WO2021160315A1 - Fuegeelement, verbindungsstruktur mit dem fuegeelement sowie ein entsprechendes verbindungsverfahren - Google Patents

Fuegeelement, verbindungsstruktur mit dem fuegeelement sowie ein entsprechendes verbindungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2021160315A1
WO2021160315A1 PCT/EP2020/084539 EP2020084539W WO2021160315A1 WO 2021160315 A1 WO2021160315 A1 WO 2021160315A1 EP 2020084539 W EP2020084539 W EP 2020084539W WO 2021160315 A1 WO2021160315 A1 WO 2021160315A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
joining element
tip
component
shaft
radius
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/084539
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sergej Erbis
Marcel Uffelmann
Original Assignee
Boellhoff Verbindungstechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boellhoff Verbindungstechnik Gmbh filed Critical Boellhoff Verbindungstechnik Gmbh
Publication of WO2021160315A1 publication Critical patent/WO2021160315A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B15/00—Nails; Staples
    • 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
    • F16B19/14—Bolts or the like for shooting into concrete constructions, metal walls or the like by means of detonation-operated nailing tools

Definitions

  • connection structure with the joining element and a corresponding one
  • the present invention relates to a joining element for producing a connection between at least two components, in particular a setting bolt, a connection structure composed of at least a first and a second component connected by means of the joining element, and a method for connecting at least one first component to a second component by means of the joining element.
  • Joining elements for establishing a connection between two components usually comprise a head, a shaft and a tip.
  • the specific structure of the joining element depends on the desired area of application, so that joining elements are known in the prior art in a large number of different configurations.
  • DE 102006 002238 A1 describes the use of a nail as a joining element.
  • the nail is driven in at high speed through the components that are not prepunched in the joining area so that the nail tip penetrates both components completely and a bulge-shaped material is formed in the component on the nail head side, which protrudes into an annular groove in the nail head and into the component facing away from the nail head Kraterformiger material bulge is formed, which protrudes in the opposite direction.
  • An auxiliary welding joining part for connecting components is described in DE 102012010 870 A1.
  • the auxiliary welding joining part is disclosed in the form of a bolt with a head, a shaft and a tip, wherein the tip can be designed, for example, ogival.
  • ogival tips are generally known for both joining elements and fastening elements.
  • fastening elements are fastened in a component. Since the tip of the joining elements is usually intended to penetrate the components that are not prepunched in the joining area during the production of the connection, this must be taken into account when designing the joining elements. With regard to the design, the aim of fastening elements is not to penetrate the component, but are adapted to penetrate a component.
  • the known geometry of the joining elements and the fastening elements therefore fails when placed in a component made of high-strength or ultra-high-strength steel that has not been pre-punched in the joining area, the tip of the element should completely penetrate both components.
  • DE 102014019 322 A1 describes the use of a joining element with a pointed area and a shaft area, the properties of which differ, the connecting element being designed in one piece .
  • the pointed one The area has a higher strength than the shank area, so that the pointed area can also penetrate ultra-high-strength steels without plastic deformation of the pointed area.
  • a disadvantage of this design is the undesirable formation of a slug when it is placed in the high-strength or ultra-high-strength steel.
  • the object of the present invention is therefore to provide a joining element that is optimized compared to the prior art, with which it can be set in a component made of high-strength or ultra-high-strength steel without failure of the joining element, ie deformation of the tip area and / or breakage of the joining element is also possible without separating a slug.
  • a joining element according to the invention for establishing a connection between at least two components, in particular a setting bolt comprises a head at a first axial end, a tip at a second axial end opposite the first axial end and a shaft arranged between the tip and the head, the one
  • the longitudinal axis of the joining element is defined between the first and the second axial end, the tip having, in cross section along the longitudinal axis, a circular area mirror-symmetrical with respect to the longitudinal axis with a first radius r 1 adjacent to the shaft, the center of which is perpendicular to the shaft
  • the longitudinal axis of the joining element lies so that the tip in the circular area tapers in an ogival shape to the second axial end, and the tip has a convex circular end area with a second radius r 2 following the circular area, the center of which is adjacent to the longitudinal axis of the joining element rt is arranged to the second axial end, for a ratio between the The following applies to the first radius r 1 and
  • the joining element according to the invention thus comprises, in a known manner, a head, a shaft and a tip.
  • the tip and the shaft are preferably designed in one piece.
  • the joining element is particularly preferably designed as a single piece, i.e. the head, the shaft and the tip.
  • the joining element preferably consists of only one material. This is especially true for the shaft and the tip. This means that the joining element according to the invention preferably has no additional coating or a further material layer on the outside.
  • the extension of the shaft between the head and the tip also defines the longitudinal axis of the joining element between the first and the second axial end in the usual way, which is also referred to as the central longitudinal axis due to its position and course.
  • the shaft is preferably cylindrical.
  • the core diameter is preferably used as the diameter of the shaft. With reference to a one-piece shaft with a surface profile, it is therefore the smallest diameter of the shaft. For example, based on a thread as a possible surface profile in the shank area, the core diameter thus designates the distance between the inner points of the thread or the surface profile, measured perpendicular to the longitudinal axis.
  • this has a first ogival area adjacent to the shaft and an adjoining spherical area, the radius r 1 of the ogival area or of the area, which is circular in cross section along the longitudinal axis, a certain ratio to the diameter of the to solve the task defined above Has shaft, which will be explained below.
  • An ogival body or area is created by an arc segment that is rotated 360 ° around a central axis. If such a body or area is viewed in cross section along the central axis, the corresponding circular arc segment is mirror-symmetrical to the central axis.
  • An ogival shape is therefore a body of revolution.
  • such an ogival area is defined by the circular area with the first radius r 1 present in cross section along the longitudinal axis. This circular area adjoins the preferably cylindrical shaft directly or directly.
  • the longitudinal axis represents the central axis around which the circular area is rotated through 360 °. The circular area is thus mirror-symmetrical in cross section along the longitudinal axis with respect to the longitudinal axis.
  • the center point of the circular area is arranged on the vertical on the side opposite the circular area in relation to the longitudinal axis.
  • a distance between the circular area and the longitudinal axis of the shaft is reduced in the direction of the convex circular end area, which is illustrated in particular on the basis of the figures discussed later.
  • the ogival shape is truncated spherically at the second end due to the circular end region, which is convex in cross section along the longitudinal axis and adjoins the ogival region directly or directly.
  • This configuration is therefore also referred to as a spherical or spherically truncated ogival shape.
  • a transition between the ogival area and the spherical shape is preferably stepless. Alternatively, a transition using a step is also preferred.
  • the tip of the joining element is geometrically adapted to maximize dimensional stability and at the same time to ensure a selective application of force. Due to this special geometric adaptation, the risk of breaking the joining element, deformation of the tip and severing of a slug in the case of a translational setting, i.e. in the case of essentially rotation-free setting, of the joining element in the components to be connected and not pre-punched in the joining area is compared reduced to the known joining elements or preferably eliminated.
  • the more robust tip of the joining element formed in this way avoids plastic deformation of the joining element due to mechanical stresses in the joining process.
  • This also and especially applies with regard to the use of a high-strength or ultra-high-strength steel for one of the components to be connected to one another, in particular for the lower, ie head-off applied, component with a translational setting of the joining element in a non-prepunched joining area, whereby the tip of the joining element penetrates the component.
  • the process-reliable penetration of the components to be connected with the tip of the joining element especially if one of the components to be connected consists of high-strength or ultra-high-strength steel, as well as the formation of slugs are decisive depend on the diameter of the shaft and the radius r 1 of the area which is circular in cross section along the longitudinal axis, ie the ogival shape.
  • the joining force acting on the pin tip must be distributed over the largest possible cross-sectional area so that the stresses remain well below the yield point of the material of the joining element.
  • the bolt tip must transfer the joining force selectively to the component made of high-strength or ultra-high-strength steel facing away from the head in order to cut through the component at the point of attack and then expand it fluently. Otherwise the shear strength of the high-strength or ultra-high-strength steel is exceeded and a slug is suddenly punched out. The latter is observed in particular when using a joining element with one of the known geometries.
  • the optimum for the translational setting of the joining element ie the essentially rotation-free setting, is described by the ratio between the radius r 1 of the circular area and the diameter of the shaft. In the context of the present invention, this ratio is also referred to as the equivalence quotient or the equivalence factor.
  • a value range of 0.9 to 1.3 is particularly advantageous for the equivalence factor, which results in a first radius r 1 of approximately 3 mm to approximately 4 mm for an exemplary shaft diameter of 3.15 mm.
  • the advantage compared to larger radii of> 6mm, ie an equivalence factor over 2, is that the cross-sectional area increases faster in the direction of the head and the reaction forces are thus distributed over a larger area.
  • the resulting stress is preferably still below the yield point of the material of the joining element, so that the tip is not deformed.
  • a further advantage of this second radius r 2 results in particular in combination with the diameter d S of the shaft and the first radius r 1 , that is to say the equivalence quotient.
  • the resulting technical effect is the geometric resistance to deformation, the radius r 2 in relation to the shaft diameter still being pointed enough to be able to penetrate the components to be connected, in particular the component facing away from the head, without separating a slug.
  • the tip radius r 2 is particularly preferably in the range from 0.1 to 0.6 mm.
  • r 1 / r 2 4.0 preferably r 1 / r 2 4.5 and particularly preferably r 1 / r 2 10, and / or r 1 / r 2 100, preferably r 1 / r 2 50 and particularly preferably r 1 / r 2 40. This further reduces the risk of plastic deformation of the tip.
  • the preferred length 1 S of at least 5 mm ensures that a force fit or form fit is guaranteed even with thicker components.
  • the joining element designed in this way the process-reliable joining of a high-strength or ultra-high-strength steel, for example a press-hard 22MnB5 profile, which has a high tensile strength of more than 1,400 MPa, is made possible in particular as a component facing away from the head.
  • the process-reliable joining is also given with this material with a material thickness of more than 1.3 mm and with only one-sided accessibility of the components to be connected to one another.
  • the vertical is arranged between the shaft and the tip, so that a tangent ogi ve results.
  • the circular area is arranged tangentially to the preferably cylindrical shaft.
  • the head of the joining element advantageously has a cylindrical circumferential surface and a flat underside, with an annular groove being present in the flat underside adjacent to the shaft for receiving a bulge-shaped material bulge of the head-side component. It is also preferred that the annular groove adjacent to the shaft has a rounded circumferential surface which merges tangentially into the shaft on the one hand and into a conical surface on the other. In this way, especially when the upper material rises against the joining direction with a corresponding material-thickness combination, it can be received in the annular groove.
  • the shaft comprises a
  • the joining element is fastened particularly reliably in the component facing away from the head, which consists of the high-strength or ultra-high-strength steel.
  • connection structure according to the invention consists of at least a first component and a second component, which are connected by means of a joining element according to the invention.
  • the first component is arranged adjacent to the head and the second component is arranged adjacent to the tip of the joining element, the second component being made of steel, in particular hot-formed steel, with a tensile strength of at least 1,400 MPa.
  • the head remote or lower component thus consists of a high-strength or ultra-high-strength steel, in particular a press-hard steel such as Usibor.
  • the joining element designed in this way prevents a slug from being separated from the second steel component with a tensile strength of at least 1,400 MPa.
  • a method according to the invention for connecting at least one first component to a second component by means of a joining element according to the invention comprises the steps: arranging the first and the second component one above the other, placing the joining element in the arrangement of the first and second component arranged one above the other, with the setting of the joining element - ments is essentially rotation-free.
  • the essentially rotation-free setting can also be referred to as exclusively translatory setting of the joining element. This setting takes place in the components that are not prepunched in the joining area and are to be connected to one another. At the end of the setting process, the tip of the joining element has penetrated both components.
  • the first component is arranged adjacent to the head and the second component is arranged adjacent to the tip of the joining element, the second component being made of a steel, in particular a hot-formed steel, with a tensile strength of at least 1,400 MPa.
  • the head-facing or lower component thus consists of a high-strength or ultra-high-strength steel, in particular a press-hard steel such as Usibor. Due to the specific geometry of the tip of the joining element, when the joining element is placed in such a component and when penetrating the component, the risk of plastic deformation of the tip and breakage of the joining element of the joining element is reduced or preferably eliminated.
  • the first component is arranged adjacent to the head and the second component is arranged adjacent to the tip of the joining element, the second component penetrating without severing a slug. It is precisely the specific geometry of the joining element according to the invention that makes it possible that no slug is cut off from the second component made of steel with a tensile strength of at least 1,400 MPa. Rather, the component is severed at the point of attack and then widened smoothly, which will be clarified later with reference to the figures.
  • FIG. 1a shows a cross-sectional view of a joining element set in two components
  • FIG. 1b shows a perspective view of the arrangement according to FIG. 1a with the tip of the joining element
  • Figure 2 is a schematic drawing to illustrate an ogival shape
  • FIG. 3 shows a side view with a partial cross section of a joining element to illustrate a spherically truncated ogival shape
  • FIG. 4a shows a side view with a partial cross section of a joining element
  • FIG. 4b shows an enlarged view of the circled tip area from FIG. 4a
  • FIG. 5a shows a side view with a partial cross section of a first embodiment of a joining element according to the invention
  • FIG. 5b shows an enlarged view of the circled tip area from FIG. 5a
  • FIG. 6 shows a side view with a partial cross section of a second embodiment of a joining element according to the invention
  • FIG. 7 shows a side view with a partial cross section of a third embodiment of a joining element according to the invention
  • FIG. 8a shows a side view with a partial cross section of a fourth embodiment of a joining element according to the invention
  • FIG. 8b shows an enlarged view of the circled tip area from FIG. 8a
  • FIG. 9 shows a side view with a partial cross section of a fifth embodiment of a joining element according to the invention.
  • FIG. 10a shows a side view with a partial cross section of a sixth embodiment of a joining element according to the invention
  • FIG. 10b shows an enlarged view of the circled tip area from FIG. 10a
  • FIG. 11a shows a side view with a partial cross section of a seventh embodiment of a joining element according to the invention
  • FIG. 11b shows an enlarged view of the circled tip area from FIG. 11a
  • FIG. 12a shows a cross-sectional view of a joining element set in two components according to an embodiment of the invention
  • FIG. 12b shows a perspective view of the arrangement according to FIG. 12a with the tip of the joining element
  • FIG. 13 shows a flow diagram of an embodiment of a method for connecting two components. 5. Detailed Description of the Preferred Embodiments
  • FIG. 1 a a cross-sectional view of a connecting structure is shown, which consists of a first component A and a second component B, which are connected to one another by means of a joining element 1.
  • the second component B consists of a high-strength or ultra-high-strength steel that has a high tensile strength of more than 1,400 MPa, for example Usibor. Before the joining element was set, both components were not prepunched in the joining area.
  • the joining element 1 has a head 10 at a first axial end, a tip 20 at a second axial end and a shaft 30 arranged in between.
  • the tip 20 has, adjacent to the shaft 30, a circular region 22 with a first radius r 1 , which will be explained later. Due to a translational setting process in which the originally ogival tip of the joining element 1 has penetrated both components A, B that were not prepunched in the joining area, the tip was plastically deformed in the end area 26. This is particularly disadvantageous with regard to the energy required to place the joining element 1 in the two components A, B.
  • FIG. 1b shows a perspective view of the arrangement from FIG. La from the second component B.
  • This figure shows another disadvantage when using a high-strength or extremely high-strength steel as the second component B in connection with the joining element 1.
  • the use of the joining element 1 not only leads to the tip being plastically deformed in the end region 26, but also a slug 40 is cut out of the second component B. This is disadvantageous especially when the components A, B to be connected are only accessible from one side.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a shaft 30 and a tip 20 of a joining element in order to illustrate the creation of an ogival body.
  • An ogival body or area is usually defined by an arc of a circle, i.e. the one in the
  • the circular area 22 adjoins the preferably cylindrical shaft 30 directly or directly.
  • a center point M of the circular region 22 is arranged on a perpendicular S to the longitudinal axis L.
  • the center point M for the circular area 22 above the longitudinal axis L is shown in FIG. Since the circular area 22 for producing the ogival shape is designed mirror-symmetrically to the longitudinal axis L, the circular area 22 extends at most from the shaft 30 to the point at which it intersects the longitudinal axis L.
  • the center point M of the circular area 22 is arranged on the side opposite the circular area 22 in relation to the longitudinal axis L. Therefore, the center point M for the circular area 22 below the longitudinal axis L is correspondingly on the perpendicular S above the longitudinal axis L.
  • a tangent ogive and a secant Ogive distinguished.
  • the shaft 30 merges tangentially into the circular area 22.
  • the perpendicular S to the longitudinal axis L is arranged exactly between the shaft 30 and the tip 20.
  • the secant ogive differs from the tangent ogive in that the circular area 22 is not arranged tangentially to the shaft 30, but intersects it at an acute angle.
  • the vertical S is therefore arranged, for example, in the area of the shaft 30, that is to say further offset in the direction of the first axial end.
  • the joining element shown here has a head 10 with an upper side 12 and an underside 14, a shaft 30 and a tip 20.
  • the head diameter is marked with d K , the total length of the joining element with l G and the diameter of the shaft 30 with d S.
  • the enlarged section shows that the tip 20 consists of two areas.
  • the tip 20 In a first region, the tip 20 has the region 22, which is circular in cross section along the longitudinal axis and has the first radius r 1 . In this area, the tip 20 is thus formed ogivally.
  • This ogival area is followed by a circular end area 24 with a convex cross section along the longitudinal axis L and a second radius r 2 .
  • the ogival shape of the first area is truncated by means of a spherical shape. So it is a spherical truncated ogival shape.
  • FIGS. 4a and 4b show a joining element with a spherically truncated ogival shape of the tip 20.
  • the joining element 1 comprises the head 10, the tip 20 and the shaft 30.
  • the head 10 has an annular groove 16 and the shaft 30 via a surface profile 32.
  • the tip 20 consists of the circular area 22 and the convex circular end area 24.
  • the configuration shown here has a ratio between the first radius r 1 of the circular area 22 and the diameter d S of the shaft of approximately 8.2. With an exemplary diameter d S of 3.05 mm, a first radius r 1 of 25 mm therefore results.
  • FIG. 4b shows an enlargement of the circled area from FIG. 4a.
  • the second radius r 2 of the convex, circular end region 24 is of the order of magnitude of approximately 0.32 d S , ie, based on the above example, approximately 1.0 mm.
  • the risk of plastic deformation of the tip 20 can be at least partially reduced compared to using a joining element with an equivalence factor above 10, so that avoiding the plastic deformation is not feasible.
  • the component facing away from the head is made of high-strength or ultra-high-strength steel.
  • the disadvantage remains that a slug is cut off. This is particularly disadvantageous when the components to be connected are assumed to be only accessible from one side and should therefore be avoided.
  • Embodiments of the joining element according to the invention are described below with reference to FIGS. 5a to 11b, with FIGS. 12a and 12b showing the joining element in a connection structure. All of these embodiments have an equivalence factor between 0.6 and 5.5, as a result of which both a plastic deformation of the tip 20 and the separation of a slug when it is placed in high-strength or ultra-high-strength steel is prevented or avoided.
  • the joining element 100 comprises a head 10 at a first axial end, a tip 20 at a second axial end opposite the first axial end and a shaft 30 arranged between the tip 20 and the head 10 Shank 30 defines a longitudinal axis L of joining element 100 between the first and second axial ends.
  • the head 10 of the joining element 100 has a flat top side 12, a cylindrical circumferential surface and a flat bottom side 14.
  • an annular groove 16 adjacent to the shaft 30 for receiving a bulge-shaped material bulge of the component A on the head side.
  • the annular groove 16 has a rounded one adjacent to the shaft 30 circumferential surface which merges tangentially on the one hand into the shaft 30 and on the other hand into a conical surface. In this way, when the upper material rises against the joining direction with a corresponding material-thickness combination, it can be received in the annular groove 16.
  • the shaft 30 is cylindrical and comprises, at least in a partial area, a surface profile 32 for receiving material from the component B facing away from the head. In this way, the joining element 100 is fastened particularly reliably in the components A, B to be connected.
  • a length 1 S of the shaft 30 (see FIG. 6) is at least 5 mm. The reason for this is that the length ls of at least 5 mm in particular ensures that a force fit or form fit between the components and the joining element 100 is guaranteed even when thicker components are connected.
  • the joining element 100 designed in this way enables the process-reliable joining of high-strength or ultra-high-strength steel, for example a press-hard 22MnB5 profile that has a high tensile strength of more than 1,400 MPa, in particular as component B facing away from the head.
  • the process-reliable joining is also given with this material with a material thickness of more than 1.3 mm and with only one-sided accessibility of the components to be connected to one another.
  • the tip 20 with the circular area 22 and the convex circular end area 24 adjoins the shaft 30 directly.
  • the perpendicular S is arranged between the shaft 30 and the tip 20, so that a tangent ogive results.
  • An advantage of this embodiment results in comparison to the use of a secant ogive. This is because the components to be connected to one another are widened to a greater extent with the countersunk ogive, which can result in disadvantages when fastening the joining element in the components A, B that are to be connected to one another and are not pre-punched in the joint area.
  • the tip 20 In cross section along the longitudinal axis L, the tip 20 has the circular region 22, which is mirror-symmetrical with respect to the longitudinal axis L and has the first radius r 1, adjacent to the shaft 30.
  • the center M of the circular area 22 lies on a perpendicular to the longitudinal axis L of the joining element 100, so that the tip in the circular area 22 tapers to the second axial end in an ogival shape.
  • the Ogivali- The efficiency factor of the first embodiment is approximately 5.25, which corresponds to a first radius r 1 of approximately 16.0 mm for a diameter d S of the shaft 30 of 3.05 mm.
  • the tip 20 has the circular end region 24, which is convex in cross section along the longitudinal axis, with the second radius r 2 following the circular region 22.
  • the center point of the convex circular end region 24 is arranged on the longitudinal axis L of the joining element 100 adjacent to the second axial end.
  • a diameter d E of the end region 24 at the border with the circular region 22 is, for example, 0.6 mm.
  • a transition between the circular area and the end area is preferably stepless. Alternatively, a transition using a step is preferred at this point.
  • the tip 20 of the joining element 100 is geometrically adapted in order to ensure the greatest possible dimensional stability and, at the same time, a selective application of force.
  • the risk of fracture of joining element 100, deformation of tip 20 and severing of a slug in the event of a translational setting, ie in the case of an essentially rotation-free setting, of the joining element 100 in the components A, B to be connected is compared to the known joining elements reduced.
  • the more robust tip 20 of the joining element 100 formed in this way avoids plastic deformation of the joining element 100 due to mechanical stresses in the joining process.
  • This also and especially applies with regard to the use of high-strength or ultra-high-strength steel for one of the components A, B to be connected to one another, in particular for the lower component B, that is, component B facing away from the head.
  • B especially if one of the components A, B to be connected to one another is made of high-strength or ultra-high-strength steel, and the formation of slugs depends largely on the diameter d S of the shaft 30 and the first radius r 1 of the circular area 22, ie the ogival shape .
  • the joining force acting on the tip 20 must be distributed over the largest possible cross-sectional area so that the stresses are well below the yield point of the material of the joining element 100 stay.
  • the tip 20 must transfer the joining force selectively to the component B facing away from the head, made of high-strength or ultra-high-strength steel, in order to cut through the component B at the point of application and then to expand it fluently. Otherwise the shear strength of the high-strength or ultra-high-strength steel is exceeded and a slug is suddenly punched out.
  • FIG. 6 a second embodiment of a joining element 200 is shown.
  • the basic structure corresponds to the structure of the first embodiment of the joining element 100.
  • the shaft 30 is made longer and the surface profile 32 therefore extends over a longer area.
  • the surface profile ends at a distance from the tip 20, so that a region of the shaft 30 adjacent to the tip 20 is free of the surface profile 32.
  • the equivalence factor was further reduced to a value of approx. 4.26.
  • d S of the shaft 30 3.05 mm
  • this corresponds to a first radius r 1 of approx. 13.0 mm.
  • the second radius r 2 0.33 d S , which equates to a second radius r 2 of 1.0 mm.
  • the change in the ratios is also clear when comparing the first embodiment with the second embodiment.
  • the first embodiment has a significantly longer stretched tip 20 due to the higher equivalence factor.
  • the end region 24 is also designed to be more pointed in the first embodiment.
  • the greater length of the shaft 30 was retained and the equivalence factor was also kept at a value of approximately 4.26.
  • r 2 0.16 d S , which is a halving and thus equals a second radius r 2 of 0.5 mm.
  • the change in the ratios is also clear when comparing the second embodiment with the third embodiment. So has the third embodiment due to the smaller second radius r 2, a significantly longer pointed tip 20, since the convex circular end region 24 starts closer to the second axial end. In addition, the end region 24 is designed to be more pointed in the third embodiment.
  • the shaft 30 was shortened in comparison to the second and third embodiment, the equivalence factor being further reduced to a value of approximately 1.97.
  • the shaft 30 is also provided with a surface profile 32 directly adjacent to the tip 20.
  • the equivalence factor corresponds to a first radius r 1 of approximately 6.0 mm.
  • the second radius r 2 0.05 d S , which equates to a second radius r 2 of 0.15 mm.
  • a diameter d E of the end region 24 at the border with the circular region 22 is, for example, 0.5 mm, which results in a slight constriction on the The transition between the end area 24 and the circular area 22 results. As explained above, such a transition is also preferred in addition to a direct or stepless transition. As a result, the tip 20 of the fourth embodiment is therefore less elongated than in the third embodiment. In addition, the end region 24 is designed to be more pointed in the fourth embodiment.
  • the length of the shaft 30 was increased again and the equivalence factor was further reduced to a value of approximately 1.31.
  • the shaft 30 again has, adjacent to the tip 20, a region that is free of the surface profiling 32.
  • the second radius is the same in the fourth and fifth embodiments, but the first radius has been further reduced in the fifth embodiment. This has an advantageous effect on the behavior of the joining element 500 when it penetrates the components A, B to be connected to one another.
  • the sixth embodiment of the joining element 600 according to FIGS. 10a and 10b essentially corresponds to the fifth embodiment, but the shaft 30 has been shortened compared to the fifth embodiment.
  • This configuration thus also has an equivalence factor from approx. 1.31 to.
  • the equivalence factor corresponds to a first radius r 1 of approximately 4.0 mm, as in the fifth embodiment.
  • the same applies to the second radius r 2 as in the fifth Embodiment: r 2 0.05 d S , which corresponds to a second radius r 2 of 0.15 mm.
  • the length of the shaft 30 was retained in comparison to the sixth embodiment, as was the value of the equivalence factor of approximately 1.31.
  • the shaft 30 has, adjacent to the tip 20, a region that is free of the surface profiling 32.
  • the equivalence factor also results here in a first radius r 1 of approximately 4.0 mm for the exemplary diameter d S of the shaft 30.
  • the second radius r 2 0.16 d S , which equates to a second radius r 2 of 0.5 mm.
  • the end region 24 is designed to be flatter in comparison to the sixth embodiment, which further advantageously supports the penetration of the components A, B to be connected to one another.
  • Figures 12a and 12b show an embodiment of a connection structure according to the invention consisting of a first component A facing the head and a second component B facing away from the head, which are connected by means of an embodiment of the joining element according to the invention, for example the joining element again 700.
  • the second component B consists of a steel, in particular a hot-formed steel, with a tensile strength of at least 1,400 MPa.
  • the lower component B facing away from the head was thus produced from a high-strength or ultra-high-strength steel, in particular a press-hard steel such as Usibor, for example. Due to the specific geometry of the tip of the joining element 700, when the joining element 700 is placed in such a component B and when the component B penetrates, the risk of plastic deformation of the tip 20 and fracture of the joining element 700 is reduced or preferably eliminated. In addition, the joining element 700 designed in this way prevents a slug from being separated from the second component made of steel with a tensile strength of at least 1,400 MPa.
  • FIG. 13 a flowchart of an embodiment of a method for connecting a first component A to a second component B by means of an embodiment of a joining element is shown.
  • first step A the first A and the second component B are arranged one above the other.
  • the joining element is placed in the arrangement of the first and second component arranged one above the other, the joining element being placed essentially without rotation.
  • the essentially rotation-free setting can also be referred to as exclusively translatory setting of the joining element.
  • the first component is arranged adjacent to the head and the second component adjacent to the tip of the joining element when it is set, and both components are not prepunched in the joining area, as already discussed.
  • the second component consists in particular of a steel, preferably a hot-formed steel, with a tensile strength of at least 1,400 MPa. A penetration of the second component B takes place without separation of a slug. It is precisely the specific geometry of the joining element according to the invention that makes it possible that no slug is separated from the second component made of steel with a tensile strength of at least 1,400 MPa. Rather, the material of the second component is cut through and then expanded in a flowing manner (see FIG. 12b).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fügeelement (1) zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Setzbolzen. Das Fügeelement umfasst: einen Kopf (10) an einem ersten axialen Ende, eine Spitze an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende sowie einen zwischen der Spitze und dem Kopf angeordneten Schaft (30), der eine Längsachse des Fügeelements zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende definiert. Die Spitze weist im Querschnitt entlang der Längsachse einen in Bezug auf die Längsachse spiegelsymmetrischen kreisförmigen Bereich (22) mit einem ersten Radius r1 benachbart zum Schaft auf. Der Mittelpunkt des kreisförmigen Bereichs liegt auf einer Senkrechten zu der Längsachse des Fügeelements, so dass die Spitze im kreisförmigen Bereich spitzbogenförmig zum zweiten axialen Ende zuläuft. Weiterhin weist die Spitze einen konvexen kreisförmigen Endbereich mit einem zweiten Radius r2 im Anschluss an den kreisförmigen Bereich auf, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse des Fügeelements benachbart zum zweiten axialen Ende angeordnet ist. Für ein Verhältnis zwischen dem ersten Radius r1 und einem Durchmesser ds des Schafts benachbart zur Spitze gilt: 0,6 ≤ r1/ds ≤ 5,5.

Description

Fügeelement, Verbindungsstruktur mit dem Fügeelement sowie ein entsprechendes
Verbindungsverfahren
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fügeelement zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere einen Setzbolzen, eine Verbindungsstruktur aus mindestens einem ersten und einem zweiten Bauteil, die mittels des Fügeelements verbunden sind, sowie ein Verfahren zum Verbinden mindestens eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels des Fügeelements.
2. Hintergrund der Erfindung
Fügeelemente zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen umfassen üblicher- weise einen Kopf, einen Schaft sowie eine Spitze. Der spezifische Aufbau des Fügeelements hängt von dem gewünschten Einsatzgebiet ab, so dass Fügeelemente im Stand der Technik in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen bekannt sind.
So beschreibt DE 102006 002238 A1 die Verwendung eines Nagels als Fügeelement. Der Nagel wird mit hoher Geschwindigkeit durch die im Fügebereich nicht vorgelochten Bauteile so eingetrieben, dass die Nagelspitze beide Bauteile vollständig durchdringt und im nagelkopfseiti- gen Bauteil ein wulstförmiger Materialaufwurf gebildet wird, der in eine Ringnut des Nagelkop- fes vorsteht, sowie im nagelkopfabgewandten Bauteil ein kraterformiger Materialaufwurf gebildet wird, der in entgegengesetzter Richtung vorsteht. Ein Schweißhilfsfügeteil zum Verbinden von Bauteilen ist in DE 102012010 870 A1 beschrie- ben. Das Schweißhilfsfügeteil wird in Form eines Bolzens mit einem Kopf, einem Schaft und einer Spitze offenbart, wobei die Spitze beispielsweise ogival ausgestaltet sein kann.
Weitere Fügeelemente mit ogivalen Spitzen zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen sind in WO 2007/043985 A1 und US 5,658,109 A1 beschrieben.
Generell ist die Verwendung von ogivalen Spitzen sowohl bei Fügeelementen als auch bei Befestigungselementen bekannt. Im Unterschied zu Fügeelementen, die zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen geeignet sind, werden Befestigungselemente in einem Bauteil befestigt. Da die Spitze der Fügeelemente im Rahmen des Herstellens der Verbin- dung üblicherweise die im Fügebereich nicht vorgelochten miteinander zu verbindenden Bautei- le durchdringen soll, muss dies bei der Gestaltung der Fügeelemente berücksichtigt werden. Befestigungselemente haben im Hinblick auf die Gestaltung nicht zum Ziel, die Bauteile zu durchdringen, sondern sind angepasst, um in ein Bauteil einzudringen.
Der Vollständigkeit halber findet sich ein Beispiel für ein entsprechendes Befestigungselement in US 2,751,808 A1. Das hier beschriebene Befestigungselement weist eine ogivale Spitze auf, die kugelförmig abgestumpft ist.
Ein Nachteil der oben diskutierten Fügeelemente, wie auch der Befestigungselemente, wird ersichtlich, wenn eines der miteinander zu verbindenden Bauteile aus hoch- oder höchstfestem Stahl besteht, beispielsweise aus presshartem Stahl. Wird ein solcher Stahl beispielsweise für das untere Bauteil, d.h. als kopfabgewandtes Bauteil, verwendet, kommt es bei Verwendung der oben erläuterten Fügeelemente und Befestigungselemente, zu einer unerwünschten Deformation der Spitze der Elemente und/oder zu einem Bruch im Element. Somit versagt die bekannte Geometrie der Fügeelemente und der Befestigungselemente beim Setzen in ein im Fügebereich nicht vorgelochtes Bauteil aus hoch- oder höchstfestem Stahl, wobei die Spitze des Elements beide Bauteile vollständig durchdringen soll.
Um diesen besonderen Anforderungen an das Setzen in ein Bauteil aus hoch- oder höchstfestem Stahl gerecht zu werden, beschreibt DE 102014019 322 A1 die Verwendung eines Fügeele- ments mit einem zugespitzten Bereich und einem Schaftbereich, deren Eigenschaften sich unterscheiden, wobei das Verbindungselement einstückig ausgebildet ist. Der zugespitzte Bereich weist eine höhere Festigkeit auf als der Schaftbereich, so dass der zugespitzte Bereich auch ultrahochfeste Stähle ohne eine plastische Verformung des zugespitzten Bereichs durch- dringen kann.
Ein Nachteil dieser Gestaltung ist jedoch die unerwünschte Bildung eines Butzens beim Setzen in den hoch- oder höchstfesten Stahl.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein im Vergleich zum Stand der Technik optimiertes Fügeelement bereitzustellen, mit dem ohne Versagen des Fügeelements, d.h. Defor- mation des Spitzenbereichs und/oder Bruch des Fügeelements, ein Setzen in ein Bauteil aus hoch- oder höchstfestem Stahl auch ohne Abtrennung eines Butzens möglich ist.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Fügeelement zum Herstellen einer Verbindung zwi- schen mindestens zwei Bauteilen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, eine Verbin- dungsstruktur gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11 sowie ein Verfahren zum Verbinden mindestens eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil gemäß dem unabhängigen Patentan- spruch 13. Vorteilhafte Ausführungsfomien und Weiterentwicklungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen sowie den anhängigen Patentansprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Fügeelement zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Setzbolzen, umfasst einen Kopf an einem ersten axialen Ende, eine Spitze an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende sowie einen zwischen der Spitze und dem Kopf angeordneten Schaft, der eine Längsachse des Fü- geelements zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende definiert, wobei die Spitze im Querschnitt entlang der Längsachse einen in Bezug auf die Längsachse spiegelsymmetrischen kreisförmigen Bereich mit einem ersten Radius r1 benachbart zum Schaft aufweist, dessen Mittelpunkt auf einer Senkrechten zu der Längsachse des Fügeelements liegt, so dass die Spitze im kreisförmigen Bereich spitzbogenförmig zum zweiten axialen Ende zuläuft, und die Spitze weist einen konvexen kreisförmigen Endbereich mit einem zweiten Radius r2 im Anschluss an den kreisförmigen Bereich auf, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse des Fügeelements benachbart zum zweiten axialen Ende angeordnet ist, wobei für ein Verhältnis zwischen dem ersten Radius r1 und einem Durchmesser dS des Schafts benachbart zur Spitze gilt: 0,6 ≤ r1/dS ≤ 5,5.
Das erfmdungsgemäße Fügeelement umfasst somit in bekannter Weise einen Kopf, einen Schaft und eine Spitze. Vorzugsweise sind insbesondere die Spitze und der Schaft einteilig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Fügeelement insgesamt einteilig ausgebildet, d.h. der Kopf, der Schaft und die Spitze. Ebenso besteht das Fügeelement vorzugsweise aus nur einem Material. Dies gilt insbesondere für den Schaft und die Spitze. Daraus ergibt sich, dass das erfindungsge- mäße Fügeelement vorzugsweise keine zusätzliche Beschichtung oder eine weitere Materiallage an der Außenseite aufweist.
Der Erstreckung des Schafts zwischen Kopf und Spitze definiert ebenfalls in gewohnter Weise die Längsachse des Fügeelements zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende, die aufgrund von Lage und Verlauf auch als Mittellängsachse bezeichnet wird. Vorzugsweise ist der Schaft zylindrisch ausgebildet. Als Durchmesser des Schafts wird vorzugsweise der Kemdurch- messer verwendet. Bezug nehmend auf einen einteilig ausgebildeten Schaft mit einer Oberflä- chenprofilierung handelt es sich somit um den kleinsten Durchmesser des Schafts. Beispielhaft ausgehend von einem Gewinde als mögliche Oberflächenprofilierung im Schaftbereich bezeich- net der Kemdurchmesser somit den senkrecht zur Längsachse gemessenen Abstand der inneren Punkte des Gewindes bzw. der Oberflächenprofilierung.
Die Besonderheit der Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Fügeelements ergibt sich im Hinblick auf die Gestaltung der Spitze. Diese weist zusammengefasst einen ersten ogival en Bereich benachbart zum Schaft sowie einen sich daran anschließenden kugelförmigen Bereich auf, wobei der Radius r1 des ogivalen Bereichs bzw. des im Querschnitt entlang der Längsachse kreisförmigen Bereichs zur Lösung der oben definierten Aufgabe ein bestimmtes Verhältnis zum Durchmesser des Schafts aufweist, was nachstehend erläutert wird.
Ein ogivaler Körper oder Bereich wird durch ein Kreisbogensegment erzeugt, das um 360° um eine Mittelachse gedreht wird. Wird ein solcher Körper oder Bereich im Querschnitt entlang der Mittelachse betrachtet, liegt das entsprechende Kreisbogensegment spiegelsymmetrisch zur Mittelachse vor. Bei einer ogivalen Form handelt es sich somit um einen Rotationskörper. Bezogen auf das erfindungsgemäße Fügeelement wird ein solcher ogivaler Bereich durch den im Querschnitt entlang der Längsachse vorhandenen kreisförmigen Bereich mit dem ersten Radius r1 definiert. Dieser kreisförmige Bereich schließt sich unmittelbar oder direkt an den vorzugswei- se zylindrischen Schaft an. Die Längsachse stellt die Mittelachse dar, um die der kreisförmige Bereich um 360° gedreht wird. Somit ist der kreisförmige Bereich im Querschnitt entlang der Längsachse spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Längsachse.
Der Mittelpunkt des kreisförmigen Bereichs ist auf der Senkrechten auf der dem kreisförmigen Bereich gegenüberliegenden Seite bezogen auf die Längsachse angeordnet. Somit verringert sich ein Abstand zwischen dem kreisförmigen Bereich und der Längsachse vom Schaft in Richtung des konvexen kreisförmigen Endbereichs, was insbesondere anhand der später diskutierten Figuren verdeutlicht wird.
Durch den im Querschnitt entlang der Längsachse konvexen kreisförmigen Endbereich, der sich unmittelbar oder direkt an den ogival ausgebildeten Bereich anschließt, ist die ogivale Form am zweiten Ende kugelförmig abgestumpft. Diese Ausgestaltung wird daher auch als sphärisch oder kugelförmig abgestumpfte ogivale Form bezeichnet. Ein Übergang zwischen dem ogivalen Bereich und der Kugelform ist vorzugsweise stufenlos. Alternativ ist auch ein Übergang unter Verwendung einer Stufe bevorzugt.
Aufgrand der erfindungsgemäßen Merkmale, d.h. der kugelförmig abgestumpften ogivalen Form in Verbindung mit dem Verhältnis zwischen dem Radius n des kreisförmigen Bereichs und dem Durchmesser dS des Schafts zwischen 0,6 und 5,5 ist die Spitze des Fügeelements geometrisch angepasst, um eine größtmögliche Formstabilität und gleichzeitig eine punktuelle Krafteinwir- kung zu gewährleisten. Durch diese besondere geometrische Anpassung ist das Risiko eines Bruchs des Fügeelements, einer Deformation der Spitze sowie eines Abtrennens eines Butzens bei einem translatorischen Setzen, d.h. bei einem im Wesentlichen drehungsfreien Setzen, des Fügeelements in die miteinander zu verbindenden und im Fügebereich nicht vorgelochten Bauteile im Vergleich zu den bekannten Fügeelementen reduziert oder vorzugsweise beseitigt.
Insbesondere vermeidet die so gebildete robustere Spitze des Fügeelements eine plastische Verformung des Fügeelements aufgrund von mechanischen Spannungen im Fügeprozess. Dies gilt auch und gerade im Hinblick auf die Verwendung eines hoch- oder höchstfesten Stahls für eines der miteinander zu verbindenden Bauteile, insbesondere für das untere, d.h. kopfabge- wandte, Bauteil bei einem translatorischen Setzen des Fügeelements in einen nicht vorgelochten Fügebereich, wobei die Spitze des Fügeelements das Bauteil durchdringt.
Im Rahmen der Erfindung wurde in dieser Hinsicht festgestellt, dass die prozesssichere Durch- dringung der miteinander zu verbindenden Bauteile mit der Spitze des Fügeelements, insbeson- dere wenn eines der miteinander zu verbindenden Bauteile aus einem hoch- oder höchstfestem Stahl besteht, sowie die Butzenbildung maßgeblich vom Durchmesser des Schafts und dem Radius r1 des im Querschnitt entlang der Längsachse kreisförmigen Bereichs, d.h. der ogivalen Form, abhängen. Um eine Deformation der Spitze des Fügeelements zu vermeiden und damit der Butzenbildung entgegen zu wirken, muss die auf die Bolzenspitze einwirkende Fügekraft auf eine möglichst große Querschnittsfläche verteilt werden, sodass die Spannungen weit unter der Fließgrenze des Materials des Fügeelements bleiben.
Gleichzeitig muss die Bolzenspitze die Fügekraft punktuell auf das kopfabgewandte Bauteil aus hoch- oder höchstfestem Stahl übertragen, um das Bauteil im Angriffspunkt zu durchtrennen und danach fließend aufzuweiten. Andernfalls wird die Scherfestigkeit des hoch- oder höchstfesten Stahls überschritten und ein Butzen wird schlagartig ausgestanzt. Letzteres wird insbesondere bei Verwendung eines Fügeelements mit einer der bekannten Geometrien beobachtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Fügeelements gilt für das Verhältnis zwischen dem ersten Radius r1 und dem Durchmesser dS des Schafts benachbart zur Spitze: 0,8 ≤ r1/dS ≤ 5,0, vorzugsweise 0,9 ≤ r1/dS ≤ 4,5 und besonders bevorzugt 0,9 ≤ r1/dS ≤ 2,0. Das Optimum für das translatorische Setzen des Fügeelements, d.h. das im Wesentlichen drehungsfreie Setzen, wird durch das Verhältnis zwischen dem Radius r1 des kreisförmigen Bereichs und dem Durchmesser des Schafts beschrieben. Dieses Verhältnis wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Ogivalitätsquotient oder Ogivalitätsfaktor bezeichnet.
Gerade der Wertebereich zwischen 0,9 und 2,0 hat sich hierbei als besonders vorteilhaft heraus- gestellt, da dieser Wertebereich geometrisch eine scharfe Spitze in Relation zum Schaft- Durchmesser bereitstellt, die in Richtung des Kopfs des Fügeelements stark divergiert. Auf diese Weise wird somit das Risiko einer plastischen Deformation der Spitze sowie das Abtrennen eines Butzens weiter reduziert, wenn das Fügeelement in die im Fügebereich nicht vorgelochten Bauteile ausschließlich translatorisch gesetzt wird, wobei die Spitze des Fügeelements die Bauteile durchdringt. Besonders vorteilhaft ist ein Wertebereich von 0,9 bis 1,3 für den Ogivalitätsfaktor, was bei einem beispielhaften Schaftdurchmesser von 3,15 mm einen ersten Radius r1 von ungefähr 3 mm bis ungefähr 4 mm ergibt. Der Vorteil gerade gegenüber größeren Radien von > 6mm, d.h. einem Ogivalitätsfaktor über 2, liegt darin, dass die Querschnittsfläche in Richtung des Kopfs schneller zunimmt und sich dadurch die Reaktionskräfte auf eine größere Fläche verteilen. Die sich daraus ergebende Spannung liegt im Ergebnis vorzugsweise noch unter der Fließgrenze des Werkstoffes des Fügeelements, sodass die Spitze nicht verformt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Fügeelements gilt für den zweiten Radius r2: r2 ≤ 0,4 dS, insbesondere r2 ≤ 0,3 dS und besonders bevorzugt r2 ≤ 0,2 dS. Gerade dieser Spitzenradius kommt einer Deformation der Spitze zuvor und beschränkt damit mögliche Fügeenergieverluste auf ein Minimum.
Ein weiterer Vorteil dieses zweiten Radius r2 ergibt sich insbesondere in Kombination mit dem Durchmesser dS des Schaftes und dem ersten Radius r1, also dem Ogivalitätsquotienten. Der resultierende technische Effekt ist die geometrische Widerstandsfähigkeit gegenüber Verfor- mung, wobei der Radius r2 in Relation zum Schaftdurchmesser noch spitz genug ist, um die miteinander zu verbindenden Bauteile, insbesondere das kopfabgewandte Bauteil, ohne Abtren- nung eines Butzens durchdringen zu können. Besonders bevorzugt liegt der Spitzenradius r2 im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass für ein Verhältnis zwischen dem ersten Radius r1 und dem zweiten Radius r2 gilt: r1/r2 ≥ 4,0, vorzugsweise r1/r2 ≥ 4,5 und besonders bevorzugt r1/r2 ≥ 10, und/oder r1/r2 ≤ 100, vorzugsweise r1/r2 ≤ 50 und besonders bevorzugt r1/r2 ≤ 40. Hierdurch wird das Risiko der plastischen Deformation der Spitze weiter reduziert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Fügeelements gilt für eine Länge 1S des Schafts: 1S ≥
5 mm. In Abhängigkeit von einer Dicke der miteinander zu verbindenden Bauteile ist bei einer Unterschreitung dieses Werts ein verlässliches Verbinden der Bauteile aneinander nicht mehr gewährleistet. Insbesondere die bevorzugte Länge 1S von mindestens 5 mm gewährleistet, dass auch bei dickeren Bauteilen ein Kraft- bzw. Formschluss gewährleistet wird. So ist ein Vorteil, dass mit dem so gestalteten Fügeelement das prozesssichere Fügen eines hoch- oder höchstfesten Stahls, beispielsweise eines pressharten 22MnB5-Profils, der eine hohe Zugfestigkeit von mehr als 1.400 MPa aufweist, insbesondere als kopfabgewandtes Bauteil ermöglicht wird. Das prozesssichere Fügen ist mit dieser bevorzugten Ausführungsform des Fügeelements bei diesem Material auch noch bei einer Materialstärke von mehr als 1,3 mm sowie bei nur einseitiger Zugänglichkeit der miteinander zu verbindenden Bauteile gegeben.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Fügeelements ist die Senkrechte zwischen Schaft und Spitze angeordnet, so dass eine T angenten-Ogi ve resultiert. Bei der Tangenten-Ogive ist der kreisförmige Bereich tangential zum vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Schaft angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich im Vergleich zur Verwendung einer Sekanten-Ogive, bei der der im Querschnitt entlang der Längsachse kreisförmige Bereich nicht tangential zum Schaft angeordnet ist, sondern diesen in einem spitzen Winkel schneidet. Denn bei der Senkanten-Ogive werden die miteinander zu verbindenden Bauteile stärker aufgeweitet, wodurch sich Nachteile bei der Befestigung des Fügeelements in den miteinander zu verbinden- den Bauteilen ergeben können. Daher ist die Verwendung einer Tangenten-Ogive bevorzugt.
Vorteilhafterweise weist der Kopf des Fügeelements eine zylindrische Umfangsfläche und eine ebene Unterseite auf, wobei in der ebenen Unterseite eine Ringnut angrenzend an den Schaft zur Aufnahme eines wulstformigen Materialaufwurfs des kopfseitigen Bauteils vorhanden ist. Ebenso ist es bevorzugt, dass die Ringnut angrenzend an den Schaft eine abgerundete umlaufen- de Fläche aufweist, die tangential einerseits in den Schaft und andererseits in eine konische Fläche übergeht. Auf diese Weise kann gerade wenn bei einer entsprechenden Material-Dicken- Kombination der obere Werkstoff entgegen der Fügerichtung aufsteigt dieser in der Ringnut aufgenommen werden.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des Fügeelements umfasst der Schaft eine
Oberflächenprofilierung zur Aufnahme von Material des kopfabgewandten Bauteils. Auf diese Weise wird das Fügeelement besonders verlässlich in dem kopfabgewandten Bauteil befestigt, das aus dem hoch- oder höchstfestem Stahl besteht.
Eine erfindungsgemäße Verbindungsstruktur besteht aus mindestens einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, die mittels eines erfindungsgemäßen Fügeelements verbunden sind. Im Hinblick auf die sich ergebenden Vorteile und technischen Effekte wird daher auf die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Fügeelement verwiesen, um unnötige W iederholungen zu vermeiden. In einer bevorzugten Ausführungsform der V erbindungsstruktur sind das erste Bauteil benach- bart zum Kopf und das zweite Bauteil benachbart zur Spitze des Fügeelements angeordnet, wobei das zweite Bauteil aus einem Stahl, insbesondere einem W armumformstahl, mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa besteht. Das kopfabgewandte oder untere Bauteil besteht somit aus einem hoch- oder höchstfesten Stahl, insbesondere einem pressharten Stahl wie beispielsweise Usibor. Aufgrund der spezifischen Geometrie der Spitze des Fügeelements ist bei einem Setzen des Fügeelements in ein solches Bauteil sowie beim Durchdringen des Bauteils das Risiko einer plastischen Deformation der Spitze sowie eines Bruchs des Fügeelements reduziert oder vorzugsweise beseitigt. Zudem verhindert das so gestaltete Fügeelement, dass ein Butzen aus dem zweiten Bauteil aus Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa abgetrennt wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden mindestens eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels eines erfindungsgemäßen Fügeelements, umfasst die Schritte: Anordnen des ersten und des zweiten Bauteils übereinander, Setzen des Fügeelements in die Anordnung aus übereinander angeordnetem erstem und zweitem Bauteil, wobei das Setzen des Fügeele- ments im Wesentlichen drehungsfrei erfolgt. Das im Wesentlichen drehungsfreie Setzen kann auch als ausschließlich translatorisches Setzen des Fügeelements bezeichnet werden. Dieses Setzen erfolgt in die im Fügebereich nicht vorgelochten und miteinander zu verbindenden Bauteile. Am Ende des Setzvorgangs hat die Spitze des Fügeelements beide Bauteile durchdrun- gen. Bezüglich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Ausführungen zum erfindungs- gemäßen Fügeelement verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind das erste Bauteil benachbart zum Kopf und das zweite Bauteil benachbart zur Spitze des Fügeelements angeordnet, wobei das zweite Bauteil aus einem Stahl, insbesondere einem Warmumformstahl, mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa besteht. Wie oben im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der Verbindungsstruktur erläutert besteht das kopfabgewandte oder untere Bauteil somit aus einem hoch- oder höchstfesten Stahl, insbesondere einem pressharten Stahl wie beispielsweise Usibor. Aufgrund der spezifischen Geometrie der Spitze des Fügeelements ist bei einem Setzen des Fügeelements in ein solches Bauteil sowie beim Durchdringen des Bauteils das Risiko einer plastischen Deformation der Spitze sowie eines Bruchs des Fügeelements des Fügeelements reduziert oder vorzugsweise beseitigt. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens sind das erste Bauteil benachbart zum Kopf und das zweite Bauteil benachbart zur Spitze des Fügeelements angeordnet, wobei ein Durchdringen des zweiten Bauteils ohne Abtrennung eines Butzens erfolgt. Gerade die spezifi- sche Geometrie des erfindungsgemäßen Fügeelements ermöglicht es, dass kein Butzen aus dem zweiten Bauteil aus Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa abgetrennt wird. Vielmehr wird das Bauteil im Angriffspunkt durchtrennt und danach fließend aufgeweitet, was später unter Bezugnahme auf die Figuren verdeutlicht wird.
4. Kurzzusammenfassung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen dabei gleiche Bauteile und/oder Elemente. Es zeigen:
Figur 1a eine Querschnittsansicht eines in zwei Bauteile gesetzten Fügeelements,
Figur 1b eine perspektivische Ansicht der Anordnung gemäß Figur 1 a mit der Spitze des Fügeelements,
Figur 2 eine schematische Zeichnung zur Verdeutlichung einer ogivalen Form,
Figur 3 eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt eines Fügeelements zur Verdeutli- chung einer kugelförmig abgestumpften ogivalen Form,
Figur 4a eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt eines Fügeelements,
Figur 4b eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Spitzenbereichs aus Fig. 4a,
Figur 5a eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügeelements,
Figur 5b eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Spitzenbereichs aus Fig. 5a, Figur 6 eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügeelements,
Figur 7 eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügeelements,
Figur 8a eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt einer vierten Ausführungsform eines erfmdungsgemäßen Fügeelements,
Figur 8b eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Spitzenbereichs aus Fig, 8a,
Figur 9 eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügeelements,
Figur 10a eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügeelements,
Figur 10b eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Spitzenbereichs aus Fig. 10a,
Figur 11a eine Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt einer siebten Ausführungsform eines erfmdungsgemäßen Fügeelements,
Figur 11b eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Spitzenbereichs aus Fig. 11a,
Figur 12a eine Querschnittsansicht eines in zwei Bauteile gesetzten Fügeelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 12b eine perspektivische Ansicht der Anordnung gemäß Figur 12a mit der Spitze des Fügeelements und
Figur 13 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Verbinden von zwei Bauteilen. 5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bezug nehmend auf Figur 1a ist eine Querschnittsansicht einer V erbindungsstraktur gezeigt, die aus einem ersten Bauteil A und einem zweiten Bauteil B besteht, die mittels eines Fügeelements 1 miteinander verbunden sind. Das zweite Bauteil B besteht aus einem hoch- oder höchstfesten Stahl, der eine hohe Zugfestigkeit von mehr als 1.400 MPa aufweist, beispielsweise Usibor. Vor dem Setzen des Fügeelements waren beide Bauteile im Fügebereich nicht vorgelocht.
Das Fügeelement 1 weist in bekannter Weise einen Kopf 10 an einem ersten axialen Ende, eine Spitze 20 an einem zweiten axialen Ende sowie einen dazwischen angeordneten Schaft 30 auf. Die Spitze 20 weist benachbart zum Schaft 30 einen kreisförmigen Bereich 22 mit einem ersten Radius r1 auf, was später erläutert wird. Aufgrund eines translatorischen Setzvorgangs, bei dem die ursprünglich ogival ausgebildete Spitze des Fügeelements 1 beide im Fügebereich nicht vorgelochten Bauteile A, B durchdrungen hat, wurde die Spitze im Endbereich 26 plastisch deformiert. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die benötigte Energie zum Setzen des Fü- geelements 1 in die beiden Bauteile A, B nachteilig.
Figur 1b zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnung aus Figur la von dem zweiten Bauteil B aus. Aus dieser Figur wird ein weiterer Nachteil bei der Verwendung eines hoch- oder höchstfesten Stahls als zweites Bauteil B in Verbindung mit dem Fügeelement 1 ersichtlich. So fuhrt die Verwendung des Fügeelements 1 nicht nur dazu, dass die Spitze im Endbereich 26 plastisch deformiert wird, sondern es wird zusätzlich ein Butzen 40 aus dem zweiten Bauteil B herausgetrennt. Dies ist gerade bei nur einseitiger Zugänglichkeit der miteinander zu verbinden- den Bauteile A, B nachteilig.
Anhand von Figur 2, die eine schematische Darstellung eines Schafts 30 und einer Spitze 20 eines Fügeelements zeigt, um die Erzeugung eines ogivalen Körpers zu verdeutlichen, werden die Grundlagen für die Geometrie der Spitze 20 erläutert.
Ein ogival er Körper oder Bereich wird üblicherweise durch ein Kreisbogensegment, d.h. den im
Querschnitt entlang der Längsachse kreisförmigen Bereich 22 mit dem ersten Radius r1, erzeugt, der um 360° um die Längsachse L gedreht wird. Wird ein solcher ogivaler Bereich im Quer- schnitt entlang der Längsachse L betrachtet, wie in Figur 2 gezeigt, liegt der kreisförmige Bereich 22 spiegelsymmetrisch zur Längsachse L vor. Bei einer ogivalen Form handelt es sich somit um einen Rotationskörper.
Wie ebenfalls aus Figur 2 ersichtlich, schließt sich der kreisförmige Bereich 22 unmittelbar oder direkt an den vorzugsweise zylindrischen Schaft 30 an.
Ein Mittelpunkt M des kreisförmigen Bereichs 22 ist auf einer Senkrechten S zu der Längsachse L angeordnet. In Figur 2 ist der Mittelpunkt M für den kreisförmigen Bereich 22 oberhalb der Längsachse L eingezeichnet. Da der kreisförmige Bereich 22 zur Erzeugung der Spitzbogenform spiegelsymmetrisch zur Längsachse L ausgebildet ist, erstreckt sich der kreisförmige Bereich 22 maximal vom Schaft 30 bis zu der Stelle, an der er die Längsachse L schneidet.
Aufgrund des resultierenden spitzbogenförmigen Verlaufs der Spitze 20 in diesem Bereich verringert sich ein Abstand zwischen dem kreisförmigen Bereich 22 und der Längsachse L vom Schaft 30 in Richtung des zweiten axialen Endes des Fügeelements. Wie hieraus weiterhin ersichtlich wird, ist der Mittelpunkt M des kreisförmigen Bereichs 22 bezogen auf die Längsach- se L auf der dem kreisförmigen Bereich 22 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Daher liegt der Mittelpunkt M für den kreisförmigen Bereich 22 unterhalb der Längsachse L entsprechend auf der Senkrechten S oberhalb der Längsachse L.
In Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen dem Radius r1 und dem Durchmesser dS des hier zylindrisch ausgebildeten Schafts 30 benachbart zur Spitze 20 ergeben sich unterschiedliche Ausgestaltungen für die ogivale Form. Die gepunktete Linie in Figur 2 zeigt dabei eine halb- kreisförmig ausgebildete Spitze 20. Diese Ausgestaltung ist das Ergebnis, wenn für das Verhält- nis zwischen dem Radius r1 und dem Durchmesser dS des Schafts 30 gilt: r1/dS = 0,5. Dieses Verhältnis wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Ogivalitätsfaktor oder Ogivali- tätsquotient bezeichnet. Ein Ogivalitätsfaktor von 1,0 bedeutet daher, dass der erste Radius r1 und der Durchmesser dS des Schafts 30 gleich groß sind, wodurch sich die ogivale Form benach- bart zur gepunkteten Linie ergibt. Bei einem Ogivalitätsfaktor von ungefähr 2,0 resultiert die äußerste ogivale Form, für die der erste Radius r1 eingezeichnet ist. Die mittlere ogivale Form ergibt sich daher bei einem Ogivalitätsfaktor von ungefähr 1 ,5.
Im Hinblick auf den Übergang zwischen Schaft 30 und ogivaler Form bzw. dem kreisförmigen Bereich 22 mit dem ersten Radius r1 wird zwischen einer Tangenten-Ogive und einer Sekanten- Ogive unterschieden. Bei der Tangenten-Ogive geht der Schaft 30 tangential in den kreisförmi- gen Bereich 22 über. In diesem Fall ist die Senkrechte S zur Längsachse L genau zwischen Schaft 30 und Spitze 20 angeordnet. Die Sekanten-Ogive unterscheidet sich in der Hinsicht von der Tangenten-Ogive, dass der kreisförmige Bereich 22 nicht tangential zum Schaft 30 angeord- net ist, sondern diesen in einem spitzen Winkel schneidet. Die Senkrechte S ist daher beispiels- weise im Bereich des Schafts 30 angeordnet, also weiter in Richtung des ersten axialen Endes versetzt.
Nun Bezug nehmend auf Figur 3 wird eine Abwandlung der ogivalen Form der Spitze eines Fügeelements erläutert. Das hier dargestellte Fügeelement weist einen Kopf 10 mit einer Oberseite 12 und einer Unterseite 14, einen Schaft 30 sowie eine Spitze 20 auf. Der Kopfdurch- messer ist mit dK, die Gesamtlänge des Fügeelements mit lG und der Durchmesser des Schafts 30 mit dS gekennzeichnet.
Aus der Ausschnittvergrößerung ergibt sich, dass die Spitze 20 aus zwei Bereichen besteht. In einem ersten Bereich weist die Spitze 20 den im Querschnitt entlang der Längsachse kreisförmi- gen Bereich 22 mit dem ersten Radius r1 auf. In diesem Bereich ist die Spitze 20 somit ogival ausgebildet. An diesen ogivalen Bereich schließt sich ein im Querschnitt entlang der Längsachse L konvexer kreisförmiger Endbereich 24 mit einem zweiten Radius r2 an. Auf diese Weise ist die ogivale Form des ersten Bereichs mittels einer Kugelform abgestumpft. Es handelt sich also um eine kugelförmig abgestumpfte ogivale Form.
Zur Verdeutlichung der Bedeutung der Spitzengeometrie bei Fügeelementen zeigen die Figuren 4a und 4b ein Fügeelement mit einer kugelförmig abgestumpften ogivalen Form der Spitze 20. In bekannter Weise umfasst das Fügeelement 1 den Kopf 10, die Spitze 20 und den Schaft 30. Der Kopf 10 verfügt über eine Ringnut 16 und der Schaft 30 über eine Oberflächenprofilierung 32.
Die Spitze 20 besteht aus dem kreisförmigen Bereich 22 und dem konvexen kreisförmigen Endbereich 24. Die hier gezeigte Ausgestaltung weist ein Verhältnis zwischen erstem Radius r1 des kreisförmigen Bereichs 22 und Durchmesser dS des Schafts von ca. 8,2 auf. Bei einem beispielhaften Durchmesser dS von 3,05 mm ergibt sich daher ein erster Radius r1 von 25 mm. Figur 4b zeigt ein Vergrößerung des eingekreisten Bereichs aus Figur 4a. Der zweite Radius r2 des konvexen, kreisförmigen Endbereichs 24 liegt in der Größenordnung von ca. 0,32 dS, d.h. bezogen auf das obige Beispiel bei ca. 1,0 mm.
Wird ein so gestaltetes Fügeelement zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen verwendet, kann das Risiko einer plastischen Deformation der Spitze 20 im Vergleich zur Verwendung eines Fügeelements mit einem Ogivalitätsfaktor über 10 zumindest teilweise reduziert werden, so dass eine Vermeidung der plastischen Deformation nicht realisierbar ist. Dies gilt insbesondere wenn das kopfabgewandte Bauteil aus einem hoch- oder höchstfesten Stahl besteht. Zudem bleibt der Nachteil bestehen, dass ein Butzen abgetrennt wird. Dies ist insbesondere bei einer angenommenen nur einseitigen Zugänglichkeit der miteinander zu verbindenden Bauteile nachteilig und soll daher vermieden werden.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fügeelements werden nachfolgend unter Bezug- nahme auf die Figuren 5a bis 1 lb beschrieben, wobei die Figuren 12a und 12b das Fügeelement in einer Verbindungsstruktur zeigen. Alle diese Ausführungsformen weisen einen Ogivalitätsfak- tor zwischen 0,6 und 5,5 auf, wodurch sowohl eine plastischen Deformation der Spitze 20 als auch die Abtrennung eines Butzens beim Setzen in einen hoch- oder höchstfesten Stahl verhin- dert oder vermieden wird.
Zunächst wird die erste Ausführungsform gemäß den Figuren 5a und 5b beschrieben. Im Hinblick auf die weiteren Ausführungsformen wird danach hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Gemäß der ersten Ausführungsform des Fügeelements 100 umfasst das Fügeelement 100 einen Kopf 10 an einem ersten axialen Ende, eine Spitze 20 an einem dem ersten axialen Ende gegen- überliegenden zweiten axialen Ende sowie einen zwischen der Spitze 20 und dem Kopf 10 angeordneten Schaft 30. Der Schaft 30 definiert eine Längsachse L des Fügeelements 100 zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende.
Der Kopf 10 des Fügeelements 100 weist eine ebene Oberseite 12, eine zylindrische Umfangs- fläche und eine ebene Unterseite 14 auf. In der ebenen Unterseite 14 ist eine Ringnut 16 angren- zend an den Schaft 30 zur Aufnahme eines wulstformigen Materialaufwurfs des kopfseitigen Bauteils A vorhanden. Die Ringnut 16 weist angrenzend an den Schaft 30 eine abgerundete umlaufende Fläche auf, die tangential einerseits in den Schaft 30 und andererseits in eine konische Fläche übergeht. Auf diese Weise kann gerade wenn bei einer entsprechenden Materi- al-Dicken-Kombination der obere Werkstoff entgegen der Fügerichtung aufsteigt dieser in der Ringnut 16 aufgenommen werden.
Der Schaft 30 ist zylindrisch ausgebildet und umfasst zumindest in einem Teilbereich eine Oberflächenprofilierung 32 zur Aufnahme von Material des kopfabgewandten Bauteils B. Auf diese Weise wird das Fügeelement 100 besonders verlässlich in den miteinander zu verbinden- den Bauteilen A, B befestigt. Eine Länge 1S des Schafts 30 (vgl. Figur 6) beträgt mindestens 5 mm. Dies ist darin begründet, dass insbesondere die Länge ls von mindestens 5 mm gewähr- leistet, dass auch bei einem Verbinden von dickeren Bauteilen ein Kraft- bzw. Formschluss zwischen den Bauteilen und dem Fügeelement 100 gewährleistet wird. So ist ein Vorteil, dass mit dem so gestalteten Fügeelement 100 das prozesssichere Fügen eines hoch- oder höchstfesten Stahls, beispielsweise eines pressharten 22MnB5-Profils, der eine hohe Zugfestigkeit von mehr als 1.400 MPa aufweist, insbesondere als kopfabgewandtes Bauteil B ermöglicht wird. Das prozesssichere Fügen ist mit der Ausführungsform des Fügeelements bei diesem Material auch noch bei einer Materialstärke von mehr als 1,3 mm sowie bei nur einseitiger Zugänglichkeit der miteinander zu verbindenden Bauteile gegeben.
Unmittelbar an den Schaft 30 schließt sich die Spitze 20 mit dem kreisförmigen Bereich 22 und dem konvexen kreisförmigen Endbereich 24 an. In den dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fügeelements ist die Senkrechte S zwischen Schaft 30 und Spitze 20 angeordnet, so dass eine T angenten-Ogive resultiert. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ergibt sich im Vergleich zur Verwendung einer Sekanten-Ogive. Denn bei der Senkanten-Ogive werden die miteinander zu verbindenden Bauteile stärker aufgeweitet, wodurch sich Nachteile bei der Befestigung des Fügeelements in den miteinander zu verbindenden und im Fügebereich nicht vorgelochten Bauteilen A, B ergeben können.
Die Spitze 20 weist im Querschnitt entlang der Längsachse L den in Bezug auf die Längsachse L spiegelsymmetrischen kreisförmigen Bereich 22 mit dem ersten Radius r1 benachbart zum Schaft 30 auf. Der Mittelpunkt M des kreisförmigen Bereichs 22 liegt, wie unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert, auf einer Senkrechten zu der Längsachse L des Fügeelements 100, so dass die Spitze im kreisförmigen Bereich 22 spitzbogenförmig zum zweiten axialen Ende zuläuft. Der Ogivali- tätsfaktor der ersten Ausführungsform liegt bei ca. 5,25, was bei einem Durchmesser dS des Schafts 30 von 3,05 mm einem ersten Radius r1 von ca. 16,0 mm entspricht.
Weiterhin weist die Spitze 20 den im Querschnitt entlang der Längsachse konvexen kreisförmi- gen Endbereich 24 mit dem zweiten Radius r2 im Anschluss an den kreisförmigen Bereich 22 auf. Der Mittelpunkt des konvexen kreisförmigen Endbereichs 24 ist auf der Längsachse L des Fügeelements 100 benachbart zum zweiten axialen Ende angeordnet. Für den zweiten Radius r2 gilt in dieser Ausführungsform: r2 = 0,16 dS, was bei einem beispielhaften Durchmesser von 3,05 mm zu einem zweiten Radius r2 von ca. 0,5 mm führt. Ein Verhältnis des ersten Radius r1 zum zweiten Radius r2 beträgt somit: r1/r2 = 32. Ein Durchmesser dE des Endbereichs 24 an der Grenze zum kreisförmigen Bereich 22 beträgt beispielsweise 0,6 mm. Ein Übergang zwischen dem kreisförmigen Bereich und dem Endbereich ist vorzugsweise stufenlos. Alternativ ist an dieser Stelle ein Übergang unter Verwendung einer Stufe bevorzugt.
Aufgrund dieser spezifischen Gestaltung, d.h. der kugelförmig abgestumpften ogivalen Form in Verbindung mit dem Verhältnis zwischen dem Radius r1 des kreisförmigen Bereichs 22 und dem Durchmesser dS des Schafts 30 zwischen 0,6 und 5,5 ist die Spitze 20 des Fügeelements 100 geometrisch angepasst, um eine größtmögliche Formstabilität und gleichzeitig eine punktuelle Krafteinwirkung zu gewährleisten. Dadurch ist das Risiko eines Bruchs des Fügeelements 100, einer Deformation der Spitze 20 sowie eines Abtrennens eines Butzens bei einem translatori- schen Setzen, d.h. bei einem im Wesentlichen drehungsfreien Setzen, des Fügeelements 100 in die miteinander zu verbindenden Bauteile A, B im Vergleich zu den bekannten Fügeelementen reduziert.
Insbesondere vermeidet die so gebildete robustere Spitze 20 des Fügeelements 100 eine plasti- sche Verformung des Fügeelements 100 aufgrund von mechanischen Spannungen im Fügepro- zess. Dies gilt auch und gerade im Hinblick auf die Verwendung eines hoch- oder höchstfesten Stahls für eines der miteinander zu verbindenden Bauteile A, B, insbesondere für das untere, d.h. kopfabgewandte, Bauteil B. Dabei hängt die prozesssichere Durchdringung der miteinander zu verbindenden Bauteile A, B, insbesondere wenn eines der miteinander zu verbindenden Bauteile A, B aus einem hoch- oder höchstfestem Stahl besteht, sowie die Butzenbildung maßgeblich vom Durchmesser dS des Schafts 30 und dem ersten Radius r1 des kreisförmigen Bereichs 22, d.h. der ogivalen Form, ab. Um eine Deformation der Spitze 20 des Fügeelements 100 zu vermeiden und damit der Butzen- bildung entgegen zu wirken, muss die auf die Spitze 20 einwirkende Fügekraft auf eine mög- lichst große Querschnittsfläche verteilt werden, sodass die Spannungen weit unter der Fließgrenze des Materials des Fügeelements 100 bleiben. Zudem muss die Spitze 20 die Füge- kraft punktuell auf das kopfabgewandte Bauteil B aus hoch- oder höchstfestem Stahl übertragen, um das Bauteil B im Angriffspunkt zu durchtrennen und danach fließend aufzuweiten. Andern- falls wird die Scherfestigkeit des hoch- oder höchstfesten Stahls überschritten und ein Butzen wird schlagartig ausgestanzt.
Nun Bezugnehmend auf Figur 6 ist eine zweite Ausführungsform eines Fügeelements 200 dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht, wie oben erläutert, dem Aufbau der ersten Ausführungsform des Fügeelements 100. Im Unterschied zum Fügeelement 100 ist der Schaft 30 länger ausgebildet und die Oberflächenprofilierung 32 erstreckt sich daher über einen längeren Bereich. Allerdings endet die Oberflächenprofilierung mit einem Abstand zur Spitze 20, so dass ein Bereich des Schafts 30 benachbart zur Spitze 20 frei von der Oberflächenprofilierung 32 ist.
Im Rahmen der zweiten Ausführungsform des Fügeelements 200 wurde der Ogivalitätsfaktor weiter abgesenkt auf einen Wert von ca. 4,26, Bei dem beispielhaften Durchmesser dS des Schafts 30 von 3,05 mm entspricht dies einem ersten Radius r1 von ca. 13,0 mm. Für den zweiten Radius r2 gilt in dieser Ausführungsform: r2 = 0,33 dS, was einem zweiten Radius r2 von 1,0 mm gleichkommt. Das Verhältnis des ersten Radius h zum zweiten Radius r2 beträgt somit: r1/r2 =
13. Die Änderung der Verhältnisse wird auch bei einem Vergleich der ersten Ausführungsform mit der zweiten Ausführungsform deutlich. So weist die erste Ausführungsform einen deutlich länger gestreckte Spitze 20 aufgrund des höheren Ogivalitätsfaktors auf. Auch der Endbereich 24 ist in der ersten Ausführungsform spitzer gestaltet.
Bei der dritten Ausführungsform des Fügeelements 300 gemäß Figur 7 wurde die größere Länge des Schafts 30 beibehalten und auch der Ogivalitätsfaktor wurde bei einem Wert von ca. 4,26 gehalten. Daher resultiert auch hier ein erster Radius r1 von ca. 13,0 mm für den beispielhaften Durchmesser dS des Schafts 30. Für den zweiten Radius r2 gilt in dieser Ausführungsform aber: r2 = 0,16 dS, was einer Halbierung und somit einem zweiten Radius r2 von 0,5 mm gleichkommt. Das Verhältnis des ersten Radius r1 zum zweiten Radius r2 hat sich somit verdoppelt und beträgt: r1/r2 = 26. Die Änderung der Verhältnisse wird auch bei einem Vergleich der zweiten Ausfüh- rungsform mit der dritten Ausführungsform deutlich. So weist die dritte Ausführungsform aufgrund des kleineren zweiten Radius r2 einen deutlich länger gestreckte Spitze 20 auf, da der konvexe kreisförmige Endbereich 24 näher am zweiten axialen Ende ansetzt. Zudem ist der Endbereich 24 in der dritten Ausführungsform spitzer gestaltet.
Im Rahmen der vierten Ausführungsform des Fügeelements 400 gemäß den Figuren 8a und 8b wurde der Schaft 30 im Vergleich zur zweiten und dritten Ausführungsform verkürzt, wobei der Ogivalitätsfaktor auf einen Wert von ca. 1,97 weiter abgesenkt wurde. Auch ist der Schaft 30 bereits direkt benachbart zur Spitze 20 mit einer Oberflächenprofilierung 32 versehen. Bei dem beispielhaften Durchmesser dS des Schafts 30 von 3,05 mm entspricht der Ogivalitätsfaktor einem ersten Radius r1 von ca. 6,0 mm. Für den zweiten Radius r2 gilt in dieser Ausführungs- form: r2 = 0,05 dS, was einem zweiten Radius r2 von 0,15 mm gleichkommt. Das Verhältnis des ersten Radius r1 zum zweiten Radius r2 beträgt somit: r1/r2 = 40. Ein Durchmesser dE des Endbereichs 24 an der Grenze zum kreisförmigen Bereich 22 beträgt beispielsweise 0,5 mm, wodurch sich eine leichte Einschnürung am Übergang zwischen Endbereich 24 und kreisförmi- gem Bereich 22 ergibt. Wie oben erläutert, ist ein solcher Übergang neben einem direkten oder stufenlosen Übergang ebenfalls bevorzugt. Im Ergebnis ist die Spitze 20 der vierten Ausfüh- rungsform daher weniger langgestreckt als bei der dritten Ausführungsform. Zudem ist der Endbereich 24 in der vierten Ausführungsform spitzer gestaltet.
Bei der fünften Ausführungsform des Fügeelements 500 gemäß Figur 9 wurde die Länge des Schafts 30 wieder erhöht und der Ogivalitätsfaktor wurde weiter ab gesenkt auf einen Wert von ca. 1,31. Der Schaft 30 weist benachbart zur Spitze 20 wieder einen Bereich auf, der frei ist von der Oberflächenprofilierung 32. Durch den Ogivalitätsfaktor resultiert hier ein erster Radius r1 von ca. 4,0 mm für den beispielhaften Durchmesser dS des Schafts 30, Für den zweiten Radius r2 gilt in dieser Ausführungsform : r2 = 0,05 dS, was einem zweiten Radius r2 von 0,15 mm gleich- kommt. Das Verhältnis des ersten Radius r1 zum zweiten Radius r2 beträgt: r1/r2 = 26,7. Somit ist der zweite Radius in der vierten und fünften Ausführungsform gleich, allerdings wurde der erste Radius in der fünften Ausführungsform weiter verringert. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das Verhalten des Fügeelements 500 bei der Durchdringung der miteinander zu verbindenden Bauteile A, B aus.
Die sechsten Ausführungsform des Fügeelements 600 gemäß den Figuren 10a und 10b entspricht im Wesentlichen der fünften Ausführungsform, allerdings wurde der Schaft 30 im Vergleich zur fünften Ausführungsform verkürzt. Somit weist auch diese Ausgestaltung einen Ogivalitätsfaktor von ca. 1,31 auf. Bei dem beispielhaften Durchmesser dS des Schafts 30 von 3,05 mm entspricht der Ogivalitätsfaktor einem ersten Radius r1 von ca. 4,0 mm, wie in der fünften Ausführungs- form. Für den zweiten Radius r2 gilt, wie in der fünften Ausführungsform : r2 = 0,05 dS, was einem zweiten Radius r2 von 0,15 mm entspricht. Das Verhältnis des ersten Radius r1 zum zweiten Radius r2 beträgt somit: r1/r2 = 26,7.
Bei der siebten Ausführungsform des Fügeelements 700 gemäß den Figuren 11a und 11b wurde die Länge des Schafts 30 im Vergleich zur sechsten Ausführungsform beibehalten, wie auch der Wert des Ogivalitätsfaktors mit ca. 1,31. Der Schaft 30 weist benachbart zur Spitze 20 einen Bereich auf, der frei ist von der Oberflächenprofilierung 32. Durch den Ogivalitätsfaktor resultiert auch hier ein erster Radius r1 von ca. 4,0 mm für den beispielhaften Durchmesser dS des Schafts 30. Für den zweiten Radius r2 gilt in dieser Ausführungsform aber: r2 = 0,16 dS, was einem zweiten Radius r2 von 0,5 mm gleichkommt. Das Verhältnis des ersten Radius r1 zum zweiten Radius r2 beträgt: r1/r2 = 8,0. Dadurch ist der Endbereich 24 flacher gestaltet im Ver- gleich zur sechsten Ausführungsform, was das Durchdringen der miteinander zu verbindenden Bauteile A, B weiter vorteilhaft unterstützt.
Die Figuren 12a und 12b zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungs- Struktur bestehend aus einem kopfzugewandten ersten Bauteil A und einem kopfabgewandten zweiten Bauteil B, die mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fügeelements, beispielsweise dem Fügeei erneut 700, verbunden sind.
Das zweite Bauteil B besteht aus einem Stahl, insbesondere einem Warmumformstahl, mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa. Somit wurde das kopfabgewandte oder untere Bauteil B aus einem hoch- oder höchstfesten Stahl, insbesondere einem pressharten Stahl wie beispiels- weise Usibor, hergestellt. Aufgrund der spezifischen Geometrie der Spitze des Fügeelements 700 ist bei einem Setzen des Fügeelements 700 in ein solches Bauteil B sowie beim Durchdringen des Bauteils B das Risiko einer plastischen Deformation der Spitze 20 sowie eines Bruchs des Fügeelements 700 reduziert oder vorzugsweise beseitigt. Zudem verhindert das so gestaltete Fügeelement 700, dass ein Butzen aus dem zweiten Bauteil aus Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa abgetrennt wird. Vielmehr wird das Material des zweiten Bauteils B im Angriffspunkt durchtrennt und danach an der Stelle, an der die Spitze 20 aus dem zweiten Bauteil B austritt, fließend aufgeweitet. Abschließend und Bezug nehmend auf Figur 13 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils A mit einem zweiten Bauteil B mittels einer Ausführungsform eines Fügeelements gezeigt. In einem ersten Schritt A erfolgt ein Anordnen des ersten A und des zweiten Bauteils B übereinander. In einem sich daran anschlie- ßenden zweiten Schritt wird ein Setzen des Fügeelements in die Anordnung aus übereinander angeordnetem erstem und zweitem Bauteil durchgeführt, wobei das Setzen des Fügeelements im Wesentlichen drehungsfrei erfolgt. Das im Wesentlichen drehungsfreie Setzen kann auch als ausschließlich translatorisches Setzen des Fügeelements bezeichnet werden.
Das erste Bauteil ist beim Setzen benachbart zum Kopf und das zweite Bauteil benachbart zur Spitze des Fügeelements angeordnet und beide Bauteile sind im Fügebereich nicht vorgelocht, wie bereits diskutiert. Das zweite Bauteil besteht insbesondere aus einem Stahl, vorzugsweise einem Warmumformstahl, mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa. Ein Durchdringen des zweiten Bauteils B erfolgt ohne Abtrennung eines Butzens. Gerade die spezifische Geomet- rie des erfindungsgemäßen Fügeelements ermöglicht es, dass kein Butzen aus dem zweiten Bauteil aus Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa abgetrennt wird. Vielmehr wird das Material des zweiten Bauteils durchtrennt und danach fließend aufgeweitet (vgl. Figur 12b).
6. Bezugszeichenliste
1 Fügeelement 10 Kopf 12 Oberseite 14 Unterseite 16 Ringnut
20 Spitze
22 kreisförmiger Bereich 24 konvexer kreisförmiger Endbereich 26 plastisch deformierter Endbereich
30 Schaft 32 Oberflächenprofilierung
40 Butzen 100 erste Ausführungsform eines Fügeelements
200 zweite Ausführungsform eines Fügeelements 300 dritte Ausführungsform eines Fügeelements 400 vierte Ausführungsform eines Fügeelements 500 fünfte Ausführungsform eines Fügeelements 600 sechste Ausführungsform eines Fügeelements
700 siebte Ausführungsform eines Fügeelements dE Durchmesser des konvexen kreisförmigen Endbereichs dK Durchmesser des Kopfs dS Durchmesser des Schafts hK Höhe des Kopfs lG Gesamtlänge des Fügeelements lS Länge des Schafts r1 Radius des kreisförmigen Bereichs r2 Radius des konvexen kreisförmigen Endbereichs
A erstes Bauteil B zweites Bauteil L Längsachse M Mittelpunkt
S Senkrechte

Claims

Patentansprüche
1. Ein Fügeelement zum Herstellen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere ein Setzbolzen, welches aufweist: a. einen Kopf an einem ersten axialen Ende, b. eine Spitze an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen En- de sowie c. einen zwischen der Spitze und dem Kopf angeordneten Schaft, der eine Längsachse des Fügeelements zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende definiert, wobei d1. die Spitze im Querschnitt entlang der Längsachse einen in Bezug auf die Längsachse spiegelsymmetrischen kreisförmigen Bereich mit einem ersten Radius r1 benachbart zum Schaft aufweist, dessen Mittelpunkt auf einer Senkrechten zu der Längsachse des Fügeelements liegt, so dass die Spitze im kreisförmigen Bereich spitzbogenförmig zum zweiten axialen Ende zuläuft, und d2. die Spitze weist einen konvexen kreisförmigen Endbereich mit einem zweiten Radius r2 im Anschluss an den kreisförmigen Bereich auf, dessen Mittelpunkt auf der Längsachse des Fügeelements benachbart zum zweiten axialen Ende angeordnet ist, wobei d3. für ein Verhältnis zwischen dem ersten Radius n und einem Durchmesser dS des Schafts benachbart zur Spitze gilt:
0,6 ≤ r1/dS ≤ 5,5,
2. Das Fügeelement gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem für das Verhältnis zwischen dem ersten Radius r1 und dem Durchmesser dS des Schafts benachbart zur Spitze gilt: 0,8 ≤ r1/dS ≤ 5,0, vorzugsweise 0,9 ≤ r1/dS ≤ 4,5 und besonders bevorzugt 0,9 ≤ r1/dS ≤ 2,0.
3. Das Fügeelement gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem für den zweiten Radius r2 gilt: r2 ≤ 0,4 dS, insbesondere r2 ≤ 0,3 dS und besonders bevorzugt r2 ≤ 0,2 dS.
4. Das Fügeelement gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem für ein Verhältnis zwischen dem ersten Radius r1 und dem zweiten Radius r2 gilt: r1/r2 ≥ 4,0, vor- zugsweise r1/r2 ≥ 4,5 und besonders bevorzugt r1/r2 ≥ 10, und/oder r1/r2 ≤ 100, vorzugsweise r1/r2 ≤ 50 und besonders bevorzugt r1/r2 ≤ 40.
5. Das Fügeelement gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem für eine Länge 1S des Schafts gilt: ls ≥ 5 mm.
6. Das Fügeelement gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem die Senkrech- te zwischen Schaft und Spitze angeordnet ist, so dass eine Tangenten-Ogive resultiert.
7. Das Fügeelement gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem der Schaft zylindrisch ausgebildet ist.
8. Das Fügeelement gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem der Kopf eine zylindrische Umfangsfläche und eine ebene Unterseite aufweist, wobei in der ebenen Unter- seite eine Ringnut angrenzend an den Schaft zur Aufnahme eines wulstformigen Material- aufwurfs des kopfseitigen Bauteils vorhanden ist.
9. Das Fügeelement gemäß Patentanspruch 8, wobei die Ringnut angrenzend an den Schaft eine abgerundete umlaufende Fläche aufweist, die tangential einerseits in den Schaft und andererseits in eine konische Fläche übergeht.
10. Das Fügeelement gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei dem der Schaft eine Oberflächenprofilierung zur Aufnahme von Material des kopfabgewandten Bauteils umfasst.
11. Eine Verbindungsstruktur bestehend aus mindestens einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, die mittels eines Fügeelements gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche verbunden sind.
12. Die Verbindungsstruktur gemäß Patentanspruch 11, bei dem das erste Bauteil benachbart zum Kopf und das zweite Bauteil benachbart zur Spitze des Fügeelements angeordnet sind, wobei das zweite Bauteil aus einem Stahl, insbesondere einem Warmumformstahl, mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 MPa besteht.
13. Ein Verfahren zum Verbinden mindestens eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels eines Fügeelements gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 12, umfassend die Schritte: a. Anordnen des ersten und des zweiten Bauteils übereinander, b, Setzen des Fügeelements in die Anordnung aus übereinander angeordnetem erstem und zweitem Bauteil, wobei das Setzen des Fügeelements im Wesentlichen dre- hungsfrei erfolgt.
14. Das Verfahren gemäß Patentanspruch 13, bei dem das erste Bauteil benachbart zum Kopf und das zweite Bauteil benachbart zur Spitze des Fügeelements angeordnet sind, wobei das zweite Bauteil aus einem Stahl, insbesondere einem W armumformstahl, mit einer Zugfes- tigkeit von mindestens 1.400 MPa besteht.
15. Das Verfahren gemäß Patentanspruch 13 oder 14, bei dem das erste Bauteil benachbart zum
Kopf und das zweite Bauteil benachbart zur Spitze des Fügeelements angeordnet sind, wo- bei ein Durchdringen des zweiten Bauteils ohne Abtrennung eines Stanzbutzens erfolgt.
PCT/EP2020/084539 2020-02-11 2020-12-03 Fuegeelement, verbindungsstruktur mit dem fuegeelement sowie ein entsprechendes verbindungsverfahren WO2021160315A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020103488.1A DE102020103488A1 (de) 2020-02-11 2020-02-11 Fügeelement, Verbindungsstruktur mit dem Fügeelement sowie ein entsprechendes Verbindungsverfahren
DE102020103488.1 2020-02-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021160315A1 true WO2021160315A1 (de) 2021-08-19

Family

ID=73698868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/084539 WO2021160315A1 (de) 2020-02-11 2020-12-03 Fuegeelement, verbindungsstruktur mit dem fuegeelement sowie ein entsprechendes verbindungsverfahren

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020103488A1 (de)
WO (1) WO2021160315A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4253771A1 (de) * 2022-03-30 2023-10-04 Newfrey LLC Befestigungselement und verfahren zum verbinden von mindestens zwei komponenten ohne vorgeformtes loch

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2751808A (en) 1953-05-04 1956-06-26 Remington Arms Co Inc Explosively driven stud having polished point
US5658109A (en) 1994-06-20 1997-08-19 Illinois Tool Works Inc. Steel pin and method for its manufacture
US5860866A (en) * 1994-06-20 1999-01-19 Illinois Tool Works Inc. Steel pin and method for its manufacture
WO2007043985A1 (en) 2004-07-26 2007-04-19 Illinois Tool Works Inc. Pin fastener for achieving metal-to-metal connections
DE102006002238A1 (de) 2006-01-17 2007-07-19 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verfahren zum Herstellen einer Nagelverbindung sowie Nagel hierfür
DE102012010870A1 (de) 2012-05-31 2013-12-05 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Schweißhilfsfügeteil und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit diesem Schweißhilfsfügeteil
WO2014048885A2 (de) * 2012-09-25 2014-04-03 Boellhoff Verbindungstechnik Gmbh Schweisshilfsfügeteil und verfahren zum verbinden von bauteilen mit diesem schweisshilfsfügeteil
DE102014019322A1 (de) 2014-12-20 2015-06-18 Daimler Ag Verbindungselement und Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7207761B2 (en) 2004-07-26 2007-04-24 Illinois Tool Works Inc. Pin fastener for achieving metal-to-metal connections

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2751808A (en) 1953-05-04 1956-06-26 Remington Arms Co Inc Explosively driven stud having polished point
US5658109A (en) 1994-06-20 1997-08-19 Illinois Tool Works Inc. Steel pin and method for its manufacture
US5860866A (en) * 1994-06-20 1999-01-19 Illinois Tool Works Inc. Steel pin and method for its manufacture
WO2007043985A1 (en) 2004-07-26 2007-04-19 Illinois Tool Works Inc. Pin fastener for achieving metal-to-metal connections
DE102006002238A1 (de) 2006-01-17 2007-07-19 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verfahren zum Herstellen einer Nagelverbindung sowie Nagel hierfür
DE102012010870A1 (de) 2012-05-31 2013-12-05 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Schweißhilfsfügeteil und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit diesem Schweißhilfsfügeteil
WO2014048885A2 (de) * 2012-09-25 2014-04-03 Boellhoff Verbindungstechnik Gmbh Schweisshilfsfügeteil und verfahren zum verbinden von bauteilen mit diesem schweisshilfsfügeteil
DE102014019322A1 (de) 2014-12-20 2015-06-18 Daimler Ag Verbindungselement und Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020103488A1 (de) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2310697B1 (de) Schraube
EP2521864B1 (de) Gewindeformende schraube und ihre verwendung
EP2585247B1 (de) VERBINDUNGSELEMENT FÜR EINE REIBSCHWEIßVERBINDUNG ZUR VERBINDUNG VON MINDESTENS ZWEI PLATTENARTIGEN BAUTEILEN
EP3690260B1 (de) Halbhohlstanzniet, eine stanznietverbindung aus mindestens zwei bauteilen mithilfe des halbhohlstanzniets sowie ein verfahren zum verbinden der bauteile mit dem halbhohlstanzniet
DE102005048863B4 (de) Nietverbindung
EP1229254B1 (de) Stanznietverbindung und Halbhohlstanzniet
DE102013020504A1 (de) Stanzniet sowie Stanznietverfahren und -verbindung
DE102016204619B4 (de) Einpressverbindung zwischen einem hochfesten Bauteil und einem Einpresselement, Verfahren zur Ausbildung einer solchen Einpressverbindung sowie Einpresselement für eine solche Einpressverbindung
EP3371467B1 (de) Halbhohlstanzniet für dünnblechverbindungen, verfahren zu seiner herstellung und verfahren zur herstellung einer verbindung
DE4410475A1 (de) Vernietbares Element, Zusammenbauteil mit einem vernietbaren Element sowie Nietmatrize und Verfahren zur Herstellung des Zusammenbauteils
EP0545852B1 (de) Korrosionsbeständiger Nagel zum Eintreiben in harte Werkstoffe
DE102018117131A1 (de) Selbststanzendes Element und Zusammenbauteil bestehend aus dem Element und einem Blechteil
DE102004042478B4 (de) Verfahren zur verdrehsicheren Befestigung eines Funktionselements in einem Bauteil sowie Verbindung zwischen einem Bauteil und einem Funktionselement
EP2792892A1 (de) Blindnietmutter
DE202017105715U1 (de) Einpressverbindung zwischen einem hochfesten Bauteil und einem Einpresselement sowie Einpresselement für eine solche Einpressverbindung
DE2130643C3 (de) Vorrichtung zur Herstellung einer Nietverbindung
WO2021160315A1 (de) Fuegeelement, verbindungsstruktur mit dem fuegeelement sowie ein entsprechendes verbindungsverfahren
EP1181461A1 (de) Blindniet für Bauteile unterschiedlicher Wandstärke und Verfahren zum Herstellen eines solchen Blindniets
WO2012025523A1 (de) Befestigungselement
DE102019102380A1 (de) Vollstanzniet, eine Stanznietverbindung aus mindestens zwei Bauteilen mithilfe des Vollstanzniets sowie ein Verfahren zum Verbinden der Bauteile mit dem Vollstanzniet
DE10111404B4 (de) Blindniet und Blindnietverbindung
EP2609341A1 (de) Befestigungselement
EP0799386B1 (de) Loch- und gewindeformende schraube sowie verfahren zum eindrehen derselben
DE102014211093A1 (de) Loch- und gewindeformende Schraube
EP4033113B1 (de) Selbststanzendes funktionselement, zusammenbauteil und verfahren zur herstellung eines zusammenbauteils

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20819737

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20819737

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1