Nietverbindungen wie Stauchnietverbindungen sind vielfach vorbekannt. Diese werden dazu verwendet zwei oder mehr Bauteile formschlüssig miteinander zu verbinden. Stauchnietverbindungen wie die vorliegenden werden dadurch erzeugt, dass ein Niet mit einem Setzkopf an den sich ein Schaft anschließt, in Bohrungen der miteinander zu verbindenden Bauteile so eingeführt wird, dass der Setzkopf gegen eine Außenseite der gegeneinander anliegenden Bauteil anliegt und mit seinem freien Ende des Schafts über die gegenüberliegende Außenseite des anderen Bauteils herausragt.

Gemäß gängigen Auslegungsrichtlinien soll der Schaft hierbei die meistens als zylindrische Bohrungen ausgebildeten Lochungen ausfüllen. Mittels eines Werkzeugs, wie einem Stempel, wird dann das freie Ende des Schafts zu einem Schließkopf plastisch umgeformt. Hierbei fließt Werkstoff des Schafts zurück in die Bohrungen, der Schaft wird gemästet. Der Schaft nimmt hierbei eine bauchige bzw. bombierte Form an. Unter anderem, weil der Werkstoff des Niets üblicherweise härter ist als der Werkstoff der Bauteile, verformen sich hierbei die Bauteile im Bereich der Bohrungswände plastisch. Eine solche Verformung kann negativen Einfluss auf die Bauteilfestigkeit und insbesondere auf die Maßgenauigkeit der Bauteile haben.

Aus der DE 2 238 190 ist eine Nietverbindung vorbekannt, bei der ein Niet zum Einsatz kommt, dessen Schaft mit mindestens vier Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers versehen ist. Zumindest ein Abschnitt des Nietschafts kann konisch ausgeformt sein. Der Niet soll aus einer Titanlegierung gefertigt sein. Die Bauteile sind aus Aluminium, Titan oder rostfreiem Stahl gefertigt. Der Niet soll derart in die Bauteile eingeführt werden, dass er mit seinem konischen Setzkopf gegen eines der Bauteile anliegt und mit einem Teil des Schafts aus dem Bauteil übersteht, das sich gegenüber dem Setzkopf befindet. Der Schaft soll zumindest in zwei seiner Abschnitte Übermaß in Bezug auf die Lochungen aufweisen, wobei einer dieser Schaftabschnitte konisch ausgeführt ist. Nur durch Aufbringung von Kraft kann der Niet unter Verformung der Bauteile in diese eingeführt werden, um anschließend eine Nietverbindung durch Umformung des Niets zu erzeugen. Bei der Erzeugung des Schließkopfes am Niet durch Stauchung des Schafts weitet sich der Schaft und verformt die Bohrungswände der Bauteile, was auch hier die Gefahr einer plastischen Verformung der Bauteile sowie von Maßungenauigkeiten der miteinander verbundenen Bauteile mit sich bringt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Nietverbindung zu schaffen, mit denen sich Verbindungseigenschaften von Nietverbindungen verbessern lassen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch Einschluss der Maßnahmen gelöst, dass der Schaft nach seiner Einführung in die Lochungen und vor der Erzeugung des Schließkopfes am Niet im wesentlichen über zumindest die gesamte axiale Längserstreckung der Lochungen ohne Übermaß in den Lochungen angeordnet ist, wobei sich aufgrund eines konischen Abschnitts des Schafts in Bezug auf eine axiale Richtung des Schafts zwischen Wänden der Lochungen und dem Schaft Spiel unterschiedlicher Größe mit Beträgen > 0 ergibt. Die Aufgabe wird zudem durch einen Niet gemäß Patentanspruch 6 sowie eine Nietverbindung gemäß Anspruch 12 gelöst. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die im Stand der Technik bewusst hingenommenen Verformungen der Bauteile zu einer Verringerung der Festigkeit von Nietverbindungen führen können. Erfindungsgemäß sind deshalb Maßnahmen vorgesehen, mit denen es möglich ist, derartige Verformungen an den Bauteilen bei der Umformung des Niets an dessen Übergangsbereich zwischen Schaft und Setzkopf zu minimieren oder ganz zu vermeiden. Beim erfindungsgemäßen Stauchnietverfahren sowie bei der Nietverbindung werden deshalb die Nietgeometrie und die Dimensionen der Lochungen der Bauteile so aufeinander abgestimmt, dass das beim Stauchvorgang in die Lochungen nachfließende Material des Niets die Lochungen möglichst ausfüllt, ohne zu einer wesentlichen Verformung der Bauteile im Bereich der Lochungen zu führen.

Erfindungsgemäß sollte der Niet deshalb ohne Übermaß vollständig in die mit ihren Lochungen übereinander liegenden Bauteile vollständig einführbar sein und zumindest einen konischen Abschnitt seines Schafts aufweisen, der ganz oder teilweise in den Lochungen angeordnet ist. Der Schaft weist somit in seinem unverformten Zustand unterschiedliche Querschnittsgrößen auf. An der dicksten Stelle des Schafts kann die Querschnittsgröße der Lochungen der Querschnittsgröße des Schafts entsprechen, ansonsten sollte der Schaft mit Spiel in den Lochungen der Bauteile angeordnet werden können.

Es ist hierbei bevorzugt, wenn der Schaft über die gesamte axiale Länge der übereinander liegenden Lochungen mit Spiel in den Lochungen angeordnet ist. Aufgrund des Konus des Schafts und der Lochungen mit in axialer Richtung vorzugsweise konstanten Querschnittsgrößen ergibt sich über die Länge des Schafts jeweils in radialer Richtung gesehen ein Spiel unterschiedlicher Größe. Es hat sich hierbei als zweckmäßig erwiesen, wenn das umlaufende Spiel von 0mm bis≤ 0,25• d ₂ beträgt, wobei unter d ₂ ein Abschnitt des unverformten Niets zu verstehen ist, in dem dieser in Bezug auf eine axiale Erstreckungslänge dieses Abschnitts eine konstante Querschnittsform aufweist.

In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn das Spiel im Bereich des Übergangs des Setzkopfes des Niets zum Schaft hin am geringsten ist und zum

Ende des Schafts hin zumindest entlang eines Abschnitts zunimmt. Der Schaft kann somit abschnittsweise oder über seine gesamte Länge konisch ausgebildet sein, wobei der konische Abschnitt des Schafts mit Vorteil am setzkopfseitigen

Ende des Schafts mit seinem größten Querschnitt beginnt und zum anderen Schaftende hin sich verjüngt. Sofern der Schaft nicht über seine gesamte Länge konisch ausgebildet ist, sollte sich an den konischen Abschnitt ein zylindrischer

Abschnitt mit konstanter Querschnittsgröße und -form anschließen.

Bei der Umformung des aus einem Bauteil herausragenden freien Endes wird der Werkstoff in die Lochungen teilweise zurückgedrängt und füllt das verbleibende freie Volumen in den Lochungen aus. Die Differenz zwischen dem Volumen der Lochungen und dem vom unverformten Schaft in den Lochungen eingenommenen Volumen sollte dabei so bemessen sein, dass diese größer, jedoch möglichst gleich, dem in die Lochungen hineingedrängten Volumen ist. Eine Volumenzunahme des Schafts von bis zu 10% über dem Gesamtvolumen der Lochungen vor dem Umformvorgang kann hingenommen werden, insbesondere auch um genügend Werkstoff in die Lochungen zu drängen, falls größere Toleranzen ausgeglichen werden müssen. Es hat sich insbesondere bei der Ausführungsform, bei welcher der Konus des Schafts unmittelbar an den Setzkopf angrenzt, gezeigt, dass die radiale Volumenzunahme des Schafts aufgrund der Umformung in dem an den Setzkopf angrenzenden Bereich beginnt und dann zum sich bildenden Schließkopf hin fortsetzt. Es lässt sich hierdurch ein Schaft mit zumindest im wesentlichen gleichmäßiger Querschnittsform in Bezug auf die Längserstreckung des Schafts, insbesondere mit zylindrischer Querschnittsform des Schafts, am umgeformten Niet ausbilden und insbesondere bauchige Schaftformen, wie sie im Stand der Technik üblich sind, vermeiden. Bauchige Schaftformen können zu ungünstigen plastischen Verformungen der Bauteile führen. Durch die erfindungsgemäß erzielbare im wesentlichen geradzylindrische Schaftform können auch bei der Umformung oftmals auftretende Risse und/oder Faltungen im Übergangsbereich zwischen dem Setzkopf und dem Schaft vermieden werden, die besonders nachteilig sind, da diese die Belastbarkeit der Nietverbindung erheblich beeinträchtigen können.

Es hat sich im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Nietverbindung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Werkstoffe der zu verbindenden Bauteile härter sind und/oder eine höhere Festigkeit aufweisen als der Werkstoff des Niets. In anderen Ausführungen der Erfindung kann jedoch auch der Werkstoff des Niets härter sein und/oder eine höhere Festigkeit aufweisen als zumindest einer der Werkstoffe der miteinander zu verbindenden Bauteile. Ebenso liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn der Werkstoff von zumindest einem der miteinander zu verbindenden Bauteile zumindest in etwa der Härte und/oder Festigkeit des Werkstoffs des Niets entspricht. Im Zusammenhang mit der Erfindung soll zur Bestimmung der Härte eines Werkstoffs die Zugfestigkeit R _m maßgeblich sein. Je höher der Zugfestigkeitswert desto härter ist der Werkstoff.

Die erfindungsgemäße Nietverbindung kann für unterschiedlichste Anwendungsgebiete eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Fahrzeugsitze, die einen Sitzteil und einen Rückenlehnenteil aufweisen und die für Fahrzeuginsassen sicherheitsrelevant sind. Ein bei einem Fahrzeugcrash kollabierender Fahrzeugsitz kann zu schwersten Verletzungen der Fahrzeuginsassen führen.

Bei derartigen Fahrzeugsitzen sind diverse Verbindungen zu erzeugen, für die sich die vorliegende Erfindung aufgrund des einfach zu beherrschenden Prozesses, der guten Fertigungsgenauigkeit und der erzielbaren hohen Festigkeit besonders gut eignet. Mit erfindungsgemäßen Verbindungen können sowohl Strukturteile des Sitzteils oder des Lehnenteils selbst miteinander verbunden werden, als auch am Fahrzeugsitz anzubringende Funktionskomponenten befestigt werden.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßer Niet;

Fig. 2 der Niet aus Fig. 1 nach seiner Einführung in Lochungen von drei miteinander zu verbindenden Bauteilen und vor dessen Umformung; Fig. 3 eine erfindungsgemäße fertige Nietverbindung mit einem Niet aus Fig. 1 und unter Anwendung des in Fig. 2 gezeigten Verfahrensschritts;

Der in Fig. 1 dargestellte Vollniet 1 weist einen angefasten zylindrischen Setzkopf 2 mit einem Durchmesser D ₁ = 14,5 mm auf, mit einer an seiner Unterseite ausgebildeten Auflagefläche 2a zur Anlage gegen ein Bauteil. In anderen Ausführungsformen können auch beliebige andere Kopfformen vorgesehen sein, beispielsweise kugelkalottenförmige oder kegelstumpfförmige Setzköpfe.

Ebenso können für spezielle Anwendungen hiervon abweichende Setzkopfformen vorgesehen werden, insbesondere um Bauraumrestriktionen, zu genügen oder auch um gewünschte Funktionalitäten zu bieten. Beispiele hierfür sind Rechteckquerschnitte, Quadratquerschnitte, Ellipsenquerschnitte, Vieleckquerschnitte, Sternquerschnitte und beliebige regelmäßige und unregelmäßige Querschnitte. Zudem können am Setzkopf beliebig geformte aber gezielt eingebrachte Vertiefungen oder Erhebungen ausgebildet werden um Kennzeichnungen oder Zusatzfunktionen zu bieten. Von der Auflagefläche 2a schließt sich ein Schaft 3 des Niets 1 an, der zwei Abschnitte 3a, 3b aufweist. Der aus einem Vollmaterial bestehende Schaft kann nahezu eine beliebige Querschnittsform aufweisen, beispielsweise einen kreisrunden oder einen ovalen Querschnitt. Ein konischer Abschnitt 3a grenzt an den Setzkopf an und verjüngt sich von der Auflagefläche 2a in Richtung zum freien Ende 4 des Schafts 3. An den in diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt kreisrunden Konus schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 3b konstanten Durchmessers an. Der kegelförmige Konus und damit der Schaft 3 des dargestellten Ausführungsbeispiels weist im Bereich der Auflagefläche 2a einen größten Durchmesser di von 8,3 mm auf. Am Ende des konischen Abschnitts 3a hat dieser einen kleinsten Durchmesser von d ₂ = 7,4mm. Dieser Durchmesser d ₂ entspricht auch dem Durchmesser des zylindrischen Schafts. Die Länge U des konischen Abschnitts in seiner axialen Richtung beträgt 7 mm, die Länge I ₂ des zylindrischen Abschnitts 14 mm.

Die Abmessungen können in Abhängigkeit der Nietdimensionen, des verwendeten Werkstoffs des Niets sowie der Zielgeometrie des zu erzeugenden Niet- Schließkopfs unter Berücksichtigung des Nietverfahrens bestimmt werden. An der Stirnseite seines freien Endes 4 ist der Niet 1 mit einer kegelförmigen Ausnehmung 5 versehen, die die Nietkopfausbildung erleichtert. Der Werkstoff des Niets 1 ist 20MnB4, ein legierter Kaltfließpressstahl, der sich aufgrund seiner Umformfähigkeit und seiner Festigkeit für die vorliegende Verwendung eignet.

In Fig. 2 ist eine Zwischenstufe bei der Erzeugung einer erfindungsgemäßen Nietverbindung dargestellt, bei der drei Bauteile 7, 8, 9 mit einem Niet 1 wie in Fig. 1 gezeigt, formschlüssig miteinander verbunden werden sollen. Die drei Bauteile 7, 8, 9 sind aus dem Bereich von Fahrzeugsitzen, beispielsweise Strukturteile von Fahrzeugsitzen oder an solchen befestigte Funktionskomponenten. Als Werkstoffe für die Bauteile 7, 8, 9 kann beispielsweise ein Baustahl oder ein Feinkornstahl vorgesehen sein. Grundsätzlich eignen sich alle Stahlsorten im wärmebehandelten und nicht wärmebehandelten Zustand, Nichteisenmetalle, Kunststoffe sowie beliebige amorphe und kristalline Werkstoffe mit einer ausreichenden Gestaltungsfestigkeit. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Niet 1 aus Fig. 1 in die koaxial übereinander angeordneten Lochungen 11 , 12, 13 der drei Bauteile 7, 8, 9 zuvor so eingeführt worden, dass der Setzkopf 2 mit seiner Auflagefläche 2a gegen eine zu ihr gewandten Fläche eines außenliegenden Bauteils 7 Außenfläche 7a anliegt.

Der Schaft 3 befindet sich in den Lochungen 11 , 12, 13 und ragt mit seinem freien Ende 4 über eine Außenfläche 9a des anderen außenliegenden Bauteils 9 mit einer Länge heraus, die vorzugsweise größer oder gleich dem einfachen Durchmesser des nichtkonischen, im Ausführungsbeispiel zylindrischen, Abschnitts des Nietschafts ist.

Da in diesem Beispiel sämtliche Lochungen 11 , 12, 13 als zylindrische Bohrungen ausgeführt sind und den gleichen Durchmesser d ₄ von 8,5 mm aufweisen und die gemeinsame axiale Länge I ₄ der drei Lochungen 11 , 12, 13 größer ist als die Länge U des Konus 3a, ergibt sich ein unterschiedlich großes Spiel, mit dem der Schaft 3 in den drei Lochungen 11 , 12, 13 angeordnet ist. Das Spiel des unverformten Niets 1 in den Lochungen variiert in diesem konkreten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit der axialen Position von 0,2 mm bis 1 ,1 mm. Im Anschluss an den in Fig. 2 dargestellten Verfahrensschritt wird der Niet 1 durch Umformung verschlossen. Hierbei wird der Setzkopf 2 mittels eines Gegenhalters 15 in an sich bekannter Weise in seiner in Fig. 2 gezeigten Position festgehalten. Ein Stempel 16 wird dann in Richtung der Achse 18 des Niets 1 auf dessen freies Ende 4 abgesenkt. Sobald der Stempel 16 das freie Ende 4 erreicht beginnt die Umformung. Hierbei wird der Nietschaft 3 zunächst gemästet, d.h. es findet ein radiales Wachsen des Nietschafts 3 aufgrund der axialen Stauchung statt. Bei der gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform beginnt das radiale Wachstum des Schafts 3 primär an dessen dickster Stelle des Konus 3a. Dieses radiale Wachstum setzt sich dann in Richtung auf den Stempel 16 kontinuierlich fort, d.h. das freie Volumen in den Lochungen 11 , 12, 13 wird ausgehend vom Setzkopf 2 kontinuierlich aufgefüllt und der Schaft 3 passt sich der Geometrie der Lochungen

11 , 12, 13 an. Hierbei hat sich gezeigt, dass eine Verdrängung von Werkstoff der Bauteile 7, 8, 9 solange nicht stattfindet, wie in den Lochungen 11 , 12, 13 noch Volumen zur Aufnahme von Nietwerkstoff zur Verfügung steht. Überraschenderweise gilt dies im wesentlichen selbst dann, wenn der Nietwerkstoff härter ist als der Werkstoff der Bauteile 7, 8, 9. Besonders gute Ergebnisse lassen sich aber vor allem mit Lösungen erzielen, bei denen der Werkstoff der Bauteile 7, 8, 9 härter ist als der Werkstoff des Niets 1.

Die Schaftgeometrie di und d ₂ mit der Schaftlänge h + I ₂ des Niets 1 , die sich ergebende Lochlänge I ₃ aus den Materialstärken der Bauteile 7, 8, 9 mit den Lochungen 11 , 12, 13 der zu verbindenden Teile, die Größe der Lochungen 11 ,

12, 13 sowie die Steifigkeit und Festigkeit der Bauteile 7, 8, 9 im Bereich der Lochungen 11 , 12, 13 sind hierbei so aufeinander abgestimmt, dass das Volumen des Nietschafts 3 idealer Weise dem Summenvolumen der Lochungen 11 , 12, 13 und dem vorgesehenen Volumen des Schließkopfes 19 entspricht.

Hierdurch entsteht ein umgeformter, zumindest im wesentlichen zylindrischer Schaft 3 ^' des Niets 1 (Fig. 3), bei dem eine Mantelfläche des Schafts 3 ^' an den Lochungswänden anliegt, ohne diese wesentlich zu verformen. Zur Vermeidung der Gefahr eines zu großen in die Lochungen 11 , 12, 13 hineingedrängten Materialvolumens des Schafts 3, beispielsweise aufgrund von Toleranzen der Bauteile 7, 8, 9 oder sonstigen nicht vollständig beherrschbaren Verfahrensparametern, kann die genannte Abstimmung vorzugsweise so vorgenommen sein, dass das genannte Differenzvolumen partiell nicht vollständig ausgefüllt wird.

Schließlich wird gegen Ende des Umformvorgangs das freie Ende des ursprünglich unverformten Niets 1 zu einem Schließkopf 19 umgeformt. Der

Schließkopf 19 weist hierbei einen größeren Durchmesser als die Lochung 13 des an ihn angrenzenden Bauteils 9 auf und liegt mit einer in der Regel kreisringförmigen Anlagefläche 19a gegen die Außenfläche 9a des Bauteils 9 an.

Die Bauteile 7, 8, 9 werden somit in axialer Richtung zwischen dem Setzkopf 2 und dem Schließkopf 19 formschlüssig gehalten. In radialer Richtung findet im wesentlichen ein Formschluss zwischen dem umgeformten Schaft 3 ^' des Niets 1 und den Wänden der Lochungen 11 , 12, 13 statt. Somit besteht die Verbindung zwischen den Bauteilen 7, 8, 9 und dem Niet 1 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.

In Bezug auf Variationen der in den Figuren 1-3 dargestellten einen konkreten Ausführungsform der Erfindung sollten diese mit Vorteil folgende Bedingungen hinsichtlich verschiedener, in den Figuren eingetragenen, Durchmesser des nicht umgeformten und des umgeformten Niets 1 erfüllen: d ₃ ≥dτ

d ₂ < di

d ₂ < d ₃

D ₂ > d ₂

D ₂ > d ₃

(d ₄ -d ₂ )/2≤ 0,3• d ₂

Außerdem kann es das Arbeitsergebnis ebenfalls günstig beeinflussen, wenn bei einem Niet, der dem in Fig. 1 dargestellten Niet bezüglich seiner geometrischen Grundform im wesentlichen entspricht, das Verhältnis der Länge des Konus h zur Länge I ₃ des umgeformten Schafts 3 ^' zwischen dem Setzkopf 2 und dem Schließkopf 19 größer oder gleich 0,5 entspricht: Ii/I ₃ ≥θ,5

Hierbei sollten mit Vorteil auch die folgenden Bedingungen erfüllt sein: h > 0,5• I ₄

h≤ Is

Dies bedeutet, dass sich der Übergang vom konischen Abschnitt 3a zum zylindrischen Abschnitt 3b des nicht umgeformten Niets 1 in Bezug auf die Länge des Schafts 3 ^' des umgeformten Niets und ausgehend vom Setzkopf 2 in der

Hälfte des umgeformten Schafts 3 ^' befindet, die an den Schließkopf 19 angrenzt.

Anders ausgedrückt: Im Ausführungsbeispiel, bei dem h = 7mm beträgt soll somit

I ₃ vorzugsweise höchstens 14 mm betragen.

Bezugszeichenliste

Niet 19a Anlagefläche

Setzkopf di größter Durchmesser desa Auflagefläche konischen Abschnitts

Schaft d ₂ Durchmesser des

' umgeformter Schaft zylindrischen Abschnittsa konischer Abschnitt d ₃ Durchmesser des

b zylindrischer Abschnitt umgeformten Schafts

freies Ende D ₁ Durchmesser des Setzkopfes kegelförmige Ausnehmung D2 Durchmesser des

Bauteil Schließkopfes

a Außenfläche Ii Konuslänge

Bauteil I ₂ Zylinderschaftlänge

Bauteil I ₃ Klemmlänge der vernietetena Außenfläche Bauteilgruppe

1 Lochung U Stapelhöhe der unvemieteten2 Lochung Bauteilgruppe

3 Lochung I ₅ Gesamtschaftlänge des5 Gegenhalter Ausgangsniets

6 Stempel

8 Achse

9 Schließkopf