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Patent Searching and Data


Title:
SEMI-TUBULAR SELF-PIERCING RIVET FOR THIN SHEET METAL JOINTS, METHOD FOR PRODUCING SAID SEMI-TUBULAR SELF-PIERCING RIVET, AND METHOD FOR PRODUCING A JOINT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/076619
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a semi-tubular self-piercing rivet (1) having a rivet head (10) and a rivet shaft (30), the shaft bore (32) of which satisfies the following relationship in relation to the length of the semi-tubular self-piercing rivet: (formula I), the total length of the self-piercing rivet LN being ≤ 4 mm. The invention further relates to a corresponding self-piercing rivet joint, to a method for producing the self-piercing rivet, and a to method for producing the self-piercing rivet joint.

More Like This:
Inventors:
HEGER MATHIAS (DE)
HENKE DENNIS (DE)
JUNKLEWITZ DANIEL (DE)
MARXKORS ANDREAS (DE)
MENNE FRANZ-FERDINAND (DE)
Application Number:
EP2016/074849
Publication Date:
May 11, 2017
Filing Date:
October 17, 2016
Export Citation:
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Assignee:
BÖLLHOFF VERBINDUNGSTECHNIK GMBH (DE)
International Classes:
F16B19/08; B21J15/02; B21K1/60
Domestic Patent References:
WO2007132194A12007-11-22
Foreign References:
DE60115059T22006-08-03
EP1387093A12004-02-04
DE102013020504A12015-06-11
DE102006028537B32007-05-10
DE102005052360A12007-05-03
DE19648231A11998-05-28
EP0833063A11998-04-01
DE102013020504A12015-06-11
Attorney, Agent or Firm:
HEYER, Volker (80339, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Halbhohlstanzniet mit einem Nietkopf und einem Nietschaft mit einer zentralen

Schaftbohrung, die eine gemeinsame zentrale Achse X besitzen, wobei der Nietschaft eine Schaftaußenfläche und eine die zentrale Schaftbohrung begrenzende

Schaftinnenfläche aufweist, die Schaftbohrung eine tiefe TB und der Halbhohlstanzniet eine Gesamtlänge LN haben und folgenden Zusammenhang erfüllt:

die Gesamtlänge des Halbhohlstanzniets mm und die Schaftaußenfläche und die Schaftinnenfläche im Nietschaft zumindest über einen Teilbereich des Nietschafts einen hohlzylindrischen Abschnitt bilden.

2. Halbhohlstanzniet gemäß Anspruch 1 , in dem sich die zylindrische Schaftaußenfläche bis maximal zur Tiefe TB der Schaftbohrung mit einem konstanten Durchmesser in Richtung des Nietkopfs erstreckt.

3. Halbhohlstanzniet gemäß Anspruch 1 , in dem sich die zylindrische Schaftaußenfläche über die Tiefe TB der Schaftbohrung hinaus mit einem konstanten Durchmesser in Richtung des Nietkopfs erstreckt.

4. Halbhohlstanzniet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein

Durchmesser DK des Nietkopfs und ein Durchmesser Ds des Nietschafts folgende Relation erfüllen:

5. Halbhohlstanzniet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die

zylindrische Schaftaußenfläche und die Schaftinnenfläche radial außen durch eine radialeinwärts geneigte Fase und radialinnen durch einen radialinneren Radius miteinander verbunden sind, um eine Schneidkante zu bilden.

6. Halbhohlstanzniet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht.

7. Halbhohlstanzniet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen zylindrische Schaftaußenfläche über einen Senkkopfradius oder über eine Fase in den Nietkopf übergeht.

8. Halbhohlstanzniet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der die folgenden Abmessungen aufweist:

sowie eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung Nietkopf mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinaus erstreckt.

9. Halbhohlstanzniet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, der die

folgenden Abmessungen aufweist:

eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung Nietkopf mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinauserstreckt, vorzugsweise über eine Länge Ls ab dem Nietfuß von eine Unterkopffase, mit der die zylindrische Schaftaußenfläche in einem Winkel oc von 30° ± 2° zwischen Fase und Kopfoberseite in den Nietkopf übergeht.

10. Halbhohlstanzniet gemäß der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, der die folgenden Abmessungen aufweist:

sowie eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung Nietkopf mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinaus erstreckt.

11. Halbhohlstanzniet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, der die

folgenden Abmessungen aufweist:

eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung Nietkopf mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinauserstreckt, vorzugsweise über eine Länge Ls ab dem Nietfuß von T

eine Unterkopffase, mit der die zylindrische Schaftaußenfläche in einem Winkel oc von 30° ± 2° zwischen Fase und Kopfoberseite in den Nietkopf übergeht.

12. Halbhohlstanzniet gemäß Anspruch 8 oder 9 in Kombination mit Anspruch 5, dessen Schaftinnenfläche über einen Radius m ± 0,4 mm in die Schneidkante übergeht.

13. Halbhohlstanzniet gemäß Anspruch 10 oder 11 in Kombination mit Anspruch 5, dessen Schaftinnenfläche über einen Radius Ri = 1,5 mm ± 0,4 mm in die Schneidkante übergeht. Verbindung aus zumindest einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil mit einem Halbhohlstanzniet, wobei die Bauteile eine Gesamtdicke TG < 1,9 mm aufweisen, eine dem Nietkopf zugewandte Decklage aus härterem Material besteht als eine dem Nietkopf abgewandte Basislage und die Basislage in Richtung der Längsachse des Halbhohlstanzniets, der dicker ist als die Decklage, wobei ein aufgespreizter Nietschaft mit einem Durchmesser DSP im Verhältnis zu einem Durchmesser des Nietkopfs DK folgende Relation erfüllt:

15. Verbindung gemäß Anspruch 14, in der der Halbhohlstanzniet und die Decklage aus Stahl oder einer Stahllegierung und die Basislage aus Aluminium, einer

Aluminiumlegierung, Leichtmetall, einer Leichtmetalllegierung oder einem Material ähnlicher Materialeigenschaften besteht.

16. Verbindung gemäß Anspruch 14 oder 15, in der die Decklage durch den Nietschaft durchstanzt ist.

Verfahren zum Herstellen einer Halbhohlstanznietverbindung in einer Decklage aus einem ersten Material und mindestens einer Basislage aus einem zweiten Material, wobei das erste Material härter ist als das zweite Material, das die folgenden Schritte aufweist: a. Fügen eines Halbhohlstanzniets in die Decklage und die mindestens eine Basislage und b. Aufspreizen eines Nietschafts mit zentraler Schaftbohrung des

Halbhohlstanzniets während des Fügevorgangs, sodass ein aufgespreizter Nietschaft mit einem Durchmesser DSP im Verhältnis zu einem Durchmesser eines Nietkopfs DK folgende Relation erfüllen: Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Halbhohlstanzniet und die Decklage aus Stahl oder einer Stahllegierung bestehen und die mindestens eine Basislage aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, einem Leichtmetall, eine Leichtmetalllegierung oder einem ähnlich weichen Material aufgebaut ist.

Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Halbhohlstanzniet während des Fügens die Decklage vollständig durchstanzt.

Herstellungsverfahren für einen Halbhohlstanzniet, das die folgenden Merkmale aufweist:

Kaltschlagen eines Drahtrohlings zu einem Halbhohlstanzniet mit einem Nietkopf und einem Nietschaft mit einer zentralen Schaftbohrung, die eine gemeinsame zentrale Achse X besitzen, wobei der Nietschaft eine Schaftaußenfläche und eine die zentrale Schaftbohrung begrenzende Schaftinnenfläche aufweist, die Schaftbohrung eine tiefe TB und der Halbhohlstanzniet eine Gesamtlänge LN umfasst und folgenden

Zusammenhang erfüllt:

die Gesamtlänge des Halbhohlstanzniets die Schaftaußenfläche und die Schaftinnenfläche im Nietschaft einen hohlzylindrischen Abschnitt bilden und sich die zylindrische Schaftaußenfläche zumindest bis zur Tiefe TB der Schaftbohrung mit einem konstanten Durchmesser in Richtung des Nietkopfs erstreckt.

Description:
Halbhohlstanzniet für Dünnblechverbindungen. Verfahren zu seiner Herstellung und Verfahren zur Herstellung einer Verbindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbhohlstanzniet, der im Speziellen für die

Herstellung von Dünnblechverbindungen konfiguriert ist. Des Weiteren betrifft vorliegende Erfindung eine Verbindung von dünnen Bauteilen mit diesem Halbhohlstanzniet, ein

Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung sowie ein Herstellungsverfahren für den oben genannten Halbhohlstanzniet.

2. Hintergrund der Erfindung

Im Stand der Technik sind klassische Halbhohlstanzniete bekannt, wie sie beispielsweise in DE 102006028 537 B3 und in DE 102005 052 360 AI beschrieben sind. Die bekannten Halbhohlstanzniete besitzen einen Nietschaft mit einer zentralen Schaftbohrung, die sich größtenteils über mehr als 80 % der Gesamtlänge des Halbhohlstanzniets in Richtung des Nietkopfs erstreckt. Derartige Stanznietgeometrien sind allein schon aufgrund ihrer Lange und aufgrund des Aufspreizverhaltens der klassischen Halbhohlstanzniete nicht zur

Herstellung von Dünnblechverbindungen geeignet.

DE 19648231 AI beschreibt ein Verfahren zur Beeinflussung des Aufspreizverhaltens des in ein Bauteil eingetriebenen Halbhohlstanzniets. Um das Aufspreizen des Halbhohlstanzniets während des Fügeverfahrens zu beeinflussen, wird die zentrale Schaftbohrung ganz oder teilweise mit einer während des Stanzprozesses hydrostatisch wirkenden Substanz gefüllt. Bei diesen hydrostatisch wirkenden Substanzen handelt es sich um Werkstoffe, deren

Aggregatszustand bei üblichen Raum- und Transporttemperaturen fest, bei der Verarbeitung jedoch schnell in einen flüssigen oder pastösen Aggregatszustand umgewandelt werden kann. In Abhängigkeit von dem Füllgrad der zentralen Schaftbohrung des Nietschafts ist der Beginn des Aufweitungsprozesses des Nietschafts veränderbar. Zwar setzt bei Vorhandensein einer Füllsubstanz im Schafthohlraum ein Aufweitungsprozess des Nietschafts früher ein als bei einer Aufweitung, die ausschließlich durch die Einwirkung einer Matrize oder zusätzlich durch eine angespitzte Nietfußgeometrie eingeleitet wird. Doch ist eine Anpassung des Aufweitungsverhaltens durch Füllen der zentralen Schaftbohrung des Halbhohlstanzniets nicht verlässlich, um den Halbhohlstanzniet an unterschiedliche Dicken und Werkstoffe einer herzustellenden Blechverbindung anpassen zu können.

Zur Herstellung einer Stanznietverbindung in Aluminiumblechen beschreibt EP 0 833 063 AI die Nutzung eines Halbhohlniets, der aus Leichtmetall besteht. Im Speziellen weist der

Leichtmetall-Halbhohlniet eine stumpfe Schneidkante sowie einen kegelförmigen Hohlraum im Nietschaft auf.

Um ein vorteilhaftes Aufspreizen des Halbhohlniets während des Fügeverfahrens zu erzielen, erfüllt die Gesamtnietlänge des Leichtmetall-Halbhohlniets das Verhältnis 5:3 zur maximalen Schafthohlraumlänge. Dieses Verhältnis wurde genau deshalb gewählt, weil sich der

Nietschaft des Halbhohlniets nach dem Lochen des oberen Aluminiumblechs nicht ausreichend spreizt, wenn die Schafthohlraumlänge geringer ist. Ist hingegen die

S chafthohlr aumlänge größer, wird dadurch das Lochen des oberen Aluminiumblechs beeinträchtigt. Des Weiteren fuhrt die kegelige Gestalt des Schafthohlraums dazu, dass gerade die dünneren Bereiche des hohlen Schafts in radialer Richtung weit auswärts gespreizt werden. So erreicht der aufgespreizte Schaftbereich eine Ausdehnung, die dem Durchmesser des Halbhohlniets entspricht. Dieses radiale Aufspreizen wird zudem durch den Werkstoff des Halbhohlniets unterstützt, der aus Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, besteht.

Verbindungen aus hochfesten Stählen werden gemäß DE 102013 020 504 AI mit einem Stanzniet hergestellt, dessen Schaft an dem dem Nietkopf gegenüberliegenden Ende eine axiale Ausnehmung geringer axialer Tiefe aufweist. Im Vergleich zur Länge des Stanzniets ist die axiale Tiefe der Schaftbohrung beziehungsweise der axialen Ausnehmung kleiner als 30 % der Nietlänge. Zudem besteht der Stanzniet aus einem stabilen Stahlwerkstoff, da es bei dem beschriebenen Stanzmetverfahren weniger auf das Aufspreizen des Nietschafts ankommt. Durch die relativ geringe axiale Tiefe der Schaftbohrung wird vielmehr erreicht, dass sich die Stanznietverbindung durch einen Stauchvorgang des Stanzniets herausbildet, der durch den Gegendruck des hochfesten Stahls der Werkstückanordnung hervorgerufen wird. Somit folgt die hier beschriebene Stanznietgeometrie und Verbindung einer ganz anderen Verbindungssystematik als beispielsweise in EP 0833 063 AI beschrieben ist.

Trotz der Vielzahl im Stand der Technik bekannter Verbindungselemente ist es eine Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Halbhohlstanzniet bereitzustellen, der für die Herstellung von Fügeverbindungen in Dünnblechstapeln, vorzugsweise aus Leichtmetall, besonders geeignet ist. Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindung und eines solchen Halbhohlstanzniets zu liefern. 3. Zusammenfassung vorliegender Erfindung

Die obigen Aufgaben werden durch einen Halbhohlstanzniet gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, durch eine Verbindung mit diesem Halbhohlstanzniet gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 14, durch ein Verfahren zum Herstellen der

Stanznietverbindung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 17 sowie durch ein

Herstellungsverfahren für den oben genannten Halbhohlstanzniet gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden

Zeichnungen und den anhängenden Patentansprüchen hervor.

Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet umfasst einen Nietkopf und einen Nietschaft mit einer zentralen Schaftbohrung, die eine gemeinsame zentrale Achse X besitzen, wobei der Nietschaft eine Schaftaußenfläche und eine die zentrale Schaftbohrung begrenzende

Schaftinnenfläche aufweist, die Schaftbohrung eine Tiefe T B und der Halbhohlstanzniet eine Gesamtlänge L N umfasst und folgenden Zusammenhang erfüllt: die Gesamtlänge des Halbhohlstanzniets die Schaftaußenfläche und die

Schaftinnenfläche im Nietschaft zumindest über einen Teilbereich des Nietschafts einen hohlzylindrischen Abschnitt bilden.

Die Geometrie des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets ist im Speziellen an die

Herstellung von Dünnblechverbindungen, also einem Stapel aus zwei oder mehreren dünnen Blechen, angepasst. Diese Anpassung schlägt sich im Speziellen in einer Reduktion der

Gesamtlänge des Halbhohlstanzniets sowie in einer Reduktion der Tiefe der Schaftbohrung des Halbhohlstanzniets nieder. Aufgrund der an die Dünnblechverbindung angepasste

Gesamtlänge L N des Halbhohlstanzniets wird die nach Durchdringen der Dünnbleche zum

Aufspreizen zur Verfügung stehende Länge des Nietschafts reduziert Ergänzend dazu bewirkt die angepasste Tiefe T B der Schaftbohrung ebenfalls ein spezielles

Aufspreizverhalten des kopfäbgewandten Endes des Nietschafts. Dadurch ist gewährleistet, dass neben einer verlässlichen Befestigung des Halbhohlstanzniets in dem Dünnblechstapel und einer verlässlichen Befestigung der Mehrzahl an Dünnblechen aneinander eine

Beschädigung des Werkstoffs des Halbhohlstanzniets sowie des Materials von mindestens einem der Dünnbleche, vorzugsweise aller Dünnbleche, in der hergestellten Verbindung weitestgehend vermieden wird.

Gemäß einer bevorzugten Aiisführungsform vorliegender Erfindung erstreckt sich die zylindrische Schaftaußenfläche zumindest bis zur Tiefe T B der Schaftbohrung mit einem konstanten Durchmesser in Richtung des Nietkopfs. Gemäß einer weiter bevorzugten

Ausfuhrungsform des Stanzniets erstreckt sich die zylindrische Schaftaußenfläche über die Tiefe T B der Schaftbohrung hinaus mit einem konstanten Durchmesser in Richtung des Nietkopfs. Diese geometrischen Ausgestaltungen haben den Vorteil, dass ein Übergang zwischen der zylindrischen Außenseite des Nietschafts und dem Nietkopf in Richtung Nietkopf verschoben wird. Dabei geht der senkkopfformige Nietkopf bevorzugt über eine Fase oder bogenförmig mit einem Senkkopfradius in die zylindrische Außenseite des

Nietschafts über. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung beginnt die radiale Aufweitung des

Nietschafts und somit die mechanische Belastung der zu verbindenden Bauteile oder

Dünnbleche unabhängig von einer Aufweitung bzw. Aufspreizung des Nietschafts erst mit zunehmender Eindringtiefe des Stanzniets in den Dünnblechstapel, also später in Bezug auf den Verlauf eines Fügens des Stanzniets in einen Dünnblechstapel. Dadurch können die zu verbindenden Bauteile mechanische entlastet und somit die herzustellende

Stanznietverbindung verlässlicher gemacht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform vorliegender Erfindung erfüllt ein Durchmesser D K des Nietkopfs und ein Durchmesser Ds des Nietschafts folgende Relation:

Ebenfalls mit Blick auf das oben diskutierte Aufspreizverhalten des Halbhohlstanzniets ist der Durchmesser Ds des Nietschafts an den Durchmesser D K des Nietkopfs angepasst. Sofern die erfindungsgemäß bevorzugte Relation zwischen den genannten Durchmessern erfüllt ist, wird der Nietschaft während des Fügevorgangs mit einer deutlich geringeren radialen Außendehnung aufgespreizt, als der Nietkopf aufgrund seines Durchmessers D K aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind die zylindrische Schaftaußenfläche und die Schaftinnenfläche radial außen durch eine radial einwärts geneigte Fase und radial innen durch einen radial inneren Radius miteinander verbunden, um eine Schneidkante zu bilden. Aufgrund dieser erfindungsgemäß bevorzugten Geometrie erzielt die Schneidkante des Halbhohlstanzniets als Ausstanzfläche einen Kreis mit minimaler Strichstärke im Gegensatz zu ringförmigen Ausstanzflächen bekannter

Halbhohlstanzniete. Dieser bevorzugte Angriff der Schneidkante in einem nahezu punktuellen Flächensegment jeweils unterhalb der Schneidkante erzeugt eine Konzentration der wirkenden mechanischen Spannungen während des Fügevorgangs und unterstützt auf diese Weise das Eindringen des Halbhohlstanzniets in die Dünnblechlagen. Zudem ist der durch die Schneidkante eingeleitete Schneidenbereich über die Länge der Schaftbohrung ringförmig. Dies wird gerade durch die zylindrische Schaftaußenfläche unterstützt.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Halbhohlstanzniet aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen

Halbhohlstanzniets geht die zylindrische Schaftaußenfläche oberhalb der Tiefe der

Schaftbohrung über einen Kreisbogen mit einem Senkkopfradius oder über eine Fase in den Nietkopf über. Diese spezielle Formgestaltung nimmt Bezug auf das Verdrängungsverhalten des Werkstoffs des Dünnblechstapels während des Fügevorgangs, wobei mit beiden

Ausfuhrungsformen unterschiedliche Vorteile verbunden sind. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vorliegender Erfindung beschreibt einen Halbhohlstanzniet, der die folgenden Abmessungen aufweist: Nietlänge L N = 3 mm ± 0,1 mm, Tiefe der Schaftbohrung T B = 1 ,5 mm ± 0, 1 mm, Senkkopfradius Rs= 1,3 mm ± 0, 15 mm sowie eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung des Nietkopfs mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinaus erstreckt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform weist der Halbhohlstanzniet folgende Abmessungen auf: Nietlänge L N = 3 mm ± 0,1 mm, Tiefe der Schaftbohrung T B = 1,5 mm ± 0,1 mm, eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung des Nietkopfs mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinaus erstreckt, vorzugsweise über eine Länge

Ls ab dem Nietfuß von und eine Unterkopffase, mit der die zylindrische Schaftaußenfläche in einem Winkel von 30° ± 2° zwischen Fase und Kopfoberseite in den Nietkopf übergeht.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbhohlstanzniet die folgenden Abmessungen auf: Nietlänge L N =3,5 mm ± 0,1 mm, Tiefe der Schaftbohrung T B = 2 mm ± 0,1 mm, Senkkopfradius Rs=l,4 mm ± 0,15 mm sowie eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung Nietkopf mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinaus erstreckt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Geometrie des Halbhohlstanzniets weist dieser die folgenden Abmessungen auf: Nietlänge L N = 3,5 mm ± 0,1 mm, Tiefe der Schaftbohrung T B = 2 mm ± 0,1 mm, eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung des Nietkopfs mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinaus erstreckt, vorzugsweise über eine Länge Ls ab dem Nietfuß mit und eine Unterkopffase,

mit der die zylindrische Schaftaußenfläche in einem Winkel von 30° ± 2° zwischen Fase und Kopfoberseite in den Nietkopf oder eine zylindrische Außenseite des Nietkopfes übergeht.

Zudem ist es erfindungsgemäß bevorzugt, den Halbhohlstanzniet mit einer Nietlänge von L N - 3 mm an seiner Schaftinnenfläche über einen Kreisbogen mit einem Radius Ri = 0,65 mm ± 0,4 mm in die Schneidkante übergehen zu lassen. Bezogen auf einen Halbhohlstanzniet mit einer Nietlänge L N = 3,5 mm ist es bevorzugt, die Schaftinnenfläche über einen Kreisbogen mit einem Radius von Ri = 1 ,5 mm ± 0,4 mm in die Schneidkante übergehen zu lassen.

Vorliegende Erfindung umfasst zudem eine Verbindung aus zumindest einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil mit einem Halbhohlstanzniet, wobei die Bauteile vorzugsweise eine Gesamtdicke aufweisen, eine dem Nietkopf zugewandte Decklage aus

härterem Material besteht als mindestens eine dem Nietkopf abgewandte Basislage und die Basislage in Richtung der Längsachse des Halbhohlstanzniets dicker ausgebildet ist als die Decklage, wobei ein aufgespreizter Nietschaft mit einem Durchmesser Ds im Verhältnis zu einem Durchmesser D K des Nietkopfs folgende Relation erfüllt:

Vorliegende Erfindung hat erkannt, dass bei der Herstellung von Dünnblechverbindungen, die aus zwei oder mehreren dünnen Blechen bestehen, die Lebensdauer der hergestellten Fügeverbindung durch das Aufspreizverhalten des verwendeten Halbhohlstanzniets negativ beeinflusst werden kann. Daraus wurde als wesentliches Kriterium für eine verlässliche Verbindung erkannt, dass der Schaft des Halbhohlstanzniets in radialer Richtung lediglich soweit aufgespreizt werden darf während des Fügevorgangs, dass er maximal 90 %, bevorzugt nicht mehr als 87 % und noch weiter bevorzugt nicht mehr als 80 % der radialen Ausdehnung des Durchmessers D K des Nietkopfs erreicht.

Gemäß vorliegender Erfindung bestehen bevorzugt der Halbhohlstanzniet und die Decklage aus Stahl oder einer Stahllegierung. Die im Dünnblechstapel vorhandene Basislage besteht vorzugsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegi erung, einem Leichtmetall, einer

Leichtmetalllegierung oder einem ähnlichen Material, das ähnliche Materialeigenschaften aufweist. Zudem ist es im Hinblick auf eine verlässliche Verbindung bevorzugt, dass der Halbhohlstanzniet in der Verbindung die Decklage vollständig durchstanzt hat. Auf diese Weise ist eine verlässlichere Verbindung erzielbar.

Des Weiteren beschreibt vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer

Stanzmetverbindung in einer Decklage aus einem ersten Material und in mindestens einer Basislage aus einem zweiten Material, wobei das erste Material härter ist als das zweite Material, während das Verfahren folgende Schritte aufweist: Fügen eines Halbhohlstanzniets in die Decklage und die mindestens eine Basislage und Aufspreizen eines Nietschafts des Halbhohlstanzniets mit zentraler Schaftbohrung während des Fügevorgangs, sodass ein aufgespreizter Nietschaft mit einem Durchmesser Ds im Verhältnis zu einem Durchmesser D K eines Nietkopfs folgende Relation erfüllt:

Des Weiteren ist es im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung der Stanznietverbindung bevorzugt, dass der Halbhohlstanzniet und die Decklage aus Stahl oder einer Stahllegierung bestehen, während die mindestens eine Basislage aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, ähnlichen weichen Materialien oder anderen Leichtmetallen oder Leichtmetalllegierungen bestehen. Zudem ist es im Hinblick auf eine verlässliche Verbindung bevorzugt, dass der Halbhohlstanzniet während des Herstellens der Verbindung, also während des Fügens des Halbhohlstanzniets in den Dünnblechstapel, die Decklage vollständig durchstanzt. Vorliegende Erfindung offenbart zudem ein Herstellungsverfahren für einen Halbhohlstanzniet, das die folgenden Merkmale aufweist: Kaltschlagen eines Drahtrohlings zu einem Halbhohlstanzniet mit einem Nietkopf und einem Nietschaft mit einer zentralen Schaftbohrung, die eine gemeinsame zentrale Achse X besitzen, wobei der Nietschaft eine Schaftaußenfläche und eine die zentrale Schaftbohrung begrenzende Schaftinnenfläche aufweist, die Schaftbohrung eine Tiefe T B und der Halbhohlstanzniet eine Gesamtlänge L N umfasst und folgenden Zusammenhang erfüllt: die Gesamtlänge des Stanzniets L N 4 mm, die Schaftaußenfläche und die Schaftinnenfläche im Nietschaft einen hohlzylindrischen Abschnitt bilden und sich die zylindrische

Schaftaußenfläche zumindest bis zur Tiefe T B der Schaftbohrung mit einem konstanten Durchmesser in Richtung des Nietkopfs erstreckt.

4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen

Die bevorzugten Ausfuhrungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausfuhrungsform des

erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets mit einem Senkkopf, der über eine gebogene Außenfläche in den Nietschaft übergeht, Fig. 2 Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Halbhohlstanzniets mit einem Senkkopf, der mit einer Fase in den Nietschaft übergeht,

Fig. 3A Schnittansicht einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen

Halbhohlstanzniets mit einem Senkkopf, dessen zylindrische Außenseite des Nietschafts sich bis unterhalb der Tiefe der Schaftbohrung erstreckt,

Fig. 3B Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets mit einem Senkkopf dessen zylindrische Außenseite des Nietschafts sich bis oberhalb der Tiefe der Schaftbohrung in Richtung Nietkopf erstreckt,

Fig. 4 eine schematische Bauteilanordnung zur Verbindung mit dem

erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet,

Fig. 5 A eine bevorzugte Stanznietverbindung von zwei Bauteilen mit Hilfe des

erfindungsgemäß bevorzugten Halbhohlstanzniets, in der die Decklage nicht durch den Halbhohlstanzniet durchstanzt ist,

Fig. 5B eine bevorzugte Stanzmetverbindung von zwei Bauteilen mit Hilfe des

erfindungsgemäß bevorzugten Halbhohlstanzniets, in der die Decklage durch den Halbhohlstanzniet vollständig durchstanzt ist, und Fig. 6 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausfuhrungsform zur Herstellung einer

Stanzmetverbindung mit Hilfe des erfindungsgemäß bevorzugten Halbhohlstanzniets.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausfuhrungsformen vorliegender Erfindung

Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet 1 wird mit Hilfe eines Kaltschlagverfahrens aus einem Drahtrohling hergestellt. Er weist die unten näher diskutierten geometrischen

Merkmale auf. Wie man anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten bevorzugten

Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets 1 erkennen kann, umfasst dieser einen Nietkopf 10 und einen Nietschaft 30 mit einer zentralen Schaftbohrung 32, die eine gemeinsame zentrale Achse X besitzen. Der Nietschaft 30 weist eine Schaftaußenfläche 34 und eine die zentrale Schaftbohrung 32 begrenzende Schaftinnenfläche 36 auf. Die Schaftbohrung 30 besitzt eine Tiefe T B und der Halbhohlstanzniet 1 eine Gesamtlänge L N . Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet wird bevorzugt zur Herstellung einer

Stanzmetverbindung in einem Stapel aus einer Mehrzahl von dünnen Blechen Bi, B 2 ... (siehe Fig. 4) genutzt, die die dicken ti und t 2 aufweisen. Dazu besitzt der Halbhohlstanzniet 1 die Gesamtlänge von L N < 4 mm, wobei die Schaftaußenfläche 34 und die Schaftinnenfläche 36 im Nietschaft 30 einen hohlzylindrischen Abschnitt 38 bilden. Um eine verlässliche

Verbindung der Bleche Bi, B2 zu erzielen, erstreckt sich die zylindrische Schaftaußenfläche 34 zumindest über einen Teilbereich des Nietschafts mit konstantem Durchmesser in

Richtung des Nietkopfs.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Halbhohlstanzniets erstreckt sich die zylindrische Schaftaußenfläche 34 maximal bis zur Tiefe T B der Schaftbohrung 32 mit einem konstanten Schaftdurchmesser Ds in Richtung des Nietkopfs 10 (siehe Fig. 3A). Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets erstreckt sich die zylindrische Schaftaußenfläche 34 über die Tiefe T B der Schaftbohrung 32 hinaus mit einem konstanten Schaftdurchmesser Ds in Richtung des Nietkopfs 10 (siehe Fig. 3B).

Zudem erfüllen die geometrischen Eigenschaften des erfindungsgemäß bevorzugten

Halbhohlstanzniets 1 folgenden Zusammenhang:

Die Kombination eines relativ kurzen Halbhohlstanzniets 1 und der Schaftbohrung 32 mit geringer Tiefe T B haben sich als vorteilhaft erwiesen, um eine dauerhafte

Dünnblechverbindung in den mindestens zwei Blechen Bi, B 2 zu erzielen. Vorzugsweise besteht in der erfindungsgemäß bevorzugten Dünnblechverbindung eine dem Nietkopf 10 zugewandte Decklage Di der Dünnblechverbindung aus einem härteren Material als die darunter angeordnete mindestens eine Basislage B 2 . Vorzugsweise ist die Decklage Bi aus Stahl, einer Stahllegierung oder ähnlichen Materialien aufgebaut. Die Basislage B 2 besteht hingegen aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, wie Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder ähnlichen Materialien.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform vorliegender Erfindung ist die mindestens eine Basislage B 2 der Stärke t 2 dicker als die Decklage Bi der Stärke ti. Für die Starken ti, t 2 von Decklage Bi und Basislage B 2 gilt in Bezug auf die Länge L N des verbindenden

Halbhohlstanzniets 1

Bezogen auf die Gesamtdicke tcsesamt des Dünnblechstapels, die sich aus der Summe der Starken ti, t 2 der Decklage Bi und der mindestens einen Basislage B 2 ergibt, gilt vorzugsweise

Vorzugsweise ist die Basislage B 2 oder ein Stapel aus mehreren Basislagen B 2 deutlich dicker ausgebildet als die Decklage Bi, mit

Während des Weiteren bevorzugt Durchmesser D K des Nietkopfe 10 und der Durchmesser Ds des Nietschafts 30 die Relation erfüllen, ergibt sich das in Fig. 5 veranschaulichte spezielle Aufspreizverhalten des erfindungsgemäß bevorzugten Halbhohlstanzniets 1 in der Dünnblechverbindung. Dieses Aufspreizverhalten zeichnet sich durch eine begrenzte Verformung des Nietfußes 40 radial auswärts aus. Das Aufspreizverhalten des Halbhohlstanzniets 1 in der Dünnblechverbindung ist charakterisiert durch das Verhältnis des Durchmessers D K des Nietkopfs 10 zum maximalen Durchmesser Dsp des aufgespreizten Nietschafts 30, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Dementsprechend erfüllen der Durchmesser Djcdes Nietkopfs 10 und der Durchmesser DSP des aufgespreizten Nietschafts 30 folgende Relation:

Das Verhältnis des Durchmesser D K des Nietkopfs 10 zum Durchmesser DSP des

aufgespreizten Nietschafts 30 ist in den Figuren 5A und 5B veranschaulicht. Wie man anhand von Fig. 5A erkennen kann, ist in dieser Verbindung die Decklage BI mit der Dicke tl nicht durchstanzt. Nichtsdestotrotz bilden der aufgespreizte Nietschaft 30 mit den verformten Lagen BI und B2 einen ausreichenden Hinterschnitt für eine verlässliche Verbindung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform vorliegender Erfindung weist die Verbindung gemäß Fig. 5B eine vollständig durchstanzte Decklage Bl auf. In diesem Fall verankert sich der aufgespreizte Nietschaft 30 in der weicheren Basislage B2 bzw. den weicheren Basislagen im Materialvergleich zur Decklage Bl.

Während der Halbhohlstanzniet 1 vorzugsweise aus Stahl, einer Stahllegierung oder einem ähnlichen Material besteht, wird das Aufspreizverhalten gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform vorliegender Erfindung durch die Geometrie des Nietfußes 40 unterstützt. Entsprechend sind die zylindrische Schaftaußenfläche 34 und die Schaftinnenfläche 36 radial außen durch eine radial einwärts geneigte Fase 42 und radial innen durch einen Kreisbogen mit einem Radius R, über eine Schneidkante 44 miteinander verbunden (siehe Fig. 3).

Um das Setzen des Halbhohlstanzniets 1 in den Blechstapel Bi, B 2 zu unterstützten und eine verlässliche Verbindung zu erzielen, erstreckt sich gemäß der bereits oben erwähnten bevorzugten Ausgestaltung des Nietschafts 30 dessen zylindrische Schaftaußenfläche 34 und somit ein zylindrischer Schneidbereich des Nietschafts über eine Strecke Ls beginnend am kopfabgewandten Ende des Halbhohlstanzniets 1. Im Speziellen erstreckt sich die

zylindrische Schaftaußenfläche 34 in Richtung Nietkopf 10 mit konstantem Durchmesser Ds bis maximal zur oder über die Tiefe T B der Schaftbohrung 32 hinaus in Richtung Nietkopf 10. Diese Schaftgeometrie beeinflusst positiv die mechanische Belastung des Nietschafts 30 während des Fügevorgangs. Dabei hat vorzugsweise die Länge Ls der zylindrischen

Schaftaußenfläche 34 gerade in Bezug auf die obige zweite Alternative ab dem Nietfuß 40 eine Größe von

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform vorliegender Erfindung geht der Nietkopf 10 in einem Kreisbogen 12 mit dem Radius Rs in die zylindrische Schaftaußenfläche 34 über. Aufgrund dieser Gestaltung legt sich beim Herstellen der Fügeverbindung das Material der Decklage Bi bevorzugt an den Kreisbogen 12 an, ohne Hohlstellen im

Übergangsbereich zwischen Halbhohlstanzniet 1 und Material der Decklage Bi zu bilden (siehe Fig. 1). Eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform des Halbhohlstanzniets 1 zeigt Fig. 2. Hier geht der Nietkopf 10 in einer zumindest in Teilbereichen geradlinig verlaufenden Fase 14 in die zylindrische Schaftaußenfläche 34 über. Vorzugsweise ist die Fase 14 in einem Winkel α gleich 30° ± 2° in Bezug auf die Oberseite des Nietkopfs 10 angeordnet. Während des Fügevorgangs des Halbhohlstanzniets 1 komprimiert die Fläche unterhalb der Fase 14, also abgewandt vom Nietkopf 10, das Material der Decklage Bi, während der Nietschaft 30 aufgespreizt wird. Nach dem Fügevorgang wird der Nietkopf 10 und somit das komprimierte Material unterhalb der Fase 14 entlastet und relaxiert, während gleichzeitig der aufgespreizte Nietschaft 30 den Halbhohlstanzniet 1 im Material verankert. Die sich daraus ergebenden Druckspannungen im Blechstapel wirken sich positiv auf die Stanznietverbindung aus, gerade wenn spröde Materialien als Decklage Bi verwendet werden.

Neben den oben beschriebenen funktionell-geometrischen Ausgestaltungen des

Halbhohlstanzniets 1 , die sich vollständig oder teilweise in der Geometrie des

Halbhohlstanzniets 1 realisieren lassen, weist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets folgende Abmessungen auf:

wobei eine zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung Nietkopf mit konstantem Durchmesser über die Tiefe der Schaftbohrung hinaus erstreckt die Länge Ls ab dem Nietfuß aufweist mit Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Schaftinnenfläche 36

über den Radius Ri = 0,65 mm ± 0,4 mm in die Schneidkante 44 übergeht.

Eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform des Halbhohlstanzniets 1 weist die folgenden Abmessungen auf:

die zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung des Nietkopfs 10 mit konstantem Durchmesser Ds über die Tiefe T B der Schaftbohrung 32 hinaus erstreckt, vorzugsweise über eine Länge Ls ab dem Nietfuß 40 von und eine Unterkopf fase, mit der die

zylindrische Schaftaußenfläche 34 in dem Winkel α von 30° ± 2° zwischen Fase 14 und Oberseite des Nietkopfs 10 in den Nietkopf 10 übergeht. Waterhin bevorzugt geht die Schaftinnenfläche 36 über den Radius Ri = 0,65 mm ± 0,4 mm in die Schneidkante 44 über.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stanzniets 1 weist die folgenden Abmessungen auf:

mit dem der Kreisbogen 12 aus der zylindrischen Schaftaußenfläche 34 in den Nietkopf 10 übergeht, sowie die zylindrische Schaftaußenfläche, die sich in Richtung Nietkopf mit konstantem Durchmesser Ds über die Tiefe T B der Schaftbohrung 32 gemäß |

T B erstreckt. Weiterhin bevorzugt geht die Schaftinnenfläche 36 über den Radius

± 0,4 mm in die Schneidkante 44 über.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Halbhohlstanzniets 1 sind folgende Abmessungen vorgesehen:

die zylindrische Schaftaußenfläche 34, die sich in Richtung Nietkopf 10 mit konstantem Durchmesser Ds über die Tiefe T B der Schaftbohrung 32 gemäß

erstreckt, und die Unterkopffase 14, mit der die zylindrische Schaftaußenfläche 34 in einem Winkel a = 30° ± 2° zwischen Fase 14 und Kopfoberseite des Nietkopfs 10 in den Nietkopf 10 übergeht. Weiterhin bevorzugt geht die Schaftinnenfläche 36 über einen Kreisbogen mit dem Radius Ri = 1 ,5 mm ± 0,4 mm in die Schneidkante 44 über.