DE102021112716A1 - Semi-hollow punch rivet, a punch rivet connection of at least two components using the semi-tubular punch rivet, a manufacturing process for the semi-tubular punch rivet and a method for connecting the components with the semi-tubular punch rivet - Google Patents

Abstract

Vorliegende Erfindung offenbart einen Halbhohlstanzniet 1, mit dem eine Verbindung zwischen mindestens zwei stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen herstellbar ist und der die folgenden Merkmale aufweist: einen geschlossenen Nietkopf 10 und einen sich davon erstreckenden Nietschaft mit einem Schaftdurchmesser DS, der eine umlaufende Schaftwand 34 mit einer zylindrischen Mantelfläche 32 sowie einen sich in Richtung Nietkopf 10 verjüngenden Schafthohlraum 50 mit einer Schaftinnenfläche aufweist, an einem dem Nietkopf 10 abgewandten Ende des Nietschafts 30 endet die Schaftwand 34 in einem polygonalen Nietfuß 40, der in einem axialen Querschnitt des Halbhohlstanzniets 1 die Form eines n-eckigen Polygons mit n ≥ 3 aufweist, welches an einer dem Nietkopf 10 zugewandten Seite durch eine gedachte Polygon-Grundseite G senkrecht zu einer Längsachse L des Halbhohlstanzniets 1 über eine vollständige radiale Breite der Schaftwand 34 begrenzt ist, die mit der zylindrischen Mantelfläche 32 und der Schaftinnenwand 36 jeweils eine Polygonecke bildet, wobei der Nietfuß 40 in mindestens einer Polygonecke abgewandt vom Nietkopf 10 ausläuft, die um eine Polygonhöhe hPsenkrecht von der Polygon-Grundseite gemäß hP/DS≤0,035 beabstandet ist.The present invention discloses a semi-tubular punch rivet 1 with which a connection can be produced between at least two components arranged in a stack one above the other and which has the following features: a closed rivet head 10 and a rivet shank extending therefrom with a shank diameter DS, which has a circumferential shank wall 34 with a cylindrical Lateral surface 32 and a shank cavity 50 that tapers in the direction of the rivet head 10 and has a shank inner surface. angular polygon with n ≥ 3, which is delimited on a side facing the rivet head 10 by an imaginary polygon base G perpendicular to a longitudinal axis L of the semi-tubular punch rivet 1 over a complete radial width of the shank wall 34, which is connected to the cylindrical lateral surface 32 u nd the inner wall 36 of the shank forms a polygon corner, with the rivet foot 40 terminating in at least one polygon corner facing away from the rivet head 10, which is spaced perpendicularly from the polygon base by a polygon height hP according to hP/DS≦0.035.

Description

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the Invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbhohlstanzniet, mit dem eine Verbindung zwischen mindestens zwei stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen herstellbar ist. Des Weiteren betrifft vorliegende Erfindung eine Stanznietverbindung aus mindestens zwei stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen mit diesem Halbhohlstanzniet, ein Verfahren zum Verbinden der mindestens zwei Bauteile mithilfe des Halbhohlstanzniets sowie ein Herstellungsverfahren für den Halbhohlstanzniet.The present invention relates to a semi-tubular punch rivet with which a connection can be produced between at least two components arranged in a stack one above the other. Furthermore, the present invention relates to a punch rivet connection of at least two stacked components with this semi-tubular punch rivet, a method for connecting the at least two components using the semi-tubular punch rivet and a manufacturing method for the semi-tubular punch rivet.

2. Hintergrund der Erfindung2. Background of the Invention

Im Stand der Technik sind verschiedene Nietgeometrien bekannt, mit denen gestapelte Bauteile aus hochfesten oder höchstfesten Werkstoffen mit Zugfestigkeiten von bis zu 2000 MPA gefügt werden können. Zu diesen Werkstoffen zählen neben warmumgeformten Vergütungsstählen auch Leichtmetalllegierungen, wie beispielsweise Aluminiumlegierungen, sowie Stähle niedrigerer Zugfestigkeiten.Various rivet geometries are known in the prior art, with which stacked components made of high-strength or ultra-high-strength materials with tensile strengths of up to 2000 MPA can be joined. In addition to hot-formed tempered steels, these materials also include light metal alloys such as aluminum alloys and steels with lower tensile strengths.

DE 10 2015 101 950 A1 , DE 203 19 610 U1 und DE 10 2005 052 360 B4 offenbaren Halbhohlstanzniete mit einem hohlzylindrischen Nietschaft. Der Schafthohlraum erstreckt sich mit konstantem Durchmesser in Richtung Nietkopf. Die Schneidkanten der unterschiedlichen Nietfußgeometrien liegen radial außen bezogen auf die radiale Ausdehnung des Nietschafts. Auf diese Weise wird bezogen auf den Innendurchmesser des Schafthohlraums ein relativ großer Butzen während des Fügens ausgestanzt. Der Butzen forciert ein radiales Aufweiten des Halbhohlstanzniets, während er im Fügeprozess in den Schafthohlraum verdrängt wird. Dies führt zu einer Überbeanspruchung und Schädigung des kopfnahen hohlzylindrischen Schaftbereichs. DE 10 2015 101 950 A1 , DE 203 19 610 U1 and DE 10 2005 052 360 B4 disclose semi-tubular punch rivets with a hollow cylindrical rivet shank. The shank cavity extends towards the rivet head with a constant diameter. The cutting edges of the different rivet foot geometries are located radially on the outside in relation to the radial extent of the rivet shank. In this way, a relatively large slug is punched out during the joining process in relation to the inside diameter of the shaft cavity. The slug forces the semi-tubular punch rivet to expand radially while it is pushed into the shaft cavity during the joining process. This leads to overstressing and damage to the hollow-cylindrical shaft area near the head.

DE 10 2019 102 383 A1 offenbart einen Halbhohlstanzniet mit einem sich in Richtung Nietkopf verjüngenden Schafthohlraum. Zwar findet im nietkopfnahen Schaftbereich trotz des Aufweitens des Nietschafts und der Hinterschnittbildung während des Fügens eine innere Stabilisierung des Halbhohlstanzniets statt. Jedoch ist die Stanzfunktion des Nietfußes auf die Wirkung der radial äußeren Schneidkante beschränkt, die durch die mechanischen Lastzustände während des Fügevorgangs beschädigt sein kann. DE 10 2019 102 383 A1 discloses a semi-tubular punch rivet with a shank cavity tapering towards the rivet head. In spite of the widening of the rivet shank and the formation of an undercut during joining, an internal stabilization of the semi-tubular punch rivet takes place in the shank area near the rivet head. However, the punching function of the rivet foot is limited to the action of the radially outer cutting edge, which can be damaged by the mechanical load conditions during the joining process.

Bezogen auf die bekannten Konstruktionen von Halbhohlstanznieten ist es daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine wirkungsvolle Nietfußgeometrie eines Halbhohlstanzniets bereitzustellen, der für das Fügen von Bauteilen aus hochfesten und höchstfesten Werkstoffen geeignet ist.In relation to the known designs of semi-tubular punch rivets, it is therefore the object of the present invention to provide an effective rivet foot geometry of a semi-tubular punch rivet that is suitable for joining components made of high-strength and ultra-high-strength materials.

3. Zusammenfassung der Erfindung3. Summary of the Invention

Die obige Aufgabe wird durch einen Halbhohlstanzniet gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, eine Stanznietverbindung aus mindestens zwei stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen mit Hilfe dieses Halbhohlstanzniets gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10, durch ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen mithilfe des Halbhohlstanzniets gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11 sowie durch ein Herstellungsverfahren des Halbhohlstanzniets gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen und den anhängenden Patentansprüchen hervor.The above object is achieved by a semi-tubular punch rivet according to independent patent claim 1, a punch rivet connection of at least two stacked components using this semi-tubular punch rivet according to independent patent claim 10, by a method for connecting at least two components using the semi-tubular punch rivet according to independent patent claim 11 and solved by a manufacturing method of the semi-tubular punch rivet according to the independent patent claim 12. Advantageous configurations and further developments of the present invention emerge from the following description, the accompanying drawings and the appended patent claims.

Mit dem erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet ist eine Fügeverbindung zwischen mindestens zwei stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen herstellbar. Dieser Halbhohlstanzniet weist die folgenden Merkmale auf: einen geschlossenen Nietkopf und einen sich davon erstreckenden Nietschaft mit einem Schaftdurchmesser D_S, der eine umlaufende Schaftwand mit einer zylindrischen Mantelfläche sowie einen sich in Richtung Nietkopf erstreckenden Schafthohlraum mit einer Schaftinnenfläche aufweist, an einem dem Nietkopf abgewandten Ende des Nietschafts endet die Schaftwand in einem polygonalen Nietfuß, der in einem axialen Querschnitt des Halbhohlstanzniets die Form eines n-eckigen Polygons mit n ≥ 3 aufweist, welches an einer dem Nietkopf zugewandten Seite durch eine gedachte Polygon-Grundseite senkrecht zu einer Längsachse L des Halbhohlstanzniets über eine vollständige radiale Breite der Schaftwand begrenzt ist, die mit der zylindrischen Mantelfläche und der Schaftinnenwand jeweils eine gedachte Polygonecke bildet, wobei der Nietfuß in mindestens einer Polygonecke abgewandt vom Nietkopf ausläuft, die um eine Polygonhöhe h_P senkrecht von der Polygon-Grundseite gemäß h_P /D_S ≤ 0,035 beabstandet ist.With the semi-tubular punch rivet according to the invention, a joint can be produced between at least two components arranged in a stack one above the other. This semi-tubular punch rivet has the following features: a closed rivet head and a rivet shank extending therefrom with a shank diameter D _S , which has a circumferential shank wall with a cylindrical lateral surface and a shank cavity with an inner shank surface extending in the direction of the rivet head, at an end facing away from the rivet head of the rivet shank, the shank wall ends in a polygonal rivet foot, which in an axial cross section of the semi-tubular punch rivet has the shape of an n-cornered polygon with n ≥ 3, which on a side facing the rivet head is perpendicular to a longitudinal axis L of the semi-tubular punch rivet by an imaginary polygon base is limited over a complete radial width of the shank wall, which forms an imaginary polygon corner with the cylindrical lateral surface and the inner wall of the shank, the rivet foot ending in at least one polygon corner facing away from the rivet head, which is perpendicular to the polygon height h _P from the Polygon base is spaced according to h _P /D _S ≤ 0.035.

Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet weist ein robustes Design im Bereich des Nietfußes und im Speziellen im Bereich der Nietschneide auf. Diese Konstruktion des Nietfußes ist darauf gerichtet, eine ausreichende Stabilität des Halbhohlstanzniets beim Fügen und Stanzen von höchstfesten Werkstoffen zu gewährleisten.The semi-tubular punch rivet according to the invention has a robust design in the area of the rivet foot and in particular in the area of the rivet blade. This design of the rivet foot is aimed at ensuring sufficient stability of the semi-tubular punch rivet when joining and punching high-strength materials.

Im Inneren des Nietschafts ist ein Schafthohlraum vorgesehen, der gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine zylindrische Form aufweist.Inside the rivet shank, a shank cavity is provided, which according to a preferred Embodiment of the invention has a cylindrical shape.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung verjüngt sich der Schafthohlraum vom Nietfuß in Richtung Nietkopf.According to a further preferred embodiment of the present invention, the shank cavity tapers from the rivet foot in the direction of the rivet head.

Aufgrund dieser bevorzugten sich verjüngenden Form des Schafthohlraums verringert sich ein Durchmesser des Schafthohlraums vom Nietfuß in Richtung Nietkopf. Auf diese Weise wird die Stabilität des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets weiter gestärkt. Darüber hinaus unterstützt die nichtzylindrische Form des Schafthohlraums bevorzugt das Aufspreizen des Halbhohlstanzniets während des Fügevorgangs und das damit verbundene radiale Aufweiten im Anschluss an den Stanzprozess. Auf diese Weise wird eine verlässliche form- und kraftschlüssige Verbindung des Halbhohlstanzniets mit den stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen sichergestellt.Because of this preferred tapering shape of the shank cavity, a diameter of the shank cavity decreases from the rivet foot in the direction of the rivet head. In this way, the stability of the semi-hollow punch rivet according to the invention is further strengthened. In addition, the non-cylindrical shape of the shank cavity preferably supports the spreading of the semi-tubular punch rivet during the joining process and the associated radial expansion after the punching process. In this way, a reliable positive and non-positive connection of the semi-tubular punch rivet with the stacked components is ensured.

Der polygonal ausgebildete Nietfuß ist vorzugsweise in seiner Form auf die Werkstoffe der miteinander zu verbindenden Bauteile abgestimmt. Denn erfindungsgemäß bevorzugt wird der polygonale Nietfuß bei einem ersten Anpressen an das dem Halbhohlstanzniet zugewandte Bauteil eines Stapels von mehreren miteinander zu verbindenden Bauteilen, also der Decklage, deformiert. Diese Deformation des Nietfußes erzeugt eine bevorzugte Kaltverfestigung des Metallwerkstoffs, der die Nietfußgeometrie bildet.The shape of the polygonal rivet foot is preferably matched to the materials of the components to be connected. This is because, according to the invention, the polygonal rivet foot is deformed during a first pressing against the component of a stack of several components to be connected to one another, ie the cover layer, which faces the semi-tubular punch rivet. This deformation of the rivet foot creates preferential strain hardening of the metal material that forms the rivet foot geometry.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets ist die mindestens eine Polygonecke am Nietfuß über eine erste Polygonseite direkt mit der zylindrischen Mantelfläche des Nietschafts verbunden und die erste Polygonseite schließt mit einer Normalen zur Längsachse L des Halbhohlstanzniets einen Winkel α < 40° ein.According to a preferred embodiment of the semi-tubular punch rivet according to the invention, the at least one polygon corner on the rivet foot is connected directly to the cylindrical lateral surface of the rivet shank via a first polygon side, and the first polygon side encloses an angle α <40° with a normal to the longitudinal axis L of the semi-tubular punch rivet.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine Polygonecke des Nietfußes in einem bestimmten Winkel einer Polygonseite in die äußere Mantelfläche des Nietschafts übergeht. Dieser Winkel definiert aber gerade nicht einen Phasenwinkel, um eine Materialablenkung des ersten Bauteils bzw. der Decklage des Bauteilstapels zur radialen Außenseite des Nietschafts zu erzeugen. Vielmehr dient die gezielte Winkeleinstellung der radial außen angeordneten Polygonseite einer Abstimmung der Materialmenge des Nietfußes, die für eine Deformation und eine bevorzugt damit in Verbindung stehende Kaltverfestigung des Nietfußes zur Verfügung gestellt wird.It has proven to be advantageous if the at least one polygon corner of the rivet foot merges into the outer surface of the rivet shank at a specific angle of a polygon side. However, this angle does not define a phase angle in order to produce a material deflection of the first component or the cover layer of the component stack to the radial outside of the rivet shank. Rather, the purposeful angular setting of the polygon side arranged radially on the outside serves to coordinate the amount of material in the rivet foot that is made available for deformation and preferably associated strain hardening of the rivet foot.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets ist die mindestens eine Polygonecke am Nietfuß über eine zweite Polygonseite direkt mit der Schaftinnenwand verbunden und die zweite Polygonseite schließt mit einer Normalen zur Längsachse L des Halbhohlstanzniets einen Winkel α < 40° ein.According to a further preferred embodiment of the semi-tubular punch rivet according to the invention, the at least one polygon corner on the rivet foot is connected directly to the inner wall of the shank via a second polygon side, and the second polygon side encloses an angle α <40° with a normal to the longitudinal axis L of the semi-tubular punch rivet.

Auch im Hinblick auf die zweite Polygonseite hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese in einem bestimmten Winkel in Bezug auf eine Normale zur Längsachse des Halbhohlstanzniets anzuordnen. Denn auch mit dieser winkligen Einstellung der zweiten Polygonseite wird bevorzugt eine im Nietfußbereich zur Verfügung stehende Materialmenge eingestellt bzw. festgelegt, die aufgrund ihrer Deformation zu einer bevorzugten Kaltverfestigung des Metallmaterials des Nietfußes führt. In Analogie zur ersten Polygonseite ist auch die zweite Polygonseite in einem bevorzugten Winkel von α < 40° angeordnet.Also with regard to the second side of the polygon, it has proven to be advantageous to arrange it at a specific angle in relation to a normal to the longitudinal axis of the semi-hollow punch rivet. Even with this angular setting of the second polygon side, a quantity of material available in the rivet foot area is preferably set or fixed, which due to its deformation leads to a preferred work hardening of the metal material of the rivet foot. In analogy to the first side of the polygon, the second side of the polygon is also arranged at a preferred angle of α<40°.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets weist der Nietfuß ein viereckiges oder ein fünfeckiges Polygon auf.According to a further preferred embodiment of the semi-hollow punch rivet according to the invention, the rivet foot has a square or a pentagonal polygon.

Es hat sich gezeigt, dass mit einer zunehmenden Anzahl an Ecken der polygonalen Nietfußgeometrie auch die zur Verfügung stehende verformbare Materialmenge des Nietfußes zunimmt. Des Weiteren lassen sich über die Ecken der polygonalen Nietfußgeometrie mechanische Spannungsspitzen im Nietfußbereich erzeugen, um das Verformungsverhalten zu beeinflussen.It has been shown that with an increasing number of corners of the polygonal rivet foot geometry, the available amount of deformable material of the rivet foot also increases. Furthermore, mechanical stress peaks can be generated in the rivet foot area via the corners of the polygonal rivet foot geometry in order to influence the deformation behavior.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets weist der Nietschaft einen Schaftdurchmesser D_S von D_S ≤ 5,6 mm, vorzugsweise von D_S = 5,3 mm, auf. Zudem hat der Nietkopf des erfindungsgemäß bevorzugten Halbhohlstanzniets bevorzugt einen Kopfdurchmesser D_K von 7,75 mm und der Halbhohlstanzniet weist eine Länge L_N im Bereich von 4 mm ≤ L_N ≤ 9 mm auf.According to a further preferred embodiment of the semi-tubular punch rivet according to the invention, the rivet shank has a shank diameter D _S of D _S ≦5.6 mm, preferably D _S =5.3 mm. In addition, the rivet head of the semi-tubular punch rivet preferred according to the invention preferably has a head diameter D _K of 7.75 mm and the semi-tubular punch rivet has a length L _N in the range of 4 mm≦L _N ≦9 mm.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets weist der Schafthohlraum eine Tiefe L_B in Bezug auf den Schaftdurchmesser D_S des Halbhohlstanzniete im Bereich von 1/4 D_S ≤ L_B ≤ 3/4 D_S auf.According to a further preferred embodiment of the semi-tubular punch rivet according to the invention, the shank cavity has a depth L _B in relation to the shank diameter D _S of the semi-tubular punch rivet in the range of 1/4 D _S ≦L _B ≦3/4 D _S .

Neben dem bereits oben beschriebenen sich in Richtung Nietkopf verjüngenden Schafthohlraum ist es vorzugsweise für die Stabilität des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets von Vorteil, wenn sich der Schafthohlraums nur in eine bestimmte Tiefe des Nietschafts ausgehend vom Nietfuß erstreckt. Diese Tiefe ist in Bezug auf den Durchmesser des Nietschafts und auf Grundlage der obigen Ungleichung derart begrenzt, dass der Halbhohlstanzniet seine Fügefunktion effektiv umsetzen kann.In addition to the above-described shank cavity tapering in the direction of the rivet head, it is advantageous for the stability of the semi-tubular punch rivet according to the invention if the shank cavity only extends to a certain depth of the rivet shank, starting from the rivet foot. This depth is limited in relation to the diameter of the rivet shank and based on the above inequality such that the semi-tubular self-piercing rivet can effectively implement its joining function.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets ist der polygonale Nietfuß über einen konvexen Flächenabschnitt mit der Schaftinnenwand des Schafthohlraums verbunden, der einen Einlaufradius R_S in den Schafthohlraums im Bereich von 0,3 mm ≤ R_S ≤ 6 mm aufweist.According to a further preferred embodiment of the semi-tubular punch rivet according to the invention, the polygonal rivet foot is connected to the inner wall of the shank cavity via a convex surface section, which has an entry radius RS in the shank cavity in the range of 0.3 mm _≦ RS _≦ 6 mm.

Um dem ausgestanzten Butzen während des Fügevorgangs das Einlaufen in den Schafthohlraum zu erleichtern, ist vorzugsweise anschließend an die polygonale Form des Nietfußes ein konvexer Einlaufbereich in den Schafthohlraum vorgesehen. Dieser verhindert vorzugsweise ein Blockieren des Stanzbutzens am Eingang in den Schafthohlraum, was den weiteren Fügevorgang behindern würde und zu einer Überlastung des Halbhohlstanzniets führen könnte. Dabei wurde die Dimensionierung, also der Radius des konvexen Einlaufbereichs, derart gewählt, dass sich weder eine kantenähnliche Gestaltung durch einen zu kleinen Radius oder eine konusähnliche Gestaltung durch einen zu großen Radius ergibt.In order to make it easier for the punched-out slug to enter the shank cavity during the joining process, a convex entry area into the shank cavity is preferably provided following the polygonal shape of the rivet foot. This preferably prevents blocking of the punched slug at the entrance into the shaft cavity, which would impede the further joining process and could lead to overloading of the semi-hollow punch rivet. The dimensioning, ie the radius of the convex inlet area, was selected in such a way that neither an edge-like design results from a radius that is too small, nor a cone-like design from a radius that is too large.

Vorliegende Erfindung liefert zudem eine Stanznietverbindung aus mindestens zwei stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen, die über den erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet oder eine seiner bevorzugten Ausgestaltungen miteinander verbunden sind.The present invention also provides a punch rivet connection made up of at least two components arranged in a stack one above the other, which are connected to one another via the semi-tubular punch rivet according to the invention or one of its preferred configurations.

Des Weiteren offenbart vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen mithilfe des oben beschriebenen erfindungsgemäß bevorzugten Halbhohlstanzniets, welches die folgenden Schritte aufweist: Anordnen der mindestens zwei Bauteile übereinander in einer stapelförmigen Anordnung auf einer Matrize oder einem Amboss und Setzen des Halbhohlstanzniets in die mindestens zwei Bauteile, wodurch eine Fügeverbindung zwischen diesen Bauteilen hergestellt wird.Furthermore, the present invention discloses a method for connecting at least two components using the semi-tubular punch rivet described above, which has the following steps: arranging the at least two components one above the other in a stacked arrangement on a die or an anvil and setting the semi-tubular punch rivet in the at least two components, creating a joint connection between these components.

Zudem offenbart vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren des oben beschriebenen erfindungsgemäß bevorzugten Halbhohlstanzniets. Dieses Herstellungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: Kaltschlagen des Halbhohlstanzniets aus einem Drahtsegment und vorzugsweise Beschichten des Halbhohlstanzniets nach dem Kaltschlagen, vorzugsweise mit einem Korrosionsschutz.In addition, the present invention discloses a manufacturing method of the semi-hollow self-piercing rivet described above, which is preferred according to the invention. This manufacturing method has the following steps: Cold forging the semi-tubular punch rivet from a wire segment and preferably coating the semi-tubular punch rivet after cold forging, preferably with an anti-corrosion agent.

Figurenlistecharacter list

Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

• 1 eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Halbhohlstanzniets mit charakteristischen Größen zur Definition der Geometrie des Halbhohlstanzniets,
• 2 eine Ausschnittsvergrößerung aus 1, mit der die erfindungsgemäß bevorzugte polygonale Nietfußgeometrie erläutert wird,
• 3 eine schematische dreistufige Darstellung eines bevorzugten Umformverhaltens der Nietfußgeometrie an einem dem Halbhohlstanzniet zugewandten Bauteil zu Beginn eines Fügevorgangs,
• 4 eine bevorzugte polygonale Nietfußgeometrie mit einem 3-eckigen Polygon,
• 5 eine bevorzugte polygonale Nietfußgeometrie mit einem 4-eckigen Polygon,
• 6 eine bevorzugte polygonale Nietfußgeometrie mit einem 5-eckigen Polygon,
• 7 eine schematische Darstellung bevorzugter Gestaltungen des Nietkopfes,
• 8 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Verbindungsverfahrens mithilfe des Halbhohlstanzniets und
• 9 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für den Halbhohlstanzniet.

The preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

• 1 a schematic sectional view of a preferred embodiment of the semi-tubular punch rivet with characteristic sizes for defining the geometry of the semi-tubular punch rivet,
• 2 an enlargement of a section 1 , with which the polygonal rivet foot geometry preferred according to the invention is explained,
• 3 a schematic three-stage representation of a preferred deformation behavior of the rivet foot geometry on a component facing the semi-tubular punch rivet at the beginning of a joining process,
• 4 a preferred polygonal rivet foot geometry with a triangular polygon,
• 5 a preferred polygonal rivet foot geometry with a 4-sided polygon,
• 6 a preferred polygonal rivet foot geometry with a pentagonal polygon,
• 7 a schematic representation of preferred designs of the rivet head,
• 8th a flow chart of a preferred embodiment of a connection method using the semi-tubular punch rivet and
• 9 a flow chart of a preferred embodiment of a manufacturing method for the semi-tubular punch rivet.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen5. Detailed Description of Preferred Embodiments

1 zeigt ein Schnittbild entlang der Längsachse L einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets 1. Der Halbhohlstanzniet 1 weist einen Nietkopf 10 mit einem Kopfdurchmesser D_K auf. Vom Nietkopf 10 erstreckt sich ein Nietschaft 30 mit einem Schafthohlraum 50. An seiner radialen Außenseite hat der Nietschaft 30 eine zylindrische Mantelfläche 32. Der Schafthohlraum 50 verjüngt sich bevorzugt in Richtung Nietkopf 10. Es ist ebenfalls bevorzugt, einen zylindrisch ausgebildeten Schafthohlraum im Nietschaft 30 zu nutzen (nicht gezeigt). 1 shows a sectional view along the longitudinal axis L of a preferred embodiment of the semi-tubular punch rivet 1 according to the invention. The semi-tubular punch rivet 1 has a rivet head 10 with a head diameter D _K . A rivet shank 30 with a shank cavity 50 extends from the rivet head 10. On its radial outside, the rivet shank 30 has a cylindrical lateral surface 32. The shank cavity 50 preferably tapers in the direction of the rivet head 10 use (not shown).

Die um den Schafthohlraum 50 umlaufende Wand 34 des Nietschafts 30 läuft an der nietkopfabgewandten Seite in einem polygonalen Nietfuß 40 aus. Insgesamt hat der Halbhohlstanzniet 1 eine Länge L_N, während der Schafthohlraums 50 eine Tiefe L_B aufweist.The wall 34 of the rivet shank 30 running around the shank cavity 50 ends in a polygonal rivet foot 40 on the side facing away from the rivet head. Overall, the semi-tubular punch rivet 1 has a length L _N , while the shank cavity 50 has a depth L _B .

Der Halbhohlstanzniet 1 ist vorzugsweise aus einem Vergütungsstahl, einer Aluminiumlegierung oder aus Edelstahl hergestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung wird der Halbhohlstanzniet 1 in einem ersten Herstellungsschritt H 1 kaltgeschlagen. Gemäß bevorzugter Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens folgt danach ein Beschichten des Halbhohlstanzniets 1 vorzugsweise mit einem Korrosionsschutz (Schritt H2, siehe 9).The semi-hollow punch rivet 1 is preferably made of tempered steel, an aluminum alloy or stainless steel. According to a preferred embodiment of the present invention, the semi-hollow punch rivet 1 is manufactured in a first processing step H 1 cold forged. According to preferred configurations of the manufacturing method, the semi-tubular punch rivet 1 is then preferably coated with an anti-corrosion agent (step H2, see FIG 9 ).

Der erfindungsgemäß bevorzugte Halbhohlstanzniet 1 ist daran angepasst, mindestens zwei übereinander angeordnete Bauteile BT1, BT2 miteinander zu verbinden. Die Bauteile bestehen aus einem hochfesten oder höchstfesten Material mit einer Zugfestigkeit von bis zu 2000 MPa.The semi-tubular punch rivet 1 preferred according to the invention is adapted to connect at least two components BT1, BT2 arranged one above the other. The components consist of a high-strength or ultra-high-strength material with a tensile strength of up to 2000 MPa.

Zu Beginn eines Fügevorgangs derartiger Bauteile BT1, BT2 trifft der Nietfuß 40 auf das erste Bauteil BT1 und wird zu einem Stumpf deformiert (siehe 3A und 3B). Dazu besteht der Nietfuß 40 vorzugsweise aus einem Polygon, welches sich aus einer Grundseite G und den sich von dort zumindest in einem Eckpunkt E1 verbindenden geradlinigen Polygonseiten P₁ und P₂ zusammensetzt. Die Grundseite G ist eine gedachte Verbindung zwischen der Mantelfläche 32 und der Innenwand 36 des Schafthohlraums 50. Die Grundseite G läuft parallel zu einer Normalen N, die rechtwinklig auf der Mittellängsachse L des Halbhohlstanzniets 1 steht.At the beginning of a joining process of such components BT1, BT2, the rivet foot 40 hits the first component BT1 and is deformed into a stump (see 3A and 3B ). For this purpose, the rivet foot 40 preferably consists of a polygon, which is composed of a base G and the rectilinear polygon sides P ₁ and P ₂ connecting from there at least at a corner point E1. The base G is an imaginary connection between the lateral surface 32 and the inner wall 36 of the shank cavity 50. The base G runs parallel to a normal N, which is at right angles to the central longitudinal axis L of the semi-hollow punch rivet 1.

Wie man aus bevorzugten polygonalen Nietfußkonstruktionen der 4, 5 und 6 erkennen kann, weist der polygonale Nietfuß 40 einen Eckpunkt E₁, zwei Eckpunkte E₂, E₃ oder drei Eckpunkte E₄, E₅, E₆ auf. Diese Eckpunkte E₁ bis E₆ sind vom Nietkopf 10 abgewandt und treffen zu Beginn eines Fügevorgangs zuerst auf die Decklage BT1 der miteinander zu verbindenden Bauteile. Wie sich aus den 3a, b ergibt, wird der polygonale Nietfuß 40 beim Auftreffen auf die Decklage BT1 deformiert (siehe 3b). Diese minimale Umformung des Nietfußes 40 führt in seinem Schneidenbereich, d. h. vorzugsweise im Bereich des oder der Eckpunkte und der angrenzenden Polygonseiten P₁, P₂, zu einer Kaltverfestigung des metallischen Materials des Nietfußes 40. Dadurch wird der Nietfuß 40 mechanisch widerstandsfähiger im Vergleich zum Materialzustand vor der Verformung. Diese durch die Verformung des Nietfußes 40 gewonnene mechanische Stabilität des Nietfußes 40 unterstützt die Schneidarbeit im folgenden Stanzprozess des Halbhohlstanzniets 1.How to get out of preferred polygonal rivet foot constructions 4 , 5 and 6 can see, the polygonal rivet base 40 has a corner point E ₁ , two corner points E ₂ , E ₃ or three corner points E ₄ , E ₅ , E ₆ . These corner points E ₁ to E ₆ face away from the rivet head 10 and, at the beginning of a joining process, first come into contact with the top layer BT1 of the components to be connected to one another. As can be seen from the 3a, b results, the polygonal rivet foot 40 is deformed when it hits the cover layer BT1 (see 3b ). This minimal deformation of the rivet foot 40 leads to work hardening of the metallic material of the rivet foot 40 in its cutting area, ie preferably in the area of the corner point(s) and the adjacent polygon sides P ₁ , P ₂ . This makes the rivet foot 40 mechanically more resistant compared to the material state before deformation. This mechanical stability of the rivet foot 40, which is gained through the deformation of the rivet foot 40, supports the cutting work in the subsequent punching process of the semi-tubular punch rivet 1.

Durch die Deformation des polygonalen Nietfußes 40 und der damit erzeugten Kaltverfestigung des Endbereichs des Nietfußes 40 angrenzend an die Decklage BT1 bildet sich eine radiale äußere Kante 42 am Nietfuß 40 als eine Schneidkante für den folgenden Stanzprozess des Halbhohlstanzniets 1. Die Schneidkante 42 verbindet die Grenzfläche des Nietfußes 40 zur Decklage mit der Mantelfläche 32 des Nietschafts 30.Due to the deformation of the polygonal rivet foot 40 and the strain hardening of the end region of the rivet foot 40 produced thereby, adjacent to the cover layer BT1, a radial outer edge 42 forms on the rivet foot 40 as a cutting edge for the subsequent stamping process of the semi-hollow self-piercing rivet 1. The cutting edge 42 connects the interface of the rivet base 40 to the cover layer with the lateral surface 32 of the rivet shank 30.

Die erzeugte äußere Schneidkante 42 wird vorzugsweise durch die Kristallgitterversetzung während der Kaltverfestigung des Nietfußmaterials fester und behält im folgenden Stanzprozess im Wesentlichen die Schneidkantenkontur bei. Diese äußere Schneidkante 42 wandelt maßgeblich eine auf den Halbhohlstanzniet 1 aufgebrachte Setzkraft in eine mechanische Scherspannung in der Decklage BT1 um (siehe 3C).The outer cutting edge 42 produced preferably becomes stronger as a result of the crystal lattice misalignment during work hardening of the rivet base material and essentially retains the cutting edge contour in the subsequent stamping process. This outer cutting edge 42 essentially converts a setting force applied to the semi-tubular punch rivet 1 into a mechanical shearing stress in the cover layer BT1 (see 3C ).

Um erfindungsgemäß bevorzugt die Nietfußverformung zu erzielen, hat sich eine Höhe h_P des Polygons des Nietfußes 40 als hilfreiche Größe ergeben. Wie in 2 dargestellt, ist die Höhe h_P des Polygons des Nietfußes 40 bestimmt durch den Abstand zwischen der Grundseite G und einer Normalen N zur Längsachse L, die durch den am weitesten von der Grundseite G entfernten Eckpunkt E₁ ... E₆ verläuft. Die Normale N ist auch eine Parallele zur Grundseite G.In order to preferably achieve the rivet foot deformation according to the invention, a height h _P of the polygon of the rivet foot 40 has turned out to be a helpful variable. As in 2 shown, the height h _P of the polygon of the rivet foot 40 is determined by the distance between the base G and a normal N to the longitudinal axis L, which runs through the corner point E ₁ ... E ₆ furthest away from the base G. The normal N is also parallel to the base G.

Die Höhe h_P des Polygons des Nietfußes 40 muss folgende Verhältnisgleichung erfüllen $${\text{h}}_{\text{P}}\text{/Ds}\le \mathrm{0,035.}$$

The height h _P of the polygon of the rivet foot 40 must satisfy the following relational equation $${\text{H}}_{\text{P}}\text{/Ds}\le \mathrm{0.035.}$$

Als Referenzgröße für die Verhältnisgleichung wurde der Durchmesser DS des Nietschafts 30 gewählt. Er ist durch die Gesamtdimensionierung des Halbhohlstanzniets 1 bestimmt. Der bevorzugte Grenzwert der Verhältnisgleichung stellt sicher, dass die Deformation des Nietfußes 40 keinen negativen Einfluss auf das Stanzverhalten erzeugt.The diameter DS of the rivet shank 30 was chosen as the reference variable for the ratio equation. It is determined by the overall dimensions of the semi-hollow punch rivet 1 . The preferred limit of the ratio equation ensures that the deformation of the rivet foot 40 does not produce a negative impact on the punching behavior.

Der Eckpunkt E₁ des polygonalen Nietfußes 40 grenzt an die beiden Polygonseiten P1 und P₂ an. Vorzugsweise schließt nur eine der Polygonseiten P₁, P₂ oder schließen beide Polygonseiten P1, P₂ mit der Normalen N zur Längsachse L einen Winkel α < 40° ein. Auf diese Weise wird bevorzugt die gezielte Verformung des Nietfußes 40 unterstützt und die Formstabilität des polygonalen Nietfußes 40 reduziert. Wird der Winkel α größer gewählt, resultiert daraus eine zu hohe Stützwirkung im Kristallgitter des metallischen Nietwerkstoffs.The corner point E ₁ of the polygonal rivet foot 40 borders on the _two polygon sides P1 and P2. Preferably, only one of the polygon sides P ₁ , P ₂ or both polygon sides P 1 , P ₂ enclose an angle α<40° with the normal N to the longitudinal axis L. In this way, the targeted deformation of the rivet foot 40 is preferably supported and the dimensional stability of the polygonal rivet foot 40 is reduced. If the angle α is chosen to be larger, this results in too high a support effect in the crystal lattice of the metallic rivet material.

Der bevorzugte polygonale Nietfuß 40 hat vorzugsweise drei oder mehr Ecken. Dazu werden die Schnittpunkte der Grundseite G mit der Mantelfläche 32 und der Innenwand 36 des Schafthohlraums 50 bevorzugt ebenfalls als Eckpunkte angesehen.The preferred polygonal rivet foot 40 preferably has three or more corners. For this purpose, the points of intersection of the base G with the lateral surface 32 and the inner wall 36 of the shaft cavity 50 are preferably also regarded as corner points.

Versuche haben gezeigt, dass mit zunehmender Festigkeit des Materials der Bauteile, vorzugsweise der Decklage BT1, die Anzahl der Eckpunkte des polygonalen Nietfußes 40 zunehmen sollte. Denn mit einer zunehmenden Anzahl an Eckpunkten wird eine größere Materialmenge des Nietfußes 40 deformiert und komprimiert. Dies führt zu einer entsprechend stärkeren Kaltverfestigung im Nietfuß 40.Experiments have shown that the number of corner points of the polygonal rivet foot 40 should increase with increasing strength of the material of the components, preferably the cover layer BT1. Because with an increasing number of corner points, a larger amount of material of the rivet foot 40 deformed and compressed. This leads to a correspondingly stronger strain hardening in the rivet foot 40.

Entsprechend wird gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausführungsformen vorliegender Erfindung ein polygonaler Nietfuß 40 mit drei Ecken (siehe 4), mit vier Ecken (siehe 5) oder mit fünf Ecken (siehe 6) für den Fügevorgang zum Herstellen einer Verbindung genutzt.Accordingly, in accordance with various preferred embodiments of the present invention, a three-corner polygonal rivet foot 40 (see FIG 4 ), with four corners (see 5 ) or with five corners (see 6 ) used for the joining process to establish a connection.

Weiterhin bevorzugt hat der Halbhohlstanzniet 1 eine Nietlänge L_N aus dem Bereich von 4 mm ≤ L_N ≤ 9 mm. Ein bevorzugter Kopfdurchmesser D_K umfasst 7,75 mm und ein Schaftdurchmesser D_S ist vorzugsweise ≤ 5,6 mm, bevorzugt gleich 5,3 mm.Furthermore, the semi-tubular punch rivet 1 preferably has a rivet length L _N in the range of 4 mm≦L _N ≦9 mm. A preferred head diameter D _K is 7.75 mm and a shank diameter D _S is preferably ≦5.6 mm, preferably equal to 5.3 mm.

Bezugnehmend auf die Konstruktion des erfindungsgemäß bevorzugten Halbhohlstanzniets 1 soll beim Fügen von hochfesten und höchstfesten Bauteilwerkstoffen zunächst der polygonale Nietfuß 40 nachgeben und umgeformt werden. Dies führt erfindungsgemäß bevorzugt zu einer Verfestigung und Stabilisierung des Nietschafts. Erst danach soll im weiteren Verlauf eines Fügevorgangs die restliche Schaftgeometrie gestaucht und radial aufgeweitet werden. Daher ist es erfindungsgemäß bevorzugt, die Geometrie des Nietschafts 30 ausreichend stabil zu gestalten und mechanische Überlastzustände während des Fügevorgangs im Schaftmaterial zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird bevorzugt eine maximale Tiefe L_B des Schafthohlraums 50 auf 3/4 des Schaftdurchmessers D_S begrenzt. Auf diese Weise wird erzielt, dass das obere Nietsegment, d. h. der Nietschaft 30 in der Umgebung des Nietkopfes 10, massiv ausgebildet ist und einer Deformation dieses Schaftbereichs widersteht. Der Nietschaftbereich benachbart zum Nietfuß 40 ist hohl ausgebildet, um eine Aufnahme des Stanzbutzens und ein Aufweiten während des weiteren Fügevorgangs zu gewährleisten.Referring to the construction of the semi-hollow punch rivet 1 preferred according to the invention, the polygonal rivet foot 40 should first yield and be deformed when joining high-strength and ultra-high-strength component materials. According to the invention, this preferably leads to a strengthening and stabilization of the rivet shank. Only then should the remaining shaft geometry be compressed and radially expanded in the further course of a joining process. It is therefore preferred according to the invention to design the geometry of the rivet shank 30 to be sufficiently stable and to avoid mechanical overload states during the joining process in the shank material. For this purpose, a maximum depth L _B of the shank cavity 50 is preferably limited to 3/4 of the shank diameter D _S . In this way it is achieved that the upper rivet segment, ie the rivet shank 30 in the vicinity of the rivet head 10, is solid and resists deformation of this shank area. The rivet shank area adjacent to the rivet foot 40 is hollow in order to ensure that the punched slug is accommodated and expanded during the further joining process.

Insofern erfüllt erfindungsgemäß bevorzugt die Tiefe L_B des Schafthohlraums 50 folgende Ungleichung $$1\text{/}4\times {\text{D}}_{\text{S}}\le {\text{L}}_{\text{B}}\le 3\text{/}4\times {\text{D}}_{\text{S}}.$$

In this respect, according to the invention, the depth L _B of the shaft cavity 50 preferably satisfies the following inequality $$1\text{/}4\times {\text{D}}_{\text{S}}\le {\text{L}}_{\text{B}}\le 3\text{/}4\times {\text{D}}_{\text{S}}.$$

Um den Nietschaft 30 während des Fügevorgangs mechanisch zu entlasten ist es zudem bevorzugt, angrenzend an die Eingangsöffnung des Schafthohlraums 50 einen konvexen Einlaufbereich mit einem Einlaufradius R_S vorzusehen. Der Einlaufradius, im Speziellen dieser konvexe Einlaufbereich, begünstigt im Gegensatz zu einer spitzkantigen Ausführungsform der Innenwand 36 des Schafthohlraums 50, wie beispielsweise eine Fase, eine annähernd fließende Aufnahme eines Stanzbutzens (nicht gezeigt) in den Schafthohlraum 50. Steigt der Stanzbutzen nicht ausreichend weit in den Schafthohlraum 50 auf, wird das weitere Eintreiben des Halbhohlstanzniets 1 in die miteinander zu verbindenden Bauteile erschwert. Dies hat zur Folge, dass die mechanische Belastung des Halbhohlstanzniets 1 zunimmt.In order to mechanically relieve the rivet shank 30 during the joining process, it is also preferred to provide a convex lead-in area with a lead-in radius R _S adjacent to the entry opening of the shank cavity 50 . In contrast to a pointed-edged embodiment of the inner wall 36 of the shaft cavity 50, such as a chamfer, the inlet radius, in particular this convex inlet area, favors an approximately flowing reception of a punched slug (not shown) in the shaft cavity 50. If the punched slug does not rise far enough in the shank cavity 50, further driving of the semi-hollow punch rivet 1 into the components to be connected is made more difficult. The consequence of this is that the mechanical load on the semi-tubular punch rivet 1 increases.

Vorzugsweise weist der konvexe Einlaufbereich des Schafthohlraums 50 einen Einlaufradius R_S aus dem Bereich 0,3 mm ≤ R_S ≤ 6 mm auf.The convex entry area of the shaft cavity 50 preferably has an entry radius R _S in the range of 0.3 mm≦R _S ≦6 mm.

Ein Einlaufradius R_S > 6 mm ist für diese Funktion weitestgehend wirkungslos, da ein derart großer Einlaufradius in Relation zur Gesamtabmessung des Halbhohlstanzniets 1 zu groß ist. Ein Einlaufradius R_S von < 0,3 mm wirkt wiederum ähnlich einer Fase zu scharfkantig und ist somit anfällig für mechanische Spannungsspitzen im Schafthohlraum 50.A run-in radius R _S >6 mm is largely ineffective for this function since such a large run-in radius is too large in relation to the overall dimensions of the semi-hollow punch rivet 1 . A run-in radius R _S of <0.3 mm has the same sharp-edged effect as a chamfer and is therefore susceptible to mechanical stress peaks in the shank cavity 50.

Der erfindungsgemäß bevorzugte Halbhohlstanzniet 1 umfasst den bereits oben genannten Nietkopf 10. Der Nietkopf 10 weist je nach Anwendungsfall eine bevorzugte Kopfform auf, wie sie beispielgebend in 7 schematisch gezeigt sind. Entsprechend wird vorzugsweise der Nietschaft 30 mit einem Senkkopf (7A), einem Senkkopf mit kreisbogenförmigem Übergang zum Nietschaft 30 (7B), oder einem Flach-Rund-Kopf (siehe 7C) kombiniert. Es ist ebenfalls bevorzugt, den Nietkopf 10 mit einem Funktionselement zu kombinieren, wie vorzugsweise ein Gewindebolzen oder eine Mutter (siehe 7D).The semi-tubular punch rivet 1 preferred according to the invention comprises the rivet head 10 already mentioned above. Depending on the application, the rivet head 10 has a preferred head shape, as shown in an example in 7 are shown schematically. Accordingly, the rivet shank 30 is preferably fitted with a countersunk head ( 7A ), a countersunk head with a circular transition to the rivet shank 30 ( 7B ), or a flat-round head (see 7C ) combined. It is also preferred to combine the rivet head 10 with a functional element, such as preferably a threaded bolt or a nut (see Fig 7D ).

BezugszeichenlisteReference List

11

Halbhohlstanznietsemi-tubular punch rivet

1010

Nietkopfrivet head

3030

Nietschaftrivet shank

3232

Mantelflächelateral surface

3434

Schaftwandshaft wall

3636

Innenwand des Schafthohlraums 50Inner wall of the shaft cavity 50

4040

Nietfußrivet foot

5050

Schafthohlraumshaft cavity

LL

Mittellängsachse des HalbhohlstanznietsCentral longitudinal axis of the semi-hollow punch rivet

NN

Normale zur Längsachse des HalbhohlstanznietsNormal to the longitudinal axis of the semi-tubular punch rivet

GG

Grundseite des Polygons des polygonalen NietfußesBase of the polygon of the polygonal rivet foot

P1, P2P1, P2

geradlinige Polygonseiten des polygonalen Nietfußesrectilinear polygon sides of the polygonal rivet foot

E1, E2, E3, E4, E5, E6E1, E2, E3, E4, E5, E6

Eckpunkte des polygonalen Nietfußes 40Corner points of the polygonal rivet foot 40

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

• DE 102015101950 A1 [0003]DE 102015101950 A1 [0003]
• DE 20319610 U1 [0003]DE 20319610 U1 [0003]
• DE 102005052360 B4 [0003]DE 102005052360 B4 [0003]
• DE 102019102383 A1 [0004]DE 102019102383 A1 [0004]

Claims (12)

Ein Halbhohlstanzniet (1), mit dem eine Verbindung zwischen mindestens zwei stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen herstellbar ist und der die folgenden Merkmale aufweist: a. einen geschlossenen Nietkopf (10) und einen sich davon erstreckenden Nietschaft (30) mit einem Schaftdurchmesser D_S, der eine umlaufende Schaftwand (34) mit einer zylindrischen Mantelfläche (32) sowie einen sich in Richtung Nietkopf (10) erstreckenden Schafthohlraum (50) mit einer Schaftinnenfläche aufweist, b. an einem dem Nietkopf (10) abgewandten Ende des Nietschafts (30) endet die Schaftwand (34) in einem polygonalen Nietfuß (40), der c. in einem axialen Querschnitt des Halbhohlstanzniets (1) die Form eines n-eckigen Polygons mit n≥3 aufweist, welches an einer dem Nietkopf (10) zugewandten Seite durch eine gedachte Polygon-Grundseite (G) senkrecht zu einer Längsachse L des Halbhohlstanzniets (1) über eine vollständige radiale Breite der Schaftwand (34) begrenzt ist, die mit der zylindrischen Mantelfläche (32) und der Schaftinnenwand (36) jeweils eine Polygonecke bildet, wobei d. der Nietfuß (40) in mindestens einer Polygonecke abgewandt vom Nietkopf (10) ausläuft, die um eine Polygonhöhe h_P senkrecht von der Polygon-Grundseite (G) gemäß h_P/D_S<_0,035 beabstandet ist.A semi-tubular punch rivet (1) with which a connection can be produced between at least two components arranged in a stack one above the other and which has the following features: a. a closed rivet head (10) and a rivet shank (30) extending therefrom with a shank diameter D _S , which has a circumferential shank wall (34) with a cylindrical lateral surface (32) and a shank cavity (50) extending in the direction of the rivet head (10). having a shank inner surface, b. at an end of the rivet shank (30) facing away from the rivet head (10), the shank wall (34) ends in a polygonal rivet foot (40), which c. in an axial cross-section of the semi-tubular punch rivet (1) has the shape of an n-cornered polygon with n≥3, which on a side facing the rivet head (10) is defined by an imaginary polygon base (G) perpendicular to a longitudinal axis L of the semi-tubular punch rivet (1st ) is limited over a complete radial width of the shank wall (34), which forms a polygon corner with the cylindrical lateral surface (32) and the shank inner wall (36), d. the rivet foot (40) ends in at least one polygon corner facing away from the rivet head (10), which is spaced perpendicularly from the polygon base (G) by a polygon height h _P according to h _P /D _S <_0.035. Der Halbhohlstanzniet (1) gemäß Patentanspruch 1, in dem die mindestens eine Polygonecke am Nietfuß (40) über eine erste Polygonseite (P₁) direkt mit der zylindrischen Mantelfläche (32) verbunden ist und die erste Polygonseite (P₁) mit einer Normalen (N) zur Längsachse L des Halbhohlstanzniets (1) einen Winkel α<40° einschließt.The semi-hollow punch rivet (1) according to Claim 1 , in which the at least one polygon corner on the rivet foot (40) is connected directly to the cylindrical lateral surface (32) via a first polygon side (P ₁ ) and the first polygon side (P ₁ ) is connected to a normal (N) to the longitudinal axis L of the semi-hollow punch rivet ( 1) includes an angle α<40°. Der Halbhohlstanzniet (1) gemäß Patentanspruch 2, in dem die mindestens eine Polygonecke am Nietfuß (40) über eine zweite Polygonseite (P₂) direkt mit der Schaftinnenwand (36) verbunden ist und die zweite Polygonseite (P₂) mit einer Normalen zur Längsachse L des Halbhohlstanzniets (1) einen Winkel α<40° einschließt.The semi-hollow punch rivet (1) according to patent claim 2 , in which the at least one polygon corner on the rivet foot (40) is connected directly to the inner wall (36) of the shank via a second polygon side (P ₂ ) and the second polygon side (P ₂ ) forms an angle with a normal to the longitudinal axis L of the semi-hollow punch rivet (1). includes α<40°. Der Halbhohlstanzniet (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, in dem der Nietfuß (40) ein viereckiges (n=4) oder ein fünfeckiges Polygon (n=5) aufweist.The semi-tubular self-piercing rivet (1) according to any one of the preceding claims, in which the rivet foot (40) has a quadrangular (n=4) or a pentagonal (n=5) polygon. Der Halbhohlstanzniet (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, der einen Schaftdurchmesser D_S von D_S ≤ 5,6 mm, vorzugsweise D_S = 5,3 mm, aufweist.The semi-tubular punch rivet (1) according to one of the preceding claims, which has a shank diameter D _S of D _S ≤ 5.6 mm, preferably D _S = 5.3 mm. Der Halbhohlstanzniet (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Patentansprüche, der einen Kopfdurchmesser D_K von 7,75 mm aufweist.The semi-tubular punch rivet (1) according to at least one of the preceding claims, which has a head diameter D _K of 7.75 mm. Der Halbhohlstanzniet (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, der eine Länge L_N des Halbhohlstanzniets (1) im Bereich von 4 mm ≤ L_N ≤ 9 mm aufweist.The semi-tubular self-piercing rivet (1) according to one of the preceding claims, having a length L _N of the semi-tubular self-piercing rivet (1) in the range of 4 mm ≤ L _N ≤ 9 mm. Der Halbhohlstanzniet (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, der eine Tiefe L_B des Schafthohlraums (50) in Bezug auf den Schaftdurchmesser D_S des Halbhohlstanzniets (1) im Bereich von 1/4 D_S ≤ L_B ≤ 3/4 D_S aufweist.The semi-tubular punch rivet (1) according to one of the preceding claims, which has a depth L _B of the shank cavity (50) in relation to the shank diameter D _S of the semi-tubular punch rivet (1) in the range of 1/4 D _S ≤ L _B ≤ 3/4 D _S having. Der Halbhohlstanzniet (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, in dem der polygonale Nietfuß (40) über einen konvexen Flächenabschnitt (52) mit der Schaftinnenwand (36) verbunden ist, der einen Einlaufradius R_S in den Schafthohlraum (50) im Bereich von 0,3 mm≤R_S≤6 mm aufweist.The semi-tubular punch rivet (1) according to one of the preceding claims, in which the polygonal rivet foot (40) is connected to the inner wall (36) of the shank via a convex surface section (52) which has an entry radius R _S into the shank cavity (50) in the range from 0 .3mm≤R _S ≤6mm. Eine Stanznietverbindung aus mindestens zwei stapelförmig übereinander angeordneten Bauteilen, die über den Halbhohlstanzniet (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche miteinander verbunden sind.A punch rivet connection consisting of at least two components arranged in a stack one above the other, which are connected to one another via the semi-tubular punch rivet (1) according to one of the preceding claims. Ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen mithilfe eines Halbhohlstanzniets (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 10, welches die folgenden Schritte aufweist: a. Anordnen der mindestens zwei Bauteile übereinander in einer stapelförmigen Anordnung auf einer Matrize oder einem Amboss (Schritt S1), b. Setzen des Halbhohlstanzniets (1) in die mindestens zwei Bauteile (Schritt S2).A method for connecting at least two components using a semi-hollow punch rivet (1) according to at least one of the preceding ones patent claims 1 until 10 , which comprises the following steps: a. arranging the at least two components one above the other in a stacked arrangement on a die or an anvil (step S1), b. Placing the semi-tubular punch rivet (1) in the at least two components (step S2). Ein Herstellungsverfahren eines Halbhohlstanzniets (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 9, welches die folgenden Schritte aufweist: a. Kaltschlagen des Halbholstanzniets aus einem Drahtsegment (H1) und b. vorzugsweise Beschichten des Halbhohlstanzniets nach dem Kaltschlagen (H2).A manufacturing method of a semi-tubular punch rivet (1) according to any one of the preceding patent claims 1 until 9 , which comprises the following steps: a. Cold forging the semi-hollow punch rivet from a wire segment (H1) and b. preferably coating the semi-tubular punch rivet after cold forging (H2).

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