Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.

Der DE 10 2006 002 238 A1 ist ein gattungsgemäßes Verbindungselement in Form eines Setzbolzens zum Verbinden von zumindest zwei Blechen als bekannt zu entnehmen. Das dort gezeigte Verbindungselement umfasst unter anderem einen zugespitzten Bereich und einen Schaftbereich. Das gesamte Verbindungselement kann dabei beschichtet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das Verbindungselement zweiteilig ausgebildet ist, wobei der zugespitzte Bereich und der Schaftbereich aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein können.

Beim Verbinden von hochfesten Werkstoffen ist es erforderlich, dass der zugespitzte Bereich besonders hart ausgebildet ist, da sonst der zugespitzte Bereich beim

Durchtreiben des Verbindungselements durch die Werkstoffe plastisch verformt wird. Eine Härtung des gesamten Verbindungselements kann dabei Abhilfe schaffen, wobei dies nur bis zu einer bestimmten Grenze möglich ist, da mit steigender Streckgrenze die Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung steigt. Darüber hinaus bietet eine durchgängige Beschichtung des Verbindungselements üblicherweise nur einen Kompromiss aus einer relativ geringen Reibung beim Eindringen in die zu verbindenden Bleche und einer noch ausreichenden Haltekraft beziehungsweise Festigkeit der Fügeverbindung aufgrund einer noch ausreichenden Reibung im Schaftbereich. Dies ist besonders wichtig, wenn Bleche mit einer relativ geringen Steifigkeit miteinander gefügt werden sollen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindungselement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements bereitzustellen, mittels welchem Bleche mit einer hohen Streckgrenze oder Bleche mit einer geringen Steifigkeit besonders gut gefügt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verbindungselement sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements mit den Merkmalen der unabhängigen

Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verbindungselement, insbesondere ein Setzbolzen, zum

Verbinden von zumindest zwei Bauteilen, insbesondere Blechbauteilen, umfasst einen zugespitzten Bereich und einen Schaftbereich, deren Eigenschaften sich unterscheiden. Das erfindungsgemäße Verbindungselement zeichnet sich dabei dadurch aus, dass das Verbindungselement einstückig ausgebildet ist.

Im Gegensatz zu dem aus der DE 10 2006 002 238 A1 bekannten Verbindungselement, welches aus zwei Teilen unterschiedlicher Härte hergestellt ist, die anschließend miteinander verbunden worden sind, ist es bei dem erfindungsgemäßen

Verbindungselement also vorgesehen, dass das Verbindungselement einstückig beziehungsweise einteilig ausgebildet ist. Ein aufwendiges Fügen des

Verbindungselements während dessen Herstellung kann somit entfallen.

Vorzugsweise weist der zugespitzte Bereich eine höhere Festigkeit als der Schaftbereich auf. Beispielsweise kann der zugespitzte Bereich eine Festigkeit von zumindst 2.000 MPa aufweisen, wobei der Schaftbereich eine Festigkeit von weniger als 1.500 MPa aufweist. Mit anderen Worten kann das Verbindungselement lokal gezielt unterschiedliche

Eigenschaften hinsichtlich seiner Werkstoffeigenschaften aufweisen. Der zugespitzte Bereich kann dadurch, dass er sehr hart ausgebildet sein kann, insbesondere

ultrahochfeste Stähle, wie beispielsweise Usibor, ohne eine plastische Verformung des zugespitzten Bereichs durchdringen. Dadurch, dass der Schaftbereich jedoch eine geringere Festigkeit als der zugespitzte Bereich aufweist, ist dieser weich genug, damit dieser nicht anfällig gegenüber einer Wasserstoffversprödung ist. Alternativ wäre es aber auch denkbar, dass das Verbindungselement aus zwei verschiedenen Materialien hergestellt ist, wobei der zugespitzte Bereich und der Schaftbereich aus jeweils unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, um die entsprechenden

Werkstoffeigenschaften zu erzielen. Dabei können der Schaftbereich und ein Kopfbereich aus demselben Material hergestellt sein. Vorzugsweise weist der zugespitzte Bereich alternativ oder zusätzlich eine Gleitbeschichtung und der Schaftbereich eine Haftbeschichtung auf. Dadurch weist der zugespitzte Bereich einen relativ geringen Reibwert auf und kann besonders leicht insbesondere in einen Werkstoff mit einer geringeren Steifigkeit eindringen. Aufgrund der Haftbeschichtung des Schaftbereichs weist dieser einen relativ hohen Reibwert auf und sorgt damit für eine hohe Haltekraft der hergestellten Fügeverbindung.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zugespitzte Bereich eine geringere Oberflächenrauhigkeit als der Schaftbereich aufweist. Mit anderen Worten tritt beim Verbinden von zwei Blechen mittels des

Verbindungselements an dem zugespitzten Bereich somit eine relativ geringe Reibung auf, wobei der Schaftbereich im Vergleich zum zugespitzten Bereich sehr rau ausgebildet ist, wodurch ebenfalls eine besonders hohe Haltekraft der mittels des

Verbindungselements hergestellten Fügeverbindung erzielt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements, insbesondere eines Setzbolzens, zum Verbinden von zumindest zwei Bauteilen, insbesondere Blechbauteilen, werden ein zugespitzter Bereich und ein Schaftbereich des Verbindungselements mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt. Das

erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei dadurch aus, dass das

Verbindungselement einstückig hergestellt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbindungselements sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des Verbindungselements anzusehen.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der zugespitzte Bereich lasergehärtet oder induktiv gehärtet wird. Vorzugsweise wird der zugespitzte Bereich nach dem Laserhärten oder induktiven Härten auch noch angelassen. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass im Zuge der Herstellung des Verbindungselements dieses im zugespitzten Bereich angelassen wird, wodurch der zugespitzte Bereich mit einer höheren Festigkeit als der Schaftbereich hergestellt werden kann.

Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das gesamte Verbindungselement mit einer Haftbeschichtung versehen, anschließend ausschließlich der zugespitzte Bereich in einem ersten Tauchbad von der Haftbeschichtung befreit und danach der zugespitzte Bereich in einem zweiten Tauchbad mit einer Gleitbeschichtung versehen wird. Dadurch kann auf besonders einfache Weise der zugespitzte Bereich während der Herstellung des Verbindungselements mit einer Gleitbeschichtung und der Schaftbereich während der Herstellung des Verbindungselements mit einer Haftbeschichtung versehen werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines als Setzbolzen ausgebildeten

Verbindungselements, wobei ein zugespitzter Bereich des Verbindungselements eine höhere Festigkeit als ein Schaftbereich des Verbindungselements aufweist; und in

Fig. 2 eine weitere schematische Seitenansicht des als Setzbolzen ausgebildeten

Verbindungselements, wobei eine im zugespitzten Bereich aufgebrachte Gleitbeschichtung und eine im Schaftbereich aufgebrachte Haftbeschichtung kenntlich gemacht sind.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen

Bezugszeichen versehen.

Ein Verbindungselement 10 in Form eines Setzbolzens ist in einer schematischen

Seitenansicht in Fig. 1 gezeigt. Das Verbindungselement 10 umfasst einen zugespitzten Bereich 12 und einen Schaftbereich 14, wobei ein Kopfbereich 16 des

Verbindungselements 10 für die nachfolgenden Ausführungen als zu dem Schaftbereich 14 zugehörend angenommen wird. Das Verbindungselement 10 ist also nageiförmig ausgebildet und wird üblicherweise auch als sogenannter Tack bezeichnet. Das Verbindungselement 10 kann mittels eines hier nicht dargestellten Setzgerätes mit hoher Geschwindigkeit in jeweilige Bauteile, insbesondere Bleche, eingetrieben werden, sodass die beiden Bauteile, insbesondere Bleche, mittels des Verbindungselements 10 miteinander gefügt werden. Je nach

Materialeigenschaften der zu fügenden Bleche werden auch unterschiedliche

Anforderungen an das Verbindungselement 10 gestellt, damit die Bleche zuverlässig mit einer entsprechend hohen Haltekraft miteinander gefügt werden können.

Um beispielsweise hochfeste Bleche durchdringen zu können, ist es erforderlich, dass der zugespitzte Bereich 12 eine besonders große Härte aufweist, da der zugespitzte Bereich 12 sonst beim Durchdringen der hochfesten Bleche plastisch verformt wird. Daher ist es vorgesehen, dass der zugespitzte Bereich 12 eine höhere Festigkeit als der

Schaftbereich 14 aufweist. Beispielsweise kann der zugespitzte Bereich 12 eine

Festigkeit von zumindest 2.000 MPa aufweisen, wobei der Schaftbereich 14 eine

Festigkeit von maximal 1.500 MPa aufweist. Dafür kann der zugespitzte Bereich 2 bei der Herstellung des Verbindungselements 10 beispielsweise lasergehärtet oder induktiv gehärtet werden, wobei der zugespitzte Bereich 12 vorzugsweise nach dem Laserhärten oder induktiven Härten noch angelassen wird.

Dadurch, dass lediglich der zugespitzte Bereich 12 gehärtet beziehungsweise angelassen wird, wird eine Anfälligkeit für eine Wasserstoffversprödung des Schaftbereichs 14 vermieden. Mit anderen Worten weist der zugespitzte Bereich 12 eine sehr große Härte auf, sodass beispielsweise auch ultrahochfeste Stähle, zum Beispiel aus Usibor, zuverlässig mit dem zugespitzten Bereich 12 ohne eine plastische Verformung des zugespitzten Bereichs 12 durchdrungen werden können. Der Schaftbereich 14 ist dabei noch weich genug, dass dieser nicht anfällig gegenüber einer Wasserstoffversprödung ist.

Alternativ wäre es auch möglich, dass für den Schaftbereich 14 und den zugespitzten Bereich 12 unterschiedliche Werkstoffe kombiniert werden, wobei der zugespitzte Bereich aus einem sehr festen Material und der Schaftbereich 14 aus einem relativ weichen Material hergestellt werden.

Insbesondere, wenn Bleche mit einer relativ geringen Steifigkeit mittels des

Verbindungselements 10 gefügt werden sollen, ist es wichtig, dass der zugespitzte Bereich 12 einen relativ geringen Reibwert aufweist, sodass der zugespitzte Bereich 12 die Bleche zuverlässig durchdringen kann. Um jedoch eine ausreichende Haltekraft beziehungsweise Festigkeit der aus den Blechen hergestellten Fügeverbindung sicherstellen zu können, ist es wichtig, dass der Schaftbereich 14 eine entsprechend hohe Reibung aufweist.

In Fig. 2 ist das Verbindungselement 10 in einer weiteren schematischen Seitenansicht gezeigt. Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, weist der zugespitzte Bereich 12 eine Gleitbeschichtung 18 und der Schaftbereich 14 eine Haftbeschichtung 20 auf. Bei der Herstellung des Verbindungselements 10 wird zunächst das gesamte

Verbindungselement 10 mit der Haftbeschichtung 20 versehen. Anschließend wird ausschließlich der zugespitzte Bereich 12, welcher folglich ebenfalls mit der

Haftbeschichtung 20 versehen ist, in einem ersten Tauchbad von der Haftbeschichtung 20 befreit und danach ausschließlich der zugespitzte Bereich 12 in einem zweiten Tauchbad mit der Gleitbeschichtung 18 versehen. Aufgrund der Gleitbeschichtung 18 gleitet das Verbindungselement 10 mit seinem zugespitzten Bereich 12 besonders leicht in einen insbesondere eine geringe Steifigkeit aufweisenden Werkstoff ein. Aufgrund der Haftbeschichtung 20 wird eine hohe Reibung zwischen dem Schaftbereich 20 und den miteinander zu fügenden Blechen dennoch gewährleistet, sodass eine hohe Haltekraft beziehungsweise Festigkeit der mittels des Verbindungselements 10 hergestellten Fügeverbindung sichergestellt werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann es auch noch vorgesehen sein, dass der zugespitzte Bereich 12 eine geringere Oberflächenrauhigkeit als der Schaftbereich 14 aufweist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende mechanische Bearbeitung des

zugespitzten Bereichs 12 beziehungsweise des Schaftbereichs 1 erzielt werden.

Dadurch ist es ebenfalls möglich, insbesondere Bleche mit einer relativ geringen

Steifigkeit mittels des Verbindungselements 10 sicher zu fügen. Durch die im Gegensatz zum Schaftbereich 14 relativ geringe Oberflächenrauhigkeit des zugespitzten Bereichs 12 dringt der zugespitzte Bereich 12 sehr leicht in entsprechende Blechteile mit einer geringen Steifigkeit ein, wobei aufgrund der erhöhten Oberflächenrauhigkeit des

Schaftbereichs 14 dieser an den miteinander gefügten Blechen entsprechend stark reibt und somit eine hohe Haltekraft bei der hergestellten Fügeverbindung erzielt werden kann.

Das Verbindungselement 10 weist also lokal gezielt unterschiedliche Eigenschaften bezüglich seiner Härte und/oder Beschichtung auf. Somit können Werkstoffe sowohl mit einer hohen Streckgrenze als auch Werkstoffe mit einer geringen Steifigkeit zuverlässig mittels des Verbindungselements 10 gefügt werden. Die jeweiligen Funktionsbereiche 12, 14 des Verbindungselements 10 weisen also je nach zu fügenden Blechen die optimalen Eigenschaften auf. Es muss kein Kompromiss eingegangen werden hinsichtlich der Werkstoffeigenschaften und der Beschichtungseigenschaften, stattdessen können jeweils die optimalen Eigenschaften gezielt während der Herstellung des Verbindungselements 10 erzielt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf Verbinden von zumindest zwei Bauteilen, insbesondere Blechbauteilen. Mittels des erfindungsgemäßen

Verbindungselements 10 können auch Bauteile aus Guss oder anderen Werkstoffen miteinander verbunden werden.