WO2022207165A1 - Stanznietverbindung - Google Patents

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WO2022207165A1
WO2022207165A1 PCT/EP2022/052819 EP2022052819W WO2022207165A1 WO 2022207165 A1 WO2022207165 A1 WO 2022207165A1 EP 2022052819 W EP2022052819 W EP 2022052819W WO 2022207165 A1 WO2022207165 A1 WO 2022207165A1
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WO
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rivet
setting
joining partner
diameter
hole
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Application number
PCT/EP2022/052819
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan-Oliver Brassel
Jörg Spindler
Jochen Rintelmann
Original Assignee
Audi Ag
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • 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 punch rivet connection according to the preamble of claim 1, a semi-tubular punch rivet for such a punch rivet connection according to claim 9 and a method according to claim 10.
  • a stamped rivet connection of the generic type has at least two joining partners, which are connected to one another in a setting process.
  • a semi-tubular punch rivet is driven in a setting direction with its rivet foot through the joining partner on the setting side into the joining partner on the die side. This is done while maintaining a residual base thickness in the die-side joining partner and with the rivet foot expanding. This results in an undercut between a rivet foot cutting edge and the rivet head of the semi-hollow punch rivet, between which the joining partners are clamped.
  • Such a punch rivet connection is used in particular for mixed construction connections (e.g. mixed aluminium-steel construction).
  • An aluminum die-cast part is problematic as a joining partner in such a punch rivet connection insofar as it is susceptible to shear stresses aligned transversely to the setting direction, which are generated during the setting process when the semi-hollow punch rivet is driven into the joining partner. Such shear stresses can result in stress cracks in the aluminum die-cast part, which can lead to premature component failure.
  • DE 102011 054358 A1 discloses a forming process and a device for carrying out the process.
  • a punch rivet and a punch riveting method are known from DE 102013020 504 A1.
  • From the DE 10 2019 102 383 A1 discloses a semi-hollow punch rivet for a punch rivet connection.
  • DE 102015 014 941 A1 discloses a method for producing a connection between a functional element and a plate-shaped component.
  • a rivet that can be used as a decorative rivet and/or connecting rivet is known from DE 203 03 961 U1.
  • the object of the invention is to provide a punch rivet connection whose functionality is increased in a simple manner compared to the prior art and can also be used in particular with aluminum die-cast parts as a joining partner.
  • the invention relates to a punch rivet connection with at least two joining partners, which can be connected to one another in a setting process.
  • a semi-tubular punch rivet is driven in one setting direction with its rivet foot through the joining partner on the setting side into the joining partner on the die side. This is done while maintaining a residual base thickness in the die-side joining partner and with the rivet foot being spread open.
  • the joining part on the setting side has a pilot hole in the still undeformed state.
  • the semi-tubular punch rivet is guided through the pre-hole essentially without stress and is driven into the die-side joining partner, which is pre-hole-free in the non-deformed state.
  • the joining partner on the setting side viewed in the setting direction, is clamped under compressive stress between the rivet head of the semi-hollow punched rivet and the rivet foot cutting edge.
  • a build-up of shear stress transverse to the setting direction can preferably be reduced or completely eliminated in comparison to the prior art.
  • the field of application of the punch rivet connection is also extended to joining partners that are susceptible to shear stresses aligned transversely to the setting direction, such as an aluminum die-cast part.
  • a hole clearance can be formed between a pre-hole inner wall delimiting the course of the pre-hole and the rivet foot, by means of which component stresses between the joining partners can be compensated.
  • the joining partners have different coefficients of thermal expansion, the different thermal expansions of the joining partners when exposed to heat can be compensated for by using up the clearance without shear stress building up in the joining partner on the setting side.
  • the hole path of the pilot hole formed in the joining partner on the setting side can, viewed in the setting direction, taper conically, specifically between a small-diameter hole section and a large-diameter hole section of the pilot hole.
  • the small-diameter hole section is larger by the hole clearance than the diameter of the rivet foot of the semi-tubular punch rivet in order to ensure that the joining partner on the setting side is largely free of shear stress.
  • the small-diameter hole section of the preliminary hole can be formed on the contact side of the joining partner on the setting side with the joining partner on the die side.
  • the pilot hole widens conically in the opposite direction to the setting.
  • the conical surface of the pre-hole can form a run-up slope in the setting stroke, along which the semi-tubular punch rivet is guided load-free in the direction of the die-side joining partner.
  • the large-diameter hole section of the conically tapering hole passage of the pilot hole is preferably dimensioned smaller than the head diameter of the rivet head. This ensures that the underside of the rivet head acts as a height stop during the setting process, which interacts with the facing surface of the joining partner on the setting side. In addition, it is ensured that the rivet head with the larger diameter completely covers the pilot hole formed in the joining partner on the setting side.
  • the rivet foot can have a cylindrical rivet foot wall, which limits a bolt recess radially on the inside rivet foot blade is open.
  • the bolt indentation is filled with material to be joined, causing the rivet foot blade to expand radially outwards at right angles to the setting direction.
  • the bolt indentation may extend along the bolt axis for a height between the foot of the rivet and the crest.
  • the height of the bolt indentation is designed with regard to a perfect spreading behavior of the semi-tubular punch rivet.
  • the apex of the bolt recess can preferably act as a stop against which a slug of material from a joining partner presses during the setting process, specifically with the build-up of a spreading force that supports the spreading of the rivet foot.
  • a thickened area of material can be formed between the apex of the bolt recess and the underside of a rivet head.
  • the material thickening extends over an axial length between the apex point and the underside of the rivet head.
  • the expansion behavior of the rivet foot can be adjusted during the setting process.
  • a spreading movement of the rivet foot in the pilot hole of the joining partner on the setting side can be reduced or prevented, as a result of which a build-up of shear stress transverse to the setting direction in the joining partner on the setting side can be avoided.
  • the axial length of the material thickening can correspond to the material thickness of the joining partner on the setting side.
  • the material thickening can be implemented as a solid material section over its entire axial length.
  • the material thickening can have an internal hollow profile, which is realized with a smaller diameter compared to the bolt recess.
  • the large-diameter pin depression merges along the pin axis at a ring shoulder into the small-diameter inner hollow profile.
  • the inner hollow profile can be offset by a material offset from the underside of the rivet head, viewed in the axial direction. Due to the material offset, the rivet head is designed to be sufficiently rigid in order to ensure a perfect transfer of force to the rivet foot during the setting process.
  • the joining partner on the setting side can be an aluminum die-cast part in which the pre-hole is not formed by mechanical machining, but rather by primary shaping, ie during the injection molding process.
  • the inner wall of the pilot hole can taper to form a demolding slope, so that after the injection molding process, proper demolding is guaranteed.
  • Fig. 1 is a micrograph of a punch rivet connection according to a first
  • FIG. 1 shows a punch rivet connection with a joining partner 1 on the setting side, a joining partner 3 on the die side and an intermediate joining partner 5 .
  • the punch rivet connection is produced in a setting process indicated in FIG. 4 with the aid of a semi-hollow punch rivet 7, which has a rivet head 9 of large diameter, which is implemented as a flat head.
  • the rivet head 9 merges at its rivet head underside 11 into a small-diameter rivet foot 13 which terminates at a circumferential rivet foot cutting edge 15 .
  • the semi-hollow punch rivet 7 is implemented in the non-deformed state as a component that is rotationally symmetrical about a bolt axis B.
  • the semi-hollow punch rivet 7 is driven through the joining partner 1 on the setting side and through the middle joining partner 5 into the joining partner 3 on the die side, while maintaining a residual bottom thickness in the joining partner 3 on the die side.
  • the rivet foot 13 is spread open, resulting in an undercut between the rivet foot cutting edge 15 and the underside 11 of the rivet head.
  • the three joining partners 1, 3, 5 are therefore clamped together under compressive stress acting in the setting direction.
  • a mixed construction connection is realized by way of example, in which the joining partner 1 on the setting side is an aluminum die-cast part, while the joining partner 3 on the matrix side can be a steel sheet and the intermediate joining partner 5 can be an aluminum sheet.
  • the essence of the invention is that by providing a preliminary hole 17, a build-up of shear stress transverse to the setting direction in the joining partner 1 on the setting side is reduced or completely eliminated. In this way, early component failure can be prevented in the assembly-side joint partner 1, which is manufactured as an aluminum die-cast part.
  • the semi-tubular punch rivet 7 is guided load-free through the pilot hole 17 of the joining partner 1 on the setting side and is then driven into the intermediate joining partner 5 and the joining partner 3 on the die side, both of which are provided without a pilot hole.
  • FIG. 2 shows a point in time after the injection molding process has taken place. Accordingly, the mold cavity of the injection mold 18 is still closed. According to FIGS. 2 and 3, the preliminary hole 17 is formed by means of a shaped projection 20 formed on the upper half of the injection mold.
  • the form-protrusion 20 is in the Fi gures 2 and 3 running with a conical draft angle to ensure flawless demolding during the injection molding process. Accordingly, the pilot hole formed 17 of the setting-side joining partner 1 widens upwards.
  • a three-layer structure consisting of the three parts to be joined 1 , 3 , 5 is clamped between a hold-down device 19 and a die 21 .
  • a setting stamp 21 is guided in a stroke-adjustable manner.
  • the setting stamp 21 applies a setting force Fs to the rivet head 9, as a result of which the semi-tubular punch rivet 7 pierces the intermediate joining partner 5 and is driven into the joining partner 3 on the die side with its rivet foot cutting edge 15 .
  • the joining partner 1 on the setting side remains stress-free during the setting process and is only subjected to compressive stress after the setting process has taken place, which acts in the setting direction.
  • the small-diameter hole section 25 (FIG. 1) of the preliminary hole 17 is positioned on the contact side of the joining partner 1 on the setting side with the joining partner 3 on the die side.
  • the small-diameter hole section 25 of the preliminary hole 17 has a diameter d2 (FIG. 1) which is larger by a hole clearance 29 than the rivet foot diameter dN (FIG. 1).
  • the rivet foot 13 of the semi-hollow punch rivet 7 has a cylindrical rivet foot wall 33 (FIG. 5) which delimits a bolt recess 35 radially on the inside.
  • the bolt indentation 35 is open at the rivet foot cutting edge 15 and extends along the bolt axis B over a height h between the rivet foot cutting edge 15 and an inner apex 37.
  • the semi-tubular punch rivet 7 can be adapted according to FIGS. 5 to 8:
  • the semi-tubular punch rivet 7 in FIG - Page 11 a thickening of the material 39, which extends over an axial length m stretches
  • a spreading movement of the rivet foot 13 in the preliminary hole 17 of the joining partner 1 on the setting side is reduced in the setting process in order to avoid or weaken the build-up of shear stress.
  • the material thickening 39 is implemented as a solid material section over its entire axial length m.
  • the material thickening 39 is not realized as a solid material, but rather the material thickening 39 has an inner hollow profile 41, which has a smaller diameter than the bolt recess 35.
  • the hollow hollow rivet 7 therefore has an inner bore, consisting of the large-diameter bolt depression 35, which merges into the small-diameter inner hollow profile 41 at an annular shoulder 43.
  • the inner hollow profile 41 is offset by a material offset 45 from the underside 11 of the rivet head, viewed in the axial direction.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stanznietverbindung mit zumindest zwei Fügepartnern (1, 3), die in einem Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem ein Halbhohlstanzniet (7) in einer Setzrichtung mit seinem Nietfuß (13) durch den setzseitigen Fügepartner (1) bis in den matrizenseitigen Fügepartner (3) eintreibbar ist, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im matrizenseitigen Fügepartner (3) sowie unter Aufspreizung des Nietfußes (13), so dass die Fügepartner (1), in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf (9) und einer Nietfußschneide (15) der Halbhohlstanzniet (7) geklemmt sind. Erfindungsgemäß weist der setzseitige Fügepartner (1) ein Vorloch (17) auf, durch das der Halbhohlstanzniet (7) in den matrizenseitigen Fügepartner (3) eintreibbar ist, so dass im setzseitigen Fügepartner (1) ein Schubspannungsaufbau quer zur Setzrichtung reduziert ist oder wegfällt.

Description

Stanznietverbindung
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft eine Stanznietverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , ein Halbhohlstanzniet für eine solche Stanznietverbindung nach Anspruch 9 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10.
Eine gattungsgemäße Stanznietverbindung weist zumindest zwei Fügepart- ner auf, die in einem Setzprozess miteinander verbunden werden. In dem Setzprozess wird ein Halbhohlstanzniet in einer Setzrichtung mit seinem Nietfuß durch den setzseitigen Fügepartner bis in den matrizenseitigen Fü gepartner eingetrieben. Dies erfolgt unter Aufrechterhaltung einer Restbo dendicke im matrizenseitigen Fügepartner sowie unter Aufspreizung des Nietfußes. Dadurch ergibt sich eine Hinterschneidung zwischen einer Niet fußschneide und dem Nietkopf des Halbhohlstanzniets, zwischen denen die Fügepartner geklemmt sind. Eine solche Stanznietverbindung wird insbeson dere bei Mischbauverbindungen eingesetzt (etwa Alu-Stahl-Mischbau). Ein Aluminium-Druckgussteil ist in einer solchen Stanznietverbindung als Fü gepartner insoweit problematisch, als es anfällig gegen quer zur Setzrichtung ausgerichtete Schubspannungen ist, die im Setzprozess beim Eintreiben des Halbhohlstanzniets in die Fügepartner erzeugt werden. Derartige Schubspannungen können Spannungsrisse im Aluminium-Druckgussteil er- geben, die zu einem vorzeitigen Bauteilversagen führen können.
Aus der DE 102011 054358 A1 ist ein Umformverfahren sowie eine Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Aus der DE 102013020 504 A1 ist ein Stanzniet sowie ein Stanznietverfahren bekannt. Aus der DE 10 2019 102 383 A1 ist ein Halbhohlstanzniet für eine Stanznietverbindung bekannt. Aus der DE 102015 014 941 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem plattenförmi gen Bauteil bekannt. Aus der DE 203 03 961 U1 ist ein als Zier- und/oder Verbindungsniet einsetzbarer Niet bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Stanznietverbindung bereitzu stellen, deren Funktionalität im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise gesteigert ist und insbesondere auch bei Aluminium-Druckgussteilen als Fügepartner anwendbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 , 9 oder 10 gelöst. Be vorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offen bart.
Die Erfindung betrifft eine Stanznietverbindung mit zumindest zwei Fügepart nern, die in einem Setzprozess miteinander verbindbar sind. Im Setzprozess wird ein Halbhohlstanzniet in einer Setzrichtung mit seinem Nietfuß durch den setzseitigen Fügepartner bis in den matrizenseitigen Fügepartner einge trieben. Dies erfolgt unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im matri zenseitigen Fügepartner sowie unter Aufspreizung des Nietfußes. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist der setzseitige Fügepart ner im noch unverformten Zustand ein Vorloch auf. Durch das Vorloch wird der Halbhohlstanzniet im Wesentlichen belastungsfrei geführt und in den matrizenseitigen Fügepartner eingetrieben, der im unverformten Zustand vor lochfrei ist. Auf diese Weise wird der setzseitige Fügepartner, in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen dem Nietkopf des Halbhohlstanz niets und der Nietfußschneide geklemmt. Durch Bereitstellung des Vorloches kann bevorzugt ein Schubspannungsaufbau quer zur Setzrichtung im Ver gleich zum Stand der Technik reduziert werden oder komplett wegfallen. Auf diese Weise wird der Einsatzbereich der Stanznietverbindung auch auf Fü gepartner ausgeweitet, die anfällig gegen, quer zur Setzrichtung ausgerich tete Schubspannungen sind, etwa einem Aluminium-Druckgussteil. In einer technischen Umsetzung kann zwischen einer, den Lochgang des Vorloches begrenzenden Vorloch-Innenwandung und dem Nietfuß ein Loch spiel ausgebildet sein, mittels dem Bauteilspannungen zwischen den Füge partnern ausgleichbar sind. Für den Fall, dass die Fügepartner unterschiedli che Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, können die bei Wärmeein wirkung unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Fügepartner durch Auf brauch des Lochspiels ausgeglichen werden, ohne dass sich eine Schubspannung im setzseitigen Fügepartner aufbaut.
Der Lochgang des im setzseitigen Fügepartner ausgebildeten Vorloches kann, in Setzrichtung betrachtet, konisch zulaufen, und zwar zwischen einem durchmesserkleinen Lochabschnitt und einem durchmessergroßen Lochab schnitt des Vorloches. In diesem Fall ist der durchmesserkleine Lochab schnitt um das Lochspiel größer bemessen als der Durchmesser des Nietfu ßes des Halbhohlstanzniets, um eine weitgehende Schubspannungsfreiheit im setzseitigen Fügepartner zu gewährleisten. In fertigungstechnisch bevor zugter Weise kann der durchmesserkleine Lochabschnitt des Vorloches an der Kontaktseite des setzseitigen Fügepartners mit dem matrizenseitigen Fü gepartner ausgebildet sein. In diesem Fall weitet sich das Vorloch entgegen der Setzrichtung konisch auf. Die Konusfläche des Vorloches kann im Setz hub eine Anlaufschräge bilden, entlang der der Halbhohlstanzniet belas tungsfrei in Richtung auf den matrizenseitigen Fügepartner geführt wird.
Der durchmessergroße Lochabschnitt des konisch zulaufenden Lochgangs des Vorloches ist bevorzugt kleiner bemessen als der Kopf-Durchmesser des Nietkopfes. Dadurch ist gewährleistet, dass die Nietkopf-Unterseite im Setz prozess als ein Höhenanschlag wirkt, der mit der zugewandten Oberfläche des setzseitigen Fügepartners zusammenwirkt. Zudem ist gewährleistet, dass der durchmessergrößere Niet-Kopf das im setzseitigen Fügepartner ausgebildete Vorloch komplett überdeckt.
In einer technischen Realisierung kann der Nietfuß eine zylindrische Nietfuß wand aufweisen, die radial innen eine Bolzen-Vertiefung begrenzt, die an der Nietfußschneide offen ist. Die Bolzen-Vertiefung wird im Setzprozess mit Fü- gepartner-Material gefüllt, wodurch sich die Nietfußschneide quer zur Setz richtung radial nach außen aufspreizt. Die Bolzen-Vertiefung kann sich ent lang der Bolzenachse über eine Höhe zwischen der Nietfußschneide und der Scheitelstelle erstrecken. Die Höhe der Bolzen-Vertiefung ist im Hinblick auf ein einwandfreies Aufspreizverhalten des Halbhohlstanzniets ausgelegt. Be vorzugt kann die Scheitelstelle der Bolzen-Vertiefung als ein Anschlag wir ken, gegen den im Setzprozess ein Materialbutzen eines Fügepartners drückt, und zwar unter Aufbau einer Aufspreizkraft, die das Aufspreizen des Nietfußes unterstützt.
In der Axialrichtung betrachtet kann zwischen der Scheitelstelle der Bolzen- Vertiefung und einer Nietkopf-Unterseite eine Materialaufdickung ausgebildet sein. Die Materialaufdickung erstreckt sich über eine Axiallänge zwischen der Scheitelstelle und der Nietkopf-Unterseite. Je nach Axiallänge der Material aufdickung kann im Setzprozess das Spreizverhalten des Nietfußes einge stellt werden. Insbesondere kann mit Hilfe der Materialaufdickung eine Spreizbewegung des Nietfußes im Vorloch des setzseitigen Fügepartners re duziert oder verhindert werden, wodurch ein Schubspannungsaufbau quer zur Setzrichtung im setzseitigen Fügepartner vermeidbar ist. In einer bevor zugten Ausführungsvariante kann die Axiallänge der Materialaufdickung der Materialdicke des setzseitigen Fügepartners entsprechen.
In einer ersten Ausführungsvariante kann die Materialaufdickung über ihre gesamte Axiallänge als ein Vollmaterial-Abschnitt realisiert sein. Alternativ dazu kann die Materialaufdickung ein Innen-Hohlprofil aufweisen, das im Vergleich zur Bolzen-Vertiefung durchmesserkleiner realisiert ist. In diesem Fall geht die durchmessergroße Bolzen-Vertiefung entlang der Bolzenachse an einer Ringschulter in das durchmesserkleine Innen-Hohlprofil über. Das Innen-Hohlprofil kann im unverformten Zustand in Axialrichtung betrachtet um einen Materialversatz von der Nietkopf-Unterseite versetzt sein. Mittels des Materialversatzes ist der Nietkopf ausreichend bauteilsteif ausgeführt, um im Setzprozess eine einwandfreie Kraftüberleitung zum Nietfuß zu ge währleisten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der setzseitige Füge partner ein Aluminium-Druckgussteil sein, bei dem das Vorloch nicht durch mechanischer Spanbearbeitung, sondern durch Urformen, das heißt wäh rend des Spritzgießprozesses, ausgebildet wird. In diesem Fall kann die Vor- loch-lnnenwandung unter Bildung einer Entformungsschräge konisch zulau fen, damit nach dem Spritzgießprozess eine einwandfreie Entformung ge währleistet ist. Die Ausbildung des Vorloches durch Urformen erhöht, im Ver gleich zu einer mechanischen Spanbearbeitung, die Kerbschlagzähigkeit des setzseitigen Fügepartners signifikant, wodurch ein vorzeitiges Bauteilversa gen des setzseitigen Fügepartners weiter reduziert ist.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefüg ten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schliffbild einer Stanznietverbindung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 bis 4 Ansichten, anhand derer Prozessschritte zur Fierstellung der Stanznietverbindung veranschaulicht sind;
Fig. 5 bis 8 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
In Figur 1 ist eine Stanznietverbindung mit einem setzseitigen Fügepartner 1 , einem matrizenseitigen Fügepartner 3 sowie einem zwischengeordneten Fü gepartner 5 gezeigt. Die Stanznietverbindung wird in einem, anhand der Fi gur 4 angedeuteten Setzprozess mit hülfe eines Halbhohlstanzniets 7 er zeugt, der einen durchmessergroßen Nietkopf 9 aufweist, der als Flachkopf realisiert ist. Der Nietkopf 9 geht an seiner Nietkopf-Unterseite 11 in einen durchmesserkleinen Nietfuß 13 über, der an einer umlaufenden Nietfuß schneide 15 abschließt. Der Halbhohlstanzniet 7 ist im unverformten Zustand als ein um eine Bolzenachse B rotationssymmetrisches Bauteil realisiert. In der, in der Figur 1 gezeigten Stanznietverbindung ist der Halbhohlstanz niet 7 durch den setzseitigen Fügepartner 1 sowie durch den mittleren Füge partner 5 bis in den matrizenseitigen Fügepartner 3 eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im matrizenseitigen Fügepart ner 3. Gemäß der Figur 1 ist der Nietfuß 13 aufgespreizt, wodurch sich eine Hinterschneidung zwischen der Nietfußschneide 15 und der Nietkopf-Unter- seite 11 ergibt. Die drei Fügepartner 1 , 3, 5 sind daher unter, in Setzrichtung wirkender Druckspannung miteinander verklemmt.
In der Figur 1 ist beispielhaft eine Mischbauverbindung realisiert, bei der der setzseitige Fügepartner 1 ein Aluminium-Druckgussteil ist, während der mat rizenseitige Fügepartner 3 ein Stahlblech und der zwischengeordnete Füge partner 5 ein Aluminiumblech sein kann.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass durch Bereitstellung eines Vorlo ches 17 ein Schubspannungsaufbau quer zur Setzrichtung im setzseitigen Fügepartner 1 reduziert ist oder komplett wegfällt. Auf diese Weise kann im als Aluminium-Druckgußteil gefertigten setzseitigen Fügepartner 1 ein früh zeitiges Bauteilversagen verhindert werden.
Im Setzprozess (Figur 4) wird der Halbhohlstanzniet 7 belastungsfrei durch das Vorloch 17 des setzseitigen Fügepartners 1 geführt und im weiteren Ver lauf in den zwischengeordneten Fügepartner 5 sowie den matrizenseitigen Fügepartner 3 eingetrieben, die beide vorlochfrei bereitgestellt sind.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 2 bis 4 ein Verfahren zur Herstellung der in der Figur 1 gezeigten Stanznietverbindung beschrieben: So wird ge mäß der Figur 2 und 3 der setzseitige Fügepartner 1 in einem Spritzgießpro zess durch Urformen hergestellt. In der Figur 2 ist ein Prozesszeitpunkt nach erfolgtem Spritzgießvorgang gezeigt. Demnach ist die Werkzeugkavität des Spritzgießwerkzeugs 18 noch geschlossen. Das Vorloch 17 wird gemäß der Figur 2 und 3 mittels eines an der oberen Spritzgießwerkzeughälfte ange formten Form-Vorsprungs 20 geformt. Der Form-Vorsprung 20 ist in den Fi guren 2 und 3 mit einer konischen Entformungsschräge ausgeführt, um nach dem Spritzgießprozess eine einwandfreie Entformung zu gewährleisten. Ent sprechend weitet sich das gebildete Vorloch 17 des setzseitigen Fügepart ners 1 nach oben auf.
In dem, in der Figur 4 angedeuteten Setzprozess wird ein Dreilagenaufbau, bestehend aus den drei Fügepartner 1 , 3, 5, zwischen einem Niederhalter 19 und einer Matrize 21 geklemmt. Innerhalb des Niederhalters 19 ist ein Setz stempel 21 hubverstellbar geführt. Im Setzprozess beaufschlagt der Setz stempel 21 den Nietkopf 9 mit einer Setzkraft Fs, wodurch der Halbhohl stanzniet 7 den zwischengeordneten Fügepartner 5 durchstößt und mit sei ner Nietfußschneide 15 in den matrizenseitigen Fügepartner 3 eingetrieben wird. Der setzseitige Fügepartner 1 bleibt während des Setzvorgangs belas tungsfrei und wird lediglich nach erfolgtem Setzprozess mit Druckspannung beaufschlagt, die in der Setzrichtung wirkt.
In der Figur 4 ist beispielhaft der durchmesserkleine Lochabschnitt 25 (Figur 1) des Vorloches 17 an der Kontaktseite des setzseitigen Fügepartners 1 mit dem matrizenseitigen Fügepartner 3 positioniert. Der durchmesserkleine Lochabschnitt 25 des Vorloches 17 weist einen Durchmesser d2 (Figur 1 ) auf, der um ein Lochspiel 29 größer als der Nietfuß-Durchmesser dN (Figur 1) ist.
Der Nietfuß 13 des Halbhohlstanzniets 7 weist eine zylindrische Nietfußwand 33 (Figur 5) auf, die radial innen eine Bolzen-Vertiefung 35 begrenzt. Die Bolzen-Vertiefung 35 ist an der Nietfußschneide 15 offen und erstreckt sich entlang der Bolzenachse B über eine Höhe h zwischen der Nietfußschneide 15 und einer inneren Scheitelstelle 37.
Um im Setzprozess auftretende Schubspannungen im setzseitigen Fügepart ner 1 zu vermeiden, kann der Halbhohlstanzniet 7 gemäß der Figur 5 bis 8 angepasst sein: Demzufolge weist der Halbhohlstanzniet 7 in der Figur 5 zwi schen der Scheitelstelle 37 der Bolzen-Vertiefung 35 und der Nietkopf-Unter- seite 11 eine Materialaufdickung 39 auf, die sich über eine Axiallänge m er- streckt. Mittels der Materialaufdickung 39 wird im Setzprozess eine Spreizbe wegung des Nietfußes 13 im Vorloch 17 des setzseitigen Fügepartners 1 re duziert, um den Schubspannungsaufbau zu vermeiden oder abzuschwä chen.
In den Figuren 5 und 6 ist die Materialaufdickung 39 über ihre gesamte Axial länge m als ein Vollmaterial-Abschnitt realisiert.
Im Unterschied dazu ist in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 7 und 8 die Materialaufdickung 39 nicht als Vollmaterial realisiert, sondern weist die Ma terialaufdickung 39 vielmehr ein Innen-Hohlprofil 41 auf, das durchmesser kleiner bemessen ist als die Bolzen-Vertiefung 35. Gemäß der Figur 7 und 8 weist daher der Flalbhohlstanzniet 7 eine Innenbohrung auf, bestehend aus der durchmessergroßen Bolzen-Vertiefung 35, die an einer Ringschulter 43 in das durchmesserkleine Innen-Hohlprofil 41 übergeht.
Um im Setzprozess eine ausreichende Niet-Bauteilsteifigkeit zu gewährleis ten, ist in der Figur 7 das Innen-Hohlprofil 41 in Axialrichtung betrachtet um einen Materialversatz 45 von der Nietkopf-Unterseite 11 versetzt.
BEZUGSZEICHENLISTE:
1 setzseitiger Fügepartner
3 matrizenseitiger Fügepartner 5 zwischengeordneter Fügepartner
7 Halbhohlstanzniet 9 Nietkopf 11 Nietkopf-Unterseite 13 Nietfuß 15 Nietfußschneide
17 Vorloch
18 Spritzgießwerkzeug
19 Niederhalter
20 Form-Vorsprung 21 Setzstempel
23 Matrize 25 durchmesserkleiner Lochabschnitt 27 durchmessergroßer Lochabschnitt 29 Verdrängungsraum 31 Vorloch-Innenwand
33 Nietfußwand 35 Bolzen-Vertiefung 37 Scheitelstelle 39 Materialaufdickung 41 Innen-Hohlprofil
43 Ringschulter 45 Materialversatz B Bolzenachse m Axiallänge der Materialverdickung h Höhe der Bolzen-Vertiefung s Materialdicke des setzseitigen Fügepartners
Fs Setzkraft dN Nietfuß-Durchmesser dK Nietkopf-Durchmesser di Durchmesser des durchmessergroßen Lochabschnitts d2 Durchmesser des durchmesserkleinen Lochabschnitts

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Stanznietverbindung mit zumindest zwei Fügepartnern (1 , 3), die in ei nem Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem ein Halbhohl stanzniet (7) in einer Setzrichtung mit seinem Nietfuß (13) durch den setzseitigen Fügepartner (1 ) bis in den matrizenseitigen Fügepartner (3) eintreibbar ist, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im matrizenseitigen Fügepartner (3) sowie unter Aufspreizung des Niet fußes (13), so dass die Fügepartner (1), in Setzrichtung betrachtet, un ter Druckspannung zwischen einem Nietkopf (9) und einer Nietfuß schneide (15) der Halbhohlstanzniet (7) geklemmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der setzseitige Fügepartner (1 ) ein Vorloch (17) aufweist, durch das der Halbhohlstanzniet (7) in den matrizenseitigen Fügepartner (3) eintreibbar ist, so dass im setzseitigen Fügepartner (1 ) ein Schubspan nungsaufbau quer zur Setzrichtung reduziert ist oder wegfällt.
2. Halbhohlstanzniet nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fügepartner (1 , 3) unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizien ten aufweisen, so dass bei Wärmeeinwirkung die Fügepartner (1 , 3) un terschiedlichen Wärmeausdehnungen unterworfen sind, und/oder dass insbesondere der Nietfuß (13) mit Lochspiel (29) durch das Vorloch (17) des setzseitigen Fügepartners (1 ) geführt ist, und dass insbesondere bei Wärmeeinwirkung die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen durch Aufbrauch des Lochspiels (29) ausgleichbar sind, ohne dass sich eine Schubspannung quer zur Setzrichtung im setzseitigen Fügepartner (1 ) aufbaut.
3. Stanznietverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochgang des Vorloches (17) in Setzrichtung zumindest teilweise konisch zuläuft, und zwar zwischen einem durchmesserkleinen Lochab schnitt (25) und einem durchmessergroßen Lochabschnitt (27), und/oder dass insbesondere der Durchmesser (d2) des durchmesser kleinen Lochabschnitts (25) um das Lochspiel (29) größer bemessen ist als der Durchmesser (di\i) des Nietfußes (13), und/oder dass insbeson dere der durchmesserkleine Lochabschnitt (25) des Vorloches (17) an der Kontaktseite des setzseitigen Fügepartners (1 ) mit dem matrizen seitigen Fügepartner (3) ausgebildet ist, und/oder dass insbesondere sich das Vorloch (17) entgegen der Setzrichtung konisch aufweitet, und/oder dass der Kopf-Durchmesser (dx) des Nietkopfes (9) größer bemessen ist als der Durchmesser (di) des durchmessergroßen Lochabschnitts (27) des Vorloches (17).
Stanznietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietfuß (13) eine zylindrische Niet fußwand (33) aufweist, die radial innen eine Bolzen-Vertiefung (35) be grenzt, die an der Nietfußschneide (15) offen ist, und dass insbeson dere sich die Bolzen-Vertiefung (35) entlang der Bolzenachse (B) über eine Höhe (h) zwischen der Nietfußschneide (15) und der Scheitelstelle (37) erstreckt.
Stanznietverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Axialrichtung betrachtet zwischen der Scheitelstelle (37) der Bol zen-Vertiefung (35) und einer Nietkopf-Unterseite (11 ) eine Materialauf- dickung (39) ausgebildet ist, die sich über eine Axiallänge (m) erstreckt, und dass insbesondere mittels der Materialaufdickung (39) im Setzpro zess eine Spreizbewegung des Nietfußes (13) im Vorloch (17) des setz seitigen Fügepartners (1 ) reduzierbar oder unterbindbar ist.
Stanznietverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaufdickung (39) über ihre gesamte Axiallänge (m) als ein Vollmaterial-Abschnitt realisiert ist.
Stanznietverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaufdickung (39) ein im Vergleich zur Bolzen-Vertiefung surchmesserkleinen Innen-Hohlprofil (41 ) aufweist, und dass insbeson dere in Axialrichtung betrachtet die durchmessergroße Bolzen-Vertie fung (35) an einer Ringschulter (43) in das durchmesserkleine Innen- Hohlprofil (41) übergeht, und dass insbesondere das Innen-Hohlprofil (41) in Axialrichtung betrachtet um einen Materialversatz (45) von der Nietkopf-Unterseite (11) versetzt ist.
8. Stanznietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der setzseitige Fügepartner (1) ein Aluminium-Druckgussteil ist, und/oder dass das Vorloch (17) nicht spa nabhebend, sondern durch Urformen, etwa in einem Spritzgießprozess, hergestellt ist, und dass insbesondere die konische Vorloch-Innenwan- düng (31) eine Entformungsschräge bildet, um nach dem Spritzgießpro zess eine einwandfreie Entformung zu gewährleisten.
9. Halbhohlstanzniet für eine Stanznietverbindung nach einem der vorher gehenden Ansprüchen.
10. Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen.
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