren sind im Hinblick auf einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Aufbau der Fahrzeugkarosserie wiedergeben.
In der Fig. 3 ist in einem Blockschaltbild die vollautomatisierte Prozesskette zur Herstellung der in der Fig. 1 gezeigten Bauteilverbindung angedeutet. Demzufolge werden die beiden Bauteile 1 , 3 zunächst zum Beispiel als Aluminiumhalbzeuge bereitgestellt. Die beiden Bauteile 1 , 3 werden anschließend in einem Nietvorgang unter Verwendung des in der Fig. 1 gezeigten Halbhohlnietelementes 7 miteinander verbunden. Gleichzeitig wird das in der Fig. 1 gezeigte Halbhohlnietelement 7 bereitgestellt und mittels einer Förder- und Zuführtechnik zu einem Setzwerkzeug geführt, in dem der Nietvorgang stattfindet. Nach erfolgtem Nietvorgang wird die Bauteilverbindung zu einer Lackierstation geführt, in dem in einem KTL-Verfahren die Sichtseite der Bauteilverbindung mit der Lackschicht 5 überdeckt wird. In der Fig. 4 ist in Schnittdarstellung das Halbhohlnietelement 7 gezeigt, das speziell bei einer solchen vollautomatisierten Prozesskette einsetzbar ist. Demzufolge weist das Halbhohlnietelement 7 als metallisches Grundmaterial einen Kaltstauchstahl auf. Der Kaltstauchstahl ist auf eine Festigkeit von zumindest 1200 MPa vergütet, damit das Nietelement 7 während des Setzvorganges unter Hinterschnittbildung gezielt ausgeweitet werden kann. Auf der metallischen Oberfläche des Nietelementes ist eine Korrosionsschutzschicht 13 aufgetragen, und zwar mit einer sowohl an der Innenkontur als auch der Außenkontur des Nietelementes 7 konstanten Schichtdicke s^ Diese liegt in einem Bereich zwischen 5 und 12 [im. Auf der Korrosionsschutzschicht 13 ist unter Bildung eines Zweischichtaufbaus eine organische Deckschicht 15 aufgetragen, mit der der Reibwert des Nietelementes 7 reduziert ist. Auf diese Weise wird beim Nietvorgang das Setzverhalten wesentlich verbessert, wodurch das ausgestanzte Material 17 des Bauteiles 1 beim Nietvorgang soweit eingeformt wird, dass die geschlossene Kontur des Bauteiles 3 nicht zerstört wird.
In der Fig. 5 ist in einer Prozessfolge die Herstellung der Halbhohlniet 7 angedeutet. Demzufolge wird zunächst das Halbhohlnietelement 7 mit freigelegter metallischer Oberfläche bereitgestellt. Das Halbhohlnietelement 7 wird mit einer vorgegebenen Anlasstemperatur auf eine Festigkeit von zum Beispiel 1200 MPa vorvergütet. Anschließend wird in einem ersten Prozessschritt I in Galvanotechnik die Korrosionsschutzschicht 13 aufgetragen. In dem galvanischen Prozess wird als Korrosionsschutzschicht eine Zink- Nickel-Verbindung aufgetragen. Im ersten Prozessschritt I kann ein hoher Wasserstoffeintrag in das metallische Material des Halbhohlnietelementes 7 erfolgen, was zu einer Wasserstoffversprödung führen kann.
Um eine solche Wasserstoffversprödung zu vermeiden, wird das galvanisch beschichtete Nietelement 7 in einem Zwischenschritt warmausgelagert (getempert), wodurch der Wasserstoff aus dem metallischen Gefüge des Nietelementes 7 entweicht. Anschließend erfolgt in einem zweiten Prozessschritt II das Auftragen der Deckschicht 15 im Tauch- Schleuderverfahren, und zwar mit einer Schichtdicke s2 in einem Bereich 2 bis 6 μιτι. Im Anschluss daran wird die Deckschicht 15 gezielt eingebrannt bzw. bei geringeren Temperaturen lediglich getrocknet.
Die beiden Prozessschritte I und II werden erfindungsgemäß separat voneinander durchgeführt, das heißt örtlich, zeitlich sowie funktionell voneinander getrennt. Auf diese Weise können die beiden Prozessschritte I, II in unterschiedlichen Prozessumgebungen und/oder in unterschiedlichen Verfahrensweisen erfolgen, das heißt der erste Prozessschritt I in der Galvanotechnik und der zweite Prozessschritt II im Tauch-Schleuder- Verfahren.
Die Deckschicht 15 ist im Gegensatz zur Korrosionsschutzschicht 13 zinnfrei, wodurch der Abrieb in der Förder- und Zuführtechnik zum Setzwerkzeug wesentlich reduziert ist. Zudem ist aufgrund der verwendeten Nickel-Zink- Verbindung in der Korrosionsschutzschicht 13 eine Perlenbildung auf der flachen Nietkopf-Oberseite 19 des Nietelementes 7 verhindert. Um eine prozesssichere Lackanhaftung der Lackschicht 5 zu erzielen, ist die Deckschicht 15 aus einem organischen Grundmaterial hergestellt.
Durch die Reduzierung der prozessbedingten Verschmutzung im Zuführprozess wird die Anlagenverfügbarkeit erhöht. Zudem können charakteristische Qualitätsmerkmale (zum Beispiel Hinterschnitt, Restbodendicke, Staubverhalten) der Nietverbindung über die dünnere Deckschicht 15 gezielt eingestellt werden.

Claims

Ansprüche
1. Halbhohlnietelement für eine Nietverbindung zumindest zweier Bauteile (1 , 3), mit einem Nietkopf (9) und einem Hohlschaft (11 ), welches Halbhohlnietelement (7) beim Nietvorgang das in Nietrichtung erste Bauteil (1) durchstößt und in das zweite Bauteil (3) eintreibbar ist unter Aufrechterhaltung einer Restmaterialstärke (r) des zweiten Bauteils (3), und eine Korrosionsschutzschicht (13) aufweist zur Vermeidung von Korrosion in der Nietverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht (13) unter Bildung eines Zweischichtsystems von einer Deckschicht (15) überdeckt ist, mit der gezielte Setzeigenschaften, wie Reibung und Materialfluß, einstellbar sind.
2. Halbhohlnietelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (15) eine Schichtdicke (s2) zwischen 2 und 6 μπι aufweist, und dass insbesondere die Deckschicht (15) im Tauch- Schleuderverfahren aufgetragen ist.
3. Halbhohlnietelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial des Halbhohlnietelements (7) ein Drahtwerkstoff, insbesondere ein Kaltstauchstahl, ist, und dass insbesondere das Halbhohlnietelement (7) auf eine Festigkeit von zumindest 1200 MPa vergütet ist.
4. Halbhohlnietelement nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht (13) Zink aufweist, und dass insbesondere die Korrosionsschutzschicht (13) aus einer Zink- Nickel-Verbindung aufgebaut ist, und/oder dass die Schichtdicke (s der Korrosionsschutzschicht (13) zwischen 5 bis 12 μηπ liegt, und/oder dass die Korrosionsschicht (13) aus Aluminium besteht.
5. Halbhohlnietelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (15) zinnfrei ist und/oder dass die Deckschicht (15) organisch oder anorganisch ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen zumindest zwei Bauteilen (1 , 3), bei dem ein Halbhohlnietelement (7) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche das in der Nietrichtung erste Bauteil (1) durchstößt und in das zweite Bauteil (3) unter Aufrechterhaltung einer Restmaterialstärke (r) teilweise eingetrieben wird, auf welchem Halbhohlnietelement (7) vor dem Nietvorgang in einem ersten Prozessschritt (I) eine Korrosionsschutzschicht (13) aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nachfolgenden zweiten Prozessschritt (II) eine Deckschicht (15) aufgetragen wird, mit der unter Reduzierung des Reibwerts des Halbniethohlelements (7) ein prozesssicheres Setzverhalten beim Nietvorgang gewährleistet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Prozessschritte (I, II) separat voneinander erfolgen, das heißt örtlich, zeitlich und/oder funktionell voneinander getrennt, und/oder dass die beiden Prozessschritte (I, II) . gegebenenfalls in unterschiedlichen Prozessumgebungen und/oder in unterschiedlichen Verfahrensweisen stattfinden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht (13) in einem galvanischen Prozess auf das Halbhohlnietelement (7) aufgebracht wird oder in einem Tauch- Schleuderverfahren aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Prozessschritt (II) zur Vermeidung einer Wasserstoffversprödung eine Warmauslagerung erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (15) im zweiten Prozessschritt (II) im Tauch-Schleuderverfahren aufgetragen wird und anschließend eingebrannt oder getrocknet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Sichtseite der Nietverbindung eine Lackschicht (5) aufgetragen wird, insbesondere in einem KTL- Verfahren.
12. Bauteilverbindung mit zumindest einem ersten und einem zweiten Bauteil (1 , 3), die in einem Nietvorgang mittels eines Halbhohl- nietelements (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zusammengefügt ist.
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