Nietverbindung

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 , ein Nietelement nach Anspruch 9 sowie eine Prozessanordnung bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung nach Anspruch 10.

Bei einer solchen Nietverbindung ist der Nietfuß eines Nietelements mit einer Setzkraft in ein Bauteil eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im Bauteil sowie unter Aufspreizung des Nietfußes. Im eingetriebenen Zustand weist der Nietfuß, im Vergleich zu seinem noch unverformten Zustand, einen aufgeweiteten Querschnitt auf.

Die obige Nietverbindung wird im Stand der Technik mit Hilfe eines Setzgerätes erzeugt, bei dem ein Setzkolben das Nietelement in das Bauteil eintreibt. Auf der, dem Setzkolben gegenüberliegenden Seite ist das Bauteil auf einer Matrize abgestützt. Diese weist eine profilierte Matrizenfläche mit Ausnehmung (das heißt Matrizengravur) auf, mittels der das Aufspreizverhalten des Nietfußes gesteuert wird.

Bei einem solchen Setzprozess erfolgt über die gesamte Materialdicke des Bauteil-Werkstoffes (das heißt von der Setzseite bis zur Matrizenseite) eine Materialumformung bzw. Werkstoffveränderung. Speziell bei Verwendung eines nur eingeschränkt tiefziehfähigen Bauteil- Werkstoffes mit geringer Duktilität (zum Beispiel Aluminium-Druckguss) kann eine solche Materialumformung zu einer Beeinträchtigung der Verbindungsfestigkeit durch das eingetriebene Nietelement im Bauteil-Werkstoff führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Nietverbindung bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik auch bei Verwendung eines nur eingeschränkt tiefziehfähigen Bauteil-Werkstoffes eine einwandfreie Verbindungsfestigkeit ermöglicht.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 , 9 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung geht von einer Nietverbindung aus, bei der der Nietfuß eines Nietelements mit einer Setzkraft in zumindest ein, insbesondere vorlochfreies Bauteil eingetrieben ist, und zwar unter Aufspreizung des Nietfußes sowie unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im Bauteil. Der Nietfuß weist im unverformten Zustand einen zur Nietfuß-Stirnseite offenen Nietfuß-Hohlraum auf. Der Nietfuß kann mit einem, den Hohlraum begrenzenden Nietfuß- Wandabschnitt ausgebildet sein. Dieser ist im unverformten Zustand bis zur Nietfuß-Stirnseite um einen Vorspreiz-Konuswinkel nach radial außen aufgeweitet. Es hat sich gezeigt, dass durch den konisch aufgeweiteten Nietfuß- Wandabschnitt das Aufspreizverhalten des Nietelements derart unterstützt wird, dass im Setzprozess auf eine gängige Matrize mit profilierter Matrizenfläche (das heißt Matrizengravur) verzichtet werden kann. Das Aufspreizverhalten des Nietfußes ist unabhängig von der Bauteildicke und wird im Wesentlichen durch die Nietfuß-Geometrie gesteuert, nicht jedoch durch eine profilierte Matrizenfläche, wie es im Stand der Technik der Fall ist.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist erfindungsgemäß die Materialumformung bzw. Werkstoffveränderung auf die Eindringtiefe des Nietelements in den Bauteil-Werkstoff beschränkt, so dass eine matrizenseitige Materialumformung bzw. Werkstoffveränderung im Bereich der Restbodendicke wegfällt.

Insgesamt wird somit eine Nietverbindung bereitgestellt, bei der im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentlich reduziertere Materialumformung während des Setzprozesses erfolgt. Die Erfindung ist daher bevorzugt anwendbar für eingeschränkt tiefziehfähige Bauteil-Werkstoffe, wie etwa Aluminium-Druckguss, bei denen aufgrund der reduzierten Materialumformung im Bauteil-Werkstoff trotz geringer Duktilität eine einwandfreie Verbindungsfestigkeit unter Einsatz des Nietelements im Bauteil-Werkstoff erzielt werden kann.

In einer technischen Umsetzung kann der konisch aufgeweitete Nietfuß- Wandabschnitt entlang der Nietelement-Längsachse in Richtung Nietkopf an einer Übergangskante bzw. einer Knickstelle in einen vollzylindrischen oder hohlzylindrischen Nietfußabschnitt übergehen. An den voll- oder hohlzylindrischen Nietfußabschnitt schließt sich der Nietkopf an. In diesem Fall wird das Aufspreizverhalten im Setzprozess lediglich durch ein Bemessen des Vorspreizkonus-Winkels und der axialen Längenaufteilung zwischen dem konisch aufgeweiteten Nietfuß-Wandabschnitt und dem zylindrischen Nietfuß- Wandabschnitt gesteuert, nicht jedoch durch eine profilierte Matrizenoberfläche.

Das Nietelement ist im unverformten Zustand bevorzugt rotationssymmetrisch um eine Nietelement-Längsachse ausgebildet. Zudem kann der Nietkopf an seiner Oberseite einen beliebig gestalteten Funktionsabschnitt aufweisen, etwa einen Gewindebolzen, ein Rastelement oder dergleichen.

Im unverformten Zustand des Nietelements vergrößert sich der Außendurchmesser des konisch aufgeweiteten Nietfuß-Wandabschnitts bis zur Nietfuß-Stirnseite konusartig. Im Gegensatz dazu bleibt der Außendurchmesser des zylindrischen Nietfußabschnittes entlang der Nietelement-Längsachse (das heißt zwischen Nietkopf und Knickstelle) konstant.

Der zylindrische Nietfußabschnitt kann in einer Ausführungsvariante nicht aus Vollmaterial gebildet sein, sondern vielmehr einen, den Hohlraum begrenzenden, hohlzylindrischen Nietfuß-Wandabschnitt aufweisen. Der hohlzylindrische Nietfuß-Wandabschnitt kann beim Nietelement- Herstellungsprozess als ein Führungsabschnitt wirken, in dem ein später beschriebener Spreiz-Dorn zentrisch geführt ist.

Die Wandstärke des zylindrischen Nietfuß-Wandabschnittes und die Wandstärke des konisch aufgeweiteten Nietfuß-Wandabschnittes können im Wesentlichen gleich groß bemessen sein.

Der Nietfuß-Hohlraum kann ausgehend von der Nietfuß-Stirnseite entlang der Nietelement-Längsachse in Axialrichtung um eine Profiltiefe bis zu einer inneren Scheitelstelle in den Nietfuß einragen. In einer ersten Ausführungsvariante kann sich der Hohlraum in Axialrichtung mit einem Axial-Übermaß über die Knickstelle hinweg in Richtung Nietkopf erstrecken. Alternativ dazu kann in einer zweiten Ausführungsvariante die Scheitelstelle des Hohlraums und die Knickstelle in etwa auf gleicher Axialhöhe positioniert sein.

In einer technischen Umsetzung kann der konisch aufgeweitete Nietfuß- Wandabschnitt an der Nietfuß-Stirnseite mit einer ringförmigen, zum Beispiel spitzwinkligen Schneidkante abschließen. Der erfindungsgemäße Nietfuß kann mit einer Schneidkante beliebiger Schneidgeometrie realisiert werden.

Wie bereits erwähnt, ist erfindungsgemäß das Aufspreizen des Nietfußes im Setzprozess alleine durch den Vorspreiz-Konuswinkel und durch die Höhenposition der Knickstelle steuerbar. Auf diese Weise kann im Setzprozess auf eine Matrize mit profilierter Matrizenfläche verzichtet werden. Anstelle dessen kann im Setzprozess der Setzkolben mit einer komplett ebenflächigen Werkzeug-Gegenkontur (das heißt Amboss) Zusammenwirken. In diesem Fall ist die von der Setzseite abgewandte Bauteil-Seite komplett ebenflächig ausgebildet, das heißt ohne matrizenseitige Durchwölbung.

Das erfindungsgemäße Nietelement kann in einer nachfolgend beschriebenen Prozessabfolge im Kaltschlagprozess gefertigt werden. So kann in einem ersten Prozessschritt ein Nietelement-Grundmaterial bereitgestellt werden. Das Grundmaterial kann je nach Anwendungsfall zum Beispiel ein schweißgeeigneter Drahtwerkstoff, insbesondere ein Kaltfließpressstahl oder ein Kaltstauchstahl sein. Mit Hilfe eines Kaltschlagwerkzeugs wird das Grundmaterial zu einem Nietelement-Rohling bearbeitet. Im Nietelement- Rohling ist der Nietfuß über seine gesamte Nietfuß-Länge zylindrisch mit konstantem Außendurchmesser ausgebildet. Der Nietfuß-Hohlraum des Nietelement-Rohlings ist nicht kalottenförmig, sondern vollständig hohlzylindrisch ausgebildet, und zwar über seine gesamte Axiallänge von der Nietfuß-Stirnseite bis zur inneren kopfseitigen inneren Scheitelstelle.

In einem zweiten Prozessschritt erfolgt ein konisches Aufweiten des Nietfußes, bei dem durch plastische Verformung der konisch aufgeweitete Nietfuß- Wandabschnitt an der Nietfuß-Stirnseite erzeugt wird. Hierzu kann bevorzugt ein Spreiz-Dorn mit einem Vorspreizkonus in den Hohlraum des Nietelements- Rohlings eingetrieben werden, wodurch der konisch aufgeweitete Nietfuß- Wandabschnitt erzeugt wird.

Eine lagerichtige Zentrierung des Spreiz-Dorns gegenüber dem Nietelement ist von großer Bedeutung für eine einwandfreie Nietelement-Funktion. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn der Vorspreizkonus des Spreiz-Dorns an der Dornspitze in einen zylindrischen Zentrierzapfen übergeht. Im zweiten Prozessschritt wird der zylindrische Zentrierzapfen des Spreiz-Dorns mit geringem Lochspiel in den hohlzylindrischen Nietelement-Hohlraum eingefahren, wodurch der Spreizdorn und das Nietelement zueinander zentrisch ausgerichtet sind.

In einer weiteren Ausführungsform kann zur Sicherung des Nietelements am Bauteil das folgende Wirkprinzip zum Einsatz kommen: So bildet die erfindungsgemäße Nietfuß-Geometrie einen bistabilen Federabschnitt, der zwei Gleichgewichtszustände aufweist. Ein erster Gleichgewichtszustand entspricht dem querschnittsreduzierten, unverformten Nietfuß-Zustand. Durch Einwirken der Setzkraft schlägt der Nietfuß in den zweiten Gleichgewichtszustand um, in dem der Nietfuß mit einem ausgeweiteten Querschnitt im Bauteil verspreizt ist. Das Umschlagen in den Spreiz-Zustand erfolgt im Wesentlichen ohne Aufbau einer Rückfederkraft, die das Nietelement in Richtung unverformtem Zustand vorspannt.

Erfindungsgemäß erfolgt also die Verformung des Nietelements im Setzprozess unter Nutzung des sogenannten Springbeuleffekts (auch bekannt als Knackfroscheffekt). Unter dem Springbeuleffekt versteht man einen physikalischen Effekt, bei dem die Gestalt des Nietelements zwei stabile Zustände aufweist, die durch eine geeignete Krafteinwirkung ineinander überführt werden können.

In einer technischen Umsetzung kann das Bauteil im unverformten Zustand nicht komplett vorlochfrei gebildet sein, sondern vielmehr an der herzustellenden Fügestelle ein Vorloch aufweisen. Im Zusammenbauzustand ist der Nietfuß des Nietelements gegen den Innenumfang des Vorloches verspreizt. Im Spreiz-Zustand kann die Nietfußwand entgegen der Setzrichtung, das heißt in Richtung Nietkopf, umgeschlagen sein. In diesem Fall kann die Aufsetzkante in Spreizeingriff mit dem Innenumfang des Bauteil-Vorloches sein.

In einer technischen Realisierung kann das Bauteil ein Gussteil, zum Beispiel ein Aluminium-Druckgussteil sein, während das Nietelement aus einem Kaltschlagmaterial gefertigt sein kann. Speziell in diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Bauteil während des Setzvorgangs im Wesentlichen ohne plastische Verformung, das heißt insbesondere nur elastisch beansprucht wird. Das Bauteil kann besonders bevorzugt nach erfolgtem Setzprozess weitgehend unverformt bleiben.

Im Hinblick auf eine einwandfreie Überführung des Nietelements vom unverformten Zustand in den Spreiz-Zustand ist es von Vorteil, wenn das Bauteil-Vorloch eine entsprechende Aktivierungskontur aufweist. Mittels der Aktivierungskontur kann im Setzvorgang ein Überführen des Nietelement vom unverformten Zustand in den zweiten Spreiz-Zustand prozesssicher gestaltet werden. In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Bauteil-Vorloch die folgende Geometrie aufweisen: So kann das Bauteil-Vorloch als ein Sackloch mit geschlossenem Boden realisiert sein. Das Sackloch kann einen durchmessergroßen Einführabschnitt aufweisen. Dieser geht an einer umlaufenden Ringschulter in eine durchmesserkleine Senkung über. Die Aufsetzkante des noch unverformten Nietelements kann auf einem Durchmesser liegen, der größer bemessen ist als der Innendurchmesser der Ringschulter. Dadurch kann (in Vorbereitung auf den Setzprozess) das Nietelement mit seiner Aufsetzkante auf der Ringschulter des Bauteil-Vorloches positioniert werden.

Bei Einwirken der Setzkraft kann sich das Nietelement mit seiner Aufsetzkante nach radial außen aufweiten, und zwar bis Erreichen eines maximalen Außendurchmessers. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses kann das Nietelement um einen zusätzlichen Übertotpunkt-Hubweg in die Vorloch- Senkung eingetrieben werden. Dadurch erfolgt eine Überformung beziehungsweise Überspreizung des Nietfußes, bei der der Nietfuß in den Spreiz-Zustand umschlägt.

Bevorzugt kann das Nietelement aus einem Kaltschlagmaterial gefertigt sein, bei dem insbesondere bei der Überspreizung eine Umformgrenze überschritten wird, bei der eine Verfestigung des Nietelement-Materials eintritt, die im Hinblick auf eine gesteigerte Verbindungsfestigkeit zwischen dem Nietelement und dem Bauteil von Vorteil ist. Von daher kann erfindungsgemäß auf eine Matrize verzichtet werden, deren Matrizenform ein Aufspreizen des Nietfußes unterstützt. Anstelle dessen kann das Bauteil zwischen einem Niederhalter und einem ebenflächigen Amboss zwischengeklemmt sein.

Der erfindungsgemäße Setzprozess kann Bestandteil einer vollautomatischen Prozesskette sein, bei der ein Setzgerät am distalen Ende eines Roboterarms eines Industrieroboters befestigt ist, der mittels einer Programmsteuerung autonom arbeitet. Um einen einwandfreien Setzvorgang zu gewährleisten, ist es bevorzugt, wenn der Nietfuß-Außendurchmesser kleiner bemessen ist als der Ringschulter-Außendurchmesser. Auf diese Weise kann das noch unverformte Nietelement mit seiner Aufsetzkante in schwimmender Lagerung, das heißt mit Querspiel, auf der Ringschulter positioniert werden, wodurch Bauteil und/oder Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können.

Bei Verwendung eines Druckgussteils kann das Bauteil-Vorloch während des Gießverfahrens in der Bauteil-Oberfläche erzeugt werden. In diesem Fall kann das Bauteil-Vorloch einen konusartigen Innenumfang aufweisen, der als Entformungsschräge dient. Der konusartige Innenumfang wirkt während des Setzvorgangs zusätzlich auch als eine Einführschräge, um eine einwandfreie Positionierung des Nietelements auf der Ringschulter des Bauteil-Vorloches zu gewährleisten.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 in einer Schnittdarstellung eine Nietverbindung;

Figur 2 in einer Seitenschnittdarstellung ein Nietelement in unverformten Zustand;

Figur 3 eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Setzprozesses;

Figur 4 bis 6 jeweils Ansichten, anhand derer eine Prozessabfolge zur Herstellung des Nietelements veranschaulicht ist;

Figuren 7 und 8 Ansichten weiterer Ausführungsbeispiele; sowie

Figur 9 bis 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

In der Figur 1 ist eine fertiggestellte Nietverbindung gezeigt, bei der ein erstes Bauteil 1 und ein zweites Bauteil 3 mit Hilfe eines Nietelements 5 miteinander verbunden sind. In der Figur 1 weisen die beiden Bauteile 1 , 3 eine Blechdicke s auf. Alternativ dazu ist auch eine Nietverbindung in nur ein einteiliges Bauteil mit gleicher Blechdicke s möglich. In der Nietverbindung ist ein Nietfuß 7 des Nietelements 5 mit einer Setzkraft F (Figur 3) in die beiden vorlochfreien Bauteile 1 , 3 eingetrieben, und zwar unter Aufspreizung des Nietfußes 7 sowie unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke r im unteren Bauteil 3. Das Nietelement 5 weist zudem einen Nietkopf 9 auf, der mit seiner Unterseite auf der Oberfläche des ersten Bauteils 1 aufliegt.

Nachfolgend wird anhand der Figur 2 die Geometrie des Nietelements 5 im unverformten Zustand beschrieben: Demnach ist das Nietelement 5 um eine Nietelement-Längsachse L rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Nietfuß 7 weist einen zur Nietfuß-Stirnseite 11 offenen Hohlraum 13 auf, der in Axialrichtung um eine Profiltiefe t bis zu einer Scheitelstelle 15 in den Nietfuß 7 einragt. An der Nietfuß-Stirnseite 11 ist eine ringförmige Schneidkante 16 ausgebildet.

Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass der Nietfuß 7 entlang der Nietelement-Längsachse L zweiteilig ausgeführt ist, und zwar mit einem am Nietkopf 9 angeformten hohlzylindrischen Nietfußabschnitt 17. Dieser geht an einer Übergangskante 19 bzw. Knickstelle in einen, den Hohlraum 13 begrenzenden Nietfuß-Wandabschnitt 21 über. Der Nietfuß-Wandabschnitt 21 ist in der Figur 3 ausgehend von der Knickstelle 19 bis zur Nietfuß-Stirnseite 11 um einen Vorspreiz-Konuswinkel a nach radial außen aufgeweitet. Durch Bemessen des Vorspreiz-Konuswinkels a und der Längenaufteilung zwischen den beiden Nietfußabschnitten 17, 21 wird erfindungsgemäß das Aufspreizverhalten des Nietelements im Setzprozess (Figur 3) gesteuert.

In der Figur 2 vergrößert sich der Außendurchmesser di des konisch aufgeweiteten Nietfuß-Wandabschnitts 21 von der Knickstelle 19 bis zur Nietfuß-Stirnseite 11 kontinuierlich. Der Außendurchmesser d2 des zylindrischen Nietfußabschnittes 17 bleibt dagegen entlang der Nietelement- Längsachse L konstant. Wie aus der Figur 2 weiter hervorgeht, sind die Wandstärken w des zylindrischen Nietfuß-Wandabschnittes 23 und des konisch aufgeweiteten Nietfuß-Wandabschnittes 21 im Wesentlichen gleich groß bemessen. Der Hohlraum 13 erstreckt sich in der Figur 2 in Axialrichtung mit einem Axial-Übermaß a (Figur 3) über die Knickstelle 19 hinweg. Auf diese Weise sind die innere Scheitelstelle 15 (Figur 2) und die Knickstelle 19 in Axialrichtung zueinander versetzt positioniert.

Nachfolgend wird anhand der Figur 3 eine Prozessabfolge zur Herstellung der Nietverbindung veranschaulicht: Demzufolge werden zur Vorbereitung des Setzprozesses die beiden Bauteile 1 , 3 aufeinanderliegend auf eine ebenflächige Gegenkontur 25 des Setzwerkzeuges positioniert und mittels eines nicht gezeigten Niederhalter-Systems mit einer Niederhalterkraft zusammengepresst. Anschließend wird das Nietelement mit Hilfe eines Stempels 30 mit der Setzkraft F in die beiden Bauteile 1 , 3 eingetrieben. Beim Setzprozess durchstößt das Nietelement 5 das Material des stempelseitigen Bauteils 1 und wird durch dieses bis in das zweite Bauteil 3 eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung der Restbodendicke r im Bauteil 3. Die Aufspreizung des Nietelements 5 wird gemäß der Figur 3 alleine durch den Vorspreiz-Konuswinkel a des konisch aufgeweiteten Nietfuß-Wandabschnittes 21 sowie durch die axiale Längenaufteilung zwischen den beiden Nietfußabschnitten 17, 21 gesteuert.

Aufgrund der ebenflächigen Gegenkontor 25 weist die Nietverbindung auf der von der Setzseite abgewandten Bauteil-Seite keine matrizenbedingte Durchwölbung auf. Vielmehr ist die Nietverbindung auf der von der Setzseite abgewandte Bauteil-Seite komplett ebenflächig. Zudem ist im Bereich der Restbodendicke r keine Materialumformung und/oder Werkstoffveränderung im unteren Bauteil 3 erfolgt. Die Materialumformung bzw. Werkstoffveränderung ist daher auf die Eindringtiefe des Nietelements 5 in die Bauteile 1 , 3 beschränkt.

Durch die Aufspreizung des konisch aufgeweiteten Nietfuß-Wandabschnittes 21 wird eine Hinterschneidung zwischen der Nietfuß-Stirnseite 11 und dem Nietkopf 9 erzeugt, in der die beiden Bauteile 1 , 3 gegeneinander verspannt sind.

Anhand der Figuren 4 bis 6 ist beispielhaft eine Prozessabfolge zur Herstellung des erfindungsgemäßen Nietelements 5 beschrieben: Demzufolge ist das Nietelement 5 in einem Kaltschlagprozess fertigbar. Dieser weist grob vereinfacht zwei Prozessschritte auf: In einem ersten Prozessschritt (Figur 4) wird ein Nietelement-Grundmaterial 26, das heißt ein Drahtmaterial, mit Hilfe eines angedeuteten Kaltschlagwerkzeugs 28 vorgeformt, und zwar unter Bildung eines Nietelement-Rohlings 27 (Figur 5). Der Nietelement-Rohling 27 weist einen Nietfuß 7 auf, der über seine gesamte Nietfuß-Länge zylindrisch mit konstantem Außendurchmesser ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß weist das Kaltschlagwerkzeug 28 einen zylindrischen Stempel 30 auf, der in das Nietelement-Grundmaterial 26 eingetrieben wird und den hohlzylindrischen Nietfuß-Hohlraum 13 erzeugt. Die Herstellung des hohlzylindrischen Nietfuß-Hohlraum 13 kann fertigungstechnisch vorteilhaft in einem einstufigen Kaltschlagprozess erfolgen, da aufgrund der zylindrischen Stempelgeometrie die Reibung zwischen Stempel 30 und Nietelement- Grundmaterial 26 reduziert ist. Im Unterschied dazu ist im Stand der Technik der Nietfuß-Hohlraum 13 in gängiger Praxis nicht hohlzylindrisch, sondern kalottenförmig oder glockenförmig ausgebildet. Hierfür ist eine entsprechende glockenförmige Stempelgeometrie erforderlich. Bei einer solchen glockenförmige Stempelgeometrie ist im Kaltschlagprozess die Reibung zwischen Stempel und Nietelement-Grundmaterial wesentlich erhöht. Der Kaltschlagprozess muss daher fertigungstechnisch aufwändig mehrstufig erfolgen.

Der in der Figur 5 bereitgestellte Nietelement-Rohling 27 kann je nach

Anforderungsprofil im folgenden zweiten Prozessschritt (Figur 6) weiterbearbeitet werden. Im zweiten Prozessschritt (Figur 6) erfolgt ein konisches Aufweiten des Nietfußes 7. Hierzu wird ein Spreiz-Dorn 29 mit Vorspreizkonus 31 in den Hohlraum 13 des Nietelement-Rohlings 27 eingetrieben. Auf diese Weise wird der konisch aufgeweitete Nietfuß- Wandabschnitt 21 erzeugt.

Je nach Werkstoffeigenschaften und/oder Bauteildicke des oder der Bauteile 1 , 3 kann ein Spreiz-Dorn 29 mit geeigneter Längeneinteilung zwischen den Nietfußabschnitten 17, 21 und/oder geeigneter Größe des Vorspreiz- Konuswinkels a ausgewählt werden.

Für eine Zentrierung des Spreiz-Dorns 29 gegenüber dem Nietelement 5 geht der Vorspreizkonus 31 des Spreiz-Dorns 29 an der Dornspitze in einen zylindrisches Zentrierzapfen 33 über, der mit geringem Lochspiel in den Hohlraum 13 des Nietelements 5 einfahrbar ist.

Im ersten Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6 ist die Oberseite des Nietkopfes 9 flach ausgeführt. Anstelle dessen kann auf der Nietkopf-Oberseite auch ein beliebiger, zum Beispiel bolzenförmiger Funktionsabschnitt 35 angeformt sein. Der bolzenförmiger Funktionsabschnitt 35 kann zum Beispiel in einem Rollierverfahren mit zum Beispiel einem metrischen Gewinde (siehe Figur 7) oder mit einem Rohgewinde ausgebildet werden. Alternativ dazu kann der Funktionsabschnitt 35 auch als ein Rastelement (Figur 8) realisiert sein, so dass das Nietelement 5 werkzeugtechnisch einfach mit hoher Fertigungsvariabilität herstellbar ist.

In den Figuren 9 bis 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Nietelement 5 in ein Bauteil-Vorloch 37 eingetrieben wird, das sich konusartig bis zu einer Vorlochtiefe erstreckt und dort mit einem Vorloch-Boden 39 abschließt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Nietfuß 7 als ein bistabiler Federabschnitt. Dieser weist zwei Gleichgewichtszustände auf, nämlich den unverformten querschnittsreduzierten Zustand (Figur 9) und einen ausgeweiteten Spreiz-Zustand (Figur 11 ). Durch Einwirken der Setzkraft F schlägt das Nietelement 5 vom unverformten Zustand (Figur 9) in den Spreiz- Zustand um, in dem der Nietfuß 7 mit dem ausgeweiteten Querschnitt im Bauteil 3 verspreizt ist. Der Spreiz-Zustand (Figur 11) zeichnet sich dadurch aus, dass (im Unterschied zum Stand der Technik) im Wesentlichen keine Rückfederkraft aufgebaut ist, die das Nietelement 5 in Richtung unverformtem Zustand vorspannt. Von daher kann erfindungsgemäß auf ein formschlüssiges Einfassen der Nietfußspitze mittels des Bauteil-Materials verzichtet werden.

Nachfolgend werden anhand der Figuren 9 bis 11 die Vorloch-Geometrie des Bauteils 3, die Nietelement-Geometrie sowie der erfindungsgemäße Setzvorgang beschrieben: So ist gemäß der Figur 9 das noch unverformte Nietelement 5 mit Bezug auf seine Längsachse L rotationssymmetrisch ausgebildet.

Das Umschlagen der als bistabiler Federabschnitt wirkenden Nietfußwand 7 wird mittels einer speziellen Aktivierungskontur im Bauteil-Vorloch 37 unterstützt, die wie folgt ausgebildet ist: So weist das Bauteil-Vorloch 37 in der Figur 9 einen durchmessergroßen Einführabschnitt 43 auf. Dieser geht in Richtung Vorloch-Boden 39 an einer umlaufenden Ringschulter 45 stufenartig in eine durchmesserkleine Vorloch-Senkung 47 über. Bei noch unverformtem Nietelement 5 verläuft dessen Aufsetzkante auf einem Durchmesser dK (Figur 9), der größer bemessen ist als der Innendurchmesser di der Ringschulter 45. Zudem ist der Aufsetzkanten-Außendurchmesser dK kleiner bemessen als der Ringschulter-Außendurchmesser dA.

Der Setzvorgang wird mit einem Setzgerät durchgeführt, das in der Figur 9 den Niederhalter 49 aufweist, in dem ein Setzkolben 30 hubverstellbar geführt ist. Das Bauteil 3 ist zwischen dem Niederhalter 49 und einer ebenflächigen Gegenkontur 25 zwischengeklemmt. Die Gegenkontur 25 weist im Gegensatz zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Matrize keine spezielle Kontur zur Unterstützung einer Aufspreizbewegung des Nietfußes 7 auf, sondern ist diese ist vielmehr ebenflächig als Amboss ausgebildet. Auch kommt es zu keiner Verformung des Bauteils 3. In der Figur 10 ist das Nietelement 5 mit seiner Aufsetzkante auf der Ringschulter 45 im Bauteil-Vorloch 37 abgestützt. Bei Einwirken der Setzkraft F weitet sich der Nietfuß 7 mit seiner Aufsetzkante nach radial außen auf, und zwar bis Erreichen eines Setzhub-Totpunktes T (Figur 10). Im Setzhub-Totpunkt T ist die Aufsetzkante des Nietelements 5 mit einem maximalen Durchmesser dmax ausgeweitet und in Spreizeingriff mit dem Innenumfang des durchmessergroßen Einführabschnitts 43 des Bauteil- Vorloches 37. Zudem befindet sich die Stirnseite der Nietfußspitze großflächig in Kontakt mit der Ringschulter 45. Ferner liegt im Setzhub-Totpunkt T (Figur 10) der von den Spreizlinien aufgespannte Spreizwinkel ß bei etwa 180°.

Der Setzhub ist erfindungsgemäß über den Totpunkt T hinaus mit einer Übertotpunkt-Hubweg h (Figur 10) verlängert. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses wird daher der Nietfuß 7 um den Übertotpunkt- Hubweg h in Richtung Vorloch-Senkung 47 eingetrieben. Auf dieser Weise ergibt sich eine Überformung beziehungsweise Überspreizung der Nietfußwand, bei der die Nietfußwand in den Spreiz-Zustand (Figur 11) umschlägt. Im Spreiz-Zustand ist der von den Spreizlinien 51 aufgespannte Spreizwinkel ß (im Vergleich zum Setzhub-Totpunkt T gemäß der Figur 10) bis auf etwa 200° vergrößert. Die Nietfußwand ist daher entgegen der Setzrichtung, das heißt in Richtung Nietkopf 9, umgeschlagen. Die umgeschlagene Nietfußwand erstreckt sich in der Umfangsrichtung durchgängig sowie tellerförmig um den verbleibenden Nietfuß des Nietelements 5. Wie aus der Figur 10 weiter hervorgeht, ist der Innenumfang des durchmessergroßen Einführabschnittes 43 des Bauteil-Vorloches 37 konusartig ausgebildet, sodass der Innenumfang als Einführschräge wirkt, mittels der ein leichtgängiges Einsetzen des Nietelements 5 in das Bauteil-Vorloch 37 ermöglicht ist. Zudem ist das Nietelement 5 auf der Ringschulter 45 in schwimmender Lagerung positioniert (Figur 10), das heißt mit Querspiel positioniert, wodurch Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können.

Bezuqszeichenliste

1 , 3 Bauteile

5 Nietelement

7 Nietfuß

9 Nietkopf

11 Nietfuß-Stirnseite

13 Hohlraum

15 Scheitelstelle

16 Schneidkante

17 zylindrischer Nietfußabschnitt

19 Knickstelle bzw. Übergangskante

21 konischer Nietfuß-Wandabschnitt

23 zylindrischer Nietfuß-Wandabschnitt

25 ebenflächige Gegenkontur

26 Nietelement-Grundmaterial

27 Nietelement-Rohling

28 Kaltschlagwerkzeug

29 Spreiz-Dorn

30 Setzkolben, Stempel

31 Vorspreizkonus

33 Zentrierzapfen

35 Funktionsabschnitt

37 Bauteil-Vorloch

39 Vorloch-Boden

43 Einführabschnitt 45 umlaufende Ringschulter

47 durchmesserkleine Vorloch-Senkung

49 Niederhalter

51 Spreizlinie

T Totpunkt dmax Durchmesser

L Nietelement-Längsachse a Vorspreiz-Konuswinkel ß Spreizwinkel h Übertotpunkt-Hubweg t Profiltiefe w Wandstärken a Axial-Überstand di, d ₂ Außendurchmesser s Blechdicke dK Aufsetzkanten-Durchmesser dA Ringschulter-Außendurchmesser di Ringschulter-Innendurchmesser