BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft eine Stanznietverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Stanzniet für eine solche Stanznietverbindung nach dem Anspruch 10. Die Erfindung ist beschränkt auf das Fügen von Bauteilen aus umformfähigen, metallischen Werkstoffen mit einer geringen Festigkeit bis 300 MPa, insbesondere auf das Fügen von Aluminiumwerkstoffen.

Die erfindungsgemäße Stanznietverbindung wird bevorzugt im Automobilbau angewendet. In diesem Fall ist die Stanznietverbindung speziell im Hinblick auf die bei Fahrzeugen auftretenden dynamischen Lasten und/oder Crash lasten ausgelegt. Im Automobilbau erfolgt die Herstellung einer Fahrzeugka- rosserie in einer vollautomatischen Prozesskette, bei der beispielhaft Alumi niumhalbzeuge (Blech- und Gusswerkstoffe sowie Profile) bereitgestellt wer den, mittels einer Stanznietverbindung zusammengefügt werden und darauf hin in zum Beispiel einem KTL-Prozess lackiert werden. In einer gattungsgemäßen Stanznietverbindung sind zumindest zwei Bauteile aus umformfähigen metallischen Werkstoffen einer Festigkeit einer 300 MPa in einem Nietvorgang miteinander verbunden. Bei dem Nietvorgang durch stößt ein Stanzniet mit einer Setzkraft das erste, stempelseitige Bauteil und wird in das zweite, matrizenseitige Bauteil eingetrieben. Dies erfolgt unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im zweiten, matrizenseitigen Bauteil sowie unter Aufspreizung des Stanzniets bis auf einen Aufspreizdurchmes ser im zweiten Bauteil, um einen Hinterschnitt zu erzeugen. Der Stanzniet kann aus einem Drahtwerkstoff, etwa einem Kaltstauchstahl, hergestellt sein sowie mit einer Korrosionsschicht oberflächenveredelt sein. Ein solcher herkömmlicher Stanzniet weist eine Innenbohrung mit einer ver gleichsweise großen Bohrungstiefe auf. Der Stanzniet kann beispielhaft in insgesamt fünf Stufen gefertigt werden, von denen zwei Stufen für die Her stellung der Innenbohrung erforderlich sind. Zudem besteht bei dem her kömmlichen Stanzniet (aufgrund seiner schöpfenden Geometrie bedingt durch die tiefe Innenbohrung) im Tauch-Schleuder-Verfahren oder in ande ren Beschichtungsverfahren die Problematik, dass das Beschichtungsmate rial in die Stanzniet-Innenbohrung fließt und die Innenbohrung verschließt.

Aus der DE 10 2013 020 504 A1 ist ein Stanzniet zum Verbinden von hoch festen Stählen bekannt, die eine bogenförmige Innenwölbung an einem Schaftende des Stanzniets aufweist. Aus der EP 0 833 063 A ist ein Stanz niet zum Fügen zweier Aluminiumbleche bekannt. Aus der DE 20 2016 102 528 U1 ist ein Stanzniet zum Verbinden zweier Werkstücke, insbesondere aus hochfesten Stählen bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Stanznietverbindung sowie einen Stanzniet bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik ein fach herstellbar ist und für eine größere Anzahl von Materialdicken- Kombinationen der zu fügenden Bauteile einsetzbar ist.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Be vorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offen bart.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist der Stanzniet so ausgelegt, dass dieser nach dem Nietvorgang auf bis zu 60% seiner Aus gangslänge im unverformten Zustand zusammenstauchbar ist und gleichzei tig der Aufspreizdurchmesser auf bis zu 140% bis 150% des Nietschaft durchmessers vergrößerbar ist, insbesondere aber nur auf 135 bis 140% des Nietschaftdurchmessers, ohne dass der Stanzniet durch Materialrisse be schädigt wird. In einer technischen Umsetzung kann der noch unverformte Stanzniet einen zylindrischen Nietschaft mit einer zur Schaftspitze offenen, flachen Innen wölbung sowie einen mit Bezug auf den Nietschaftdurchmesser durchmes sergrößeren Nietkopf aufweisen. Die Innenwölbung ist im Vergleich zu einem herkömmlichen Stanzniet - fertigungstechnisch einfach - nur mit geringer Wölbungstiefe in die Schaftspitze eingearbeitet. Aufgrund der geringen Wöl bungstiefe liegt - im Unterschied zu Stand der Technik - keine schöpfende Stanzniet-Geometrie vor. Von daher ergeben sich keine Probleme im Tauch- Schleuder-Verfahren oder in anderen Beschichtungsverfahren. Die Innen wölbung kann kalottenförmig, kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein.

Bevorzugt kann das Grundmaterial des Stanzniets eine im Vergleich zu kon ventionellen Stanznieten wesentlich geringere Härte (bzw. Festigkeit), jedoch eine erheblich größere Duktilität aufweisen. Die Härte des Stanzniets im Ausgangszustand ohne Kaltverfestigung kann bevorzugt bei zwischen 200 HV1 und 320 HV1 , insbesondere zwischen 250 HV1 und 300 HV1 , liegen. Dies entspricht in etwa einer Festigkeit zwischen 600 MPa und 1000 MPa, insbesondere zwischen 750 MPa und 900 MPa.

Der Kern der Erfindung betrifft den Sachverhalt, dass die vergleichsweise geringe Festigkeit des Stanzniets in Kombination mit der später beschriebe nen Stanzniet-Geometrie ein spezielles Stanzniet-Stauchverhalten während des Setzprozesses ergibt. Mit einer Niet- und einer Matrizengeometrie kön nen besonders matrizenseitig sehr unterschiedliche Materialdicken gefügt werden. Denn bezüglich der Materialstärke des stempelseitigen Partners sind wir aufgrund der geringen Härte und der geringen Innenbohrungstiefe eher eingeschränkt gegenüber dem bekannten Stanznietelementen. Bevor zugt kann das Materialstärkenverhältnis zwischen dem stempelseitigen Bau teil und dem matrizenseitigen Bauteil beliebig zwischen 1 :1 und 1 :3 liegen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist also ein im Vergleich zu einem herkömmli chen Halbhohlstanzniet wesentlich einfacher herzustellender Stanzniet, der anstelle einer tiefen Innenbohrung lediglich eine flache Innenwölbung an der Schaftspitze aufweist. Der Stanzniet mit der flachen Innenwölbung an seiner Schaftspitze ist im Hinblick auf das oben beschriebene ausgeprägte Stauch vermögen weiterentwickelt. Für dieses Stauchvermögen sind insbesondere das Stanzniet-Material, die Stanzniet-Kopfform (für die Setzkraft-Einleitung) und die Stanzniet-Fußgeometrie (für die Setzkraft-Ausleitung) von Relevanz: Die Kopfform kann ein Senkkopf mit einer planen Nietkopf-Oberseite sein. Die Nietkopf-Oberseite kann radial außen an einer Kopf-Oberkante in einen umlaufenden Kopfrand übergehen, der sich in Axialrichtung über eine Kopf seitenhöhe bis zu einer Kopf-Unterkante erstreckt. An die Kopf-Unterkante schließt sich die Nietkopf-Unterseite an, die in Richtung auf die Schaftspitze in den durchmesserreduzierten Nietschaft übergeht. Die Schaftspitze weist eine, die Innenwölbung begrenzende, ringförmig umlaufende Aufsetzkante auf, an der die Wandung der Innenwölbung mit dem Nietschaft- Außenumfang zusammenläuft. Das erfindungsgemäße Stauchvermögen kann bevorzugt durch ein im Vergleich zum Stand der Technik weiches Stanzniet-Material unterstützt werden. Besonders bevorzugte Maßangaben, die für das Stauchvermögen ebenfalls von Bedeutung sind, werden in den nachfolgend im einzelnen aufgelisteten Erfindungsaspekten dargelegt.

So kann bevorzugt die Innenwölbung ausgehend von der Schaftspitze im unverformten Nietzustand mit einer Wölbungstiefe in Axialrichtung in den Nietschaft einragen. Die Wölbungstiefe kann zwischen 10% und 25%, insbe sondere 15%, der Stanzniet-Gesamtlänge betragen. Auf diese Weise ergibt sich eine Nietkopf-Materialstärke (gemeint ist die Materialstärke des Stanz niets entlang der Stanzniet-Längsachse) zwischen 75% und 90%, insbeson dere 85%, der Stanzniet-Gesamtlänge. Die Nietkopf-Materialstärke wird ent lang der Niet-Längsachse zwischen einer Nietkopf-Oberseite und der kalot tenförmigen Innenwölbung gemessen. Der obige Nietkopf kann somit eine ausreichend große Menge an Material für den Materialfluss während des Nietvorgangs bereitstellen.

Im Hinblick auf eine ausreichend große Verbindungsfestigkeit der Stanzniet verbindung ist es von Vorteil, wenn nach erfolgten Setzprozess (das heißt Nietvorgang) die Stanzniet-Innenwölbung aufgrund von Materialfluss im We- sentlichen vollständig durch das Stanzniet-Material aufgefüllt ist. Bevorzugt weist daher die Schaftspitze nach dem Nietvorgang eine im Wesentlichen ebene Stirnfläche auf.

Während des Setzprozesses ist die Materialspannung insbesondere am Übergang zwischen dem Nietschaft und dem Nietkopf am größten. Um Mate rialrisse am Nietkopf-Nietschaft-Übergang zu vermeiden, kann dieser bevor zugt wie folgt realisiert sein: Der Übergang kann eine gerundet ausgebildete Nietkopf-Unterseite mit gleichbleibendem Kopfradius aufweisen. Die gerun det ausgebildete Nietkopf-Unterseite kann tangential nach radial außen in eine ebenflächige, konusförmige Nietkopf-Unterseite übergehen, die sich bis zu einem Nietkopf-Rand erstreckt. Die ebenflächige, konusförmige Nietkopf- Unterseite kann mit Bezug auf eine Querebene um einen Konuswinkel schräg nach oben in Richtung Nietkopf-Oberseite angestellt sein. Bevorzugt ist es, wenn der obige Kopfradius zwischen 0,8 mm und 2,0 mm liegt. Der Konuswinkel kann in einer Größenordnung von 20° liegen. Zwischen der Nietkopf-Unterseite und der Nietkopf-Oberseite kann sich ein radial äußerer Nietkopf-Rand über eine Kopfseitenhöhe erstrecken, die insbesondere bei zirka 0,3 mm liegen kann.

Zur weiteren Unterstützung eines einwandfreien Stauchverhaltens ist es be vorzugt, wenn der Stanzniet nicht als ein Rundkopfniet mit einem pilzförmi gen Nietkopf, sondern als ein Senkkopfniet (oder Flachkopfniet) mit einer ebenflächigen Nietkopf-Oberseite realisiert ist. In der Stanznietverbindung kann die Nietkopf-Oberseite des Flachkopfniets flächenbündig, das heißt ohne Kopf-Überstand, mit der Oberfläche des ersten, stempelseitigen Bau teils ausgerichtet sein, und zwar nicht erhaben gegenüber der ganzheitlichen Bauteil-Oberfläche.

Die am Nietfuß, das heißt an der Schaftspitze, ausgebildete Schneidengeo metrie kann eine ringförmige, umlaufende, die Innenwölbung begrenzende Aufsetzkante aufweisen. Die Aufsetzkante drückt beim Setzprozess als Schneide, mit der einerseits ein frühzeitiges Stauchen der Stanzniet unter bunden wird, und andererseits ein Ausspreizen des Stanzniets um ein vorde- finiertes Spreizmaß radial nach außen gesteuert wird. Bevorzugt kann an der Aufsetzkante eine Innenwandung der Stanzniet-Innenwölbung und ein Niet- schaft-Außenumfang spitzwinklig mit einem Schneidenwinkel von zum Bei spiel 45° zusammenlaufen. Die Aufsetzkante kann mit einem Rundungsradi us im Bereich von 0,15 mm abgerundet sein.

Im unverformten Niet-Zustand kann die Gesamtlänge des Stanzniets in ei nem Bereich von 4 mm bis 8 mm, insbesondere zwischen 4,5 mm und 6,0 mm, liegen. Der Nietkopfdurchmesser kann in einem Bereich von 4,5 bis 8,5 mm, insbesondere bei 5,5 mm oder 7,75 mm liegen, während der Niet schaftdurchmesser in einem Bereich von 2,8 mm bis 6,6 mm liegen kann. Ein solcher Nietschaftdurchmesser ist mit bekannten Nietmaschinen verar beitbar.

Mit dem erfindungsgemäßen Stanzniet kann das Materialstärken-Verhältnis zwischen dem ersten, stempelseitigen Bauteil und dem zweiten, matrizensei tigen Bauteil zwischen 1 :1 und 1 :3 liegen. Die Materialstärke des ersten, stempelseitigen Bauteils kann dabei bevorzugt kleiner oder gleich 1 ,3 mm sein.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefüg ten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 ein Schliffbild eines Stanzniets im unverformten Zustand;

Figur 2 in grob schematischer Darstellung ein in einem Setzwerkzeug be findlicher Stanzniet vor Durchführung des Setzprozesses; und

Figur 3 eine Stanznietverbindung.

In der Figur 3 ist eine fertiggestellte Stanznietverbindung gezeigt, bei der ein stempelseitiges Aluminiumblechteil 1 und ein matrizenseitiges Alumini- umblechteils 3 mittels eines Stanzniets 5 miteinander verbunden sind. Die beiden Aluminiumblechteile 1 weisen in der Figur 2 oder 3 in etwa gleiche Materialstärken si, S2 auf. Der Stanzniet 5 weist einen Nietkopf 7 und einen Nietschaft 9 auf. In den Figuren ist der Stanzniet 5 als ein Flachkopfniet mit einer ebenflächigen, planparallelen Nietkopf-Oberseite 17 realisiert. Die Niet- kopf-Oberseite 17 ist in der Figur 3 flächenbündig zur Oberfläche des Bau teils 1 ausgerichtet.

Zur Vorbereitung des Setzprozesses werden die beiden Bauteile 1 , 3 aufei nanderliegend auf eine Matrize 11 des Setzwerkzeugs gelegt und mittels eines nicht gezeigten Niederhalter-Systems mit einer Niederhalterkraft zu sammengepresst. Anschließend wird der Stanzniet 5 mittels eines Stempels 13 mit einer Setzkraft F in die beiden Bauteile 1 , 3 eingetrieben. Beim Setz prozess durchstößt der Stanzniet 5 das Material des stempelseitigen Bauteils 1 und wird dieser bis in das zweite Bauteil 3 eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke r (Figur 3) des stempelseitigen Bau teils 3 sowie unter Aufspreizung des Stanzniets 5 bis auf einen Auf spreizdurchmesser dA im zweiten Bauteil 3, um eine Flinterschneidung zu erzeugen.

Nachfolgend wird anhand der Figur 1 der Stanzniet 5 in Alleinstellung be schrieben: Demzufolge weist der rotationssymmetrische Stanzniet 5 eine zur Schaftspitze offene, kalottenförmige Innenwölbung 15 auf, die mit einer Wöl bungstiefe t in Axialrichtung in den Nietschaft 9 einragt. Die Wölbungstiefe t beträgt in der Figur 1 15% der Stanzniet-Gesamtlänge I. Umgekehrt beträgt die Nietkopf-Materialstärke GPK, die sich entlang der Niet-Längsachse L zwi schen einer Nietkopf-Oberseite 17 und der Innenwölbung 15 erstreckt, 85% der Stanzniet-Gesamtlänge I. Der Übergang zwischen dem Nietschaft 9 und dem Nietkopf 7 ist in der Figur 1 durch eine gerundet ausgebildete Nietkopf- Unterseite 16 mit gleichbleibendem Kopfradius dx ausgebildet, der beispiel haft bei 1 mm liegt. Die gerundet ausgebildete Nietkopf-Unterseite 16 geht tangential nach radial außen in eine ebenflächige, konusförmige Nietkopf- Unterseite über, die sich bis zu einem Nietkopf-Rand 19 erstreckt. In der Fi gur 1 ist die ebenflächige, konusförmige Nietkopf-Unterseite mit Bezug auf eine Querebene um einen Konuswinkel a (Figur 1 ) von etwa 20° schräg nach oben in Richtung Nietkopf-Oberseite 17 angestellt. Der radial außen umlau fende Nietkopf-Rand 19 erstreckt sich mit einer Kopfseitenhöhe IK von etwa 0,3 mm zwischen der Nietkopf-Unterseite 16 und der Nietkopf-Oberseite 17.

An der, dem Nietkopf 7 abgewandten Schaftspitze ist eine ringförmig umlau fende sowie die Innenwölbung 15 begrenzende Aufsetzkante 21 ausgebildet. An der Aufsetzkante 21 laufen eine Innenwandung 23 der Stanzniet- Innenwölbung 15 und ein Nietschaft-Außenumfang spitzwinklig zusammen, und zwar mit einem Kantenwinkel ß von etwa 45°. Die Aufsetzkante 21 ist in der Figur 1 mit einem Rundungsradius r _a von 0,15 mm abgerundet.

In der Figur 1 beträgt die Gesamtlänge I des Stanzniets 5 im unverformten Zustand 5 mm, der Nietkopfdurchmesser dK liegt bei 5,5 mm sowie der Niet schaftdurchmesser ds bei 2,9 mm. Das Grundmaterial des Stanzniets 5 ist ein Kaltstauchstahl. Dessen Festigkeit liegt im Ausgangszustand ohne Kalt verfestigung bei 750 bis 900 MPa.

Die vergleichsweise geringe Festigkeit des Stanzniets 5 ergibt in Kombinati on mit der oben beschriebenen Stanzniet-Geometrie ein spezielles Stanz- niet-Stauchverhalten, bei dem der Stanzniet 5 nach dem Setzprozess auf 60% seiner Ausgangslänge I (Figur 2) zusammengestaucht ist und der Auf spreizdurchmesser dA auf 135% bis 150% des Nietschaftdurchmessers ds vergrößert ist, ohne dass es im Stanzniet 5 zu Materialrissen kommt. Wie aus der Figur 3 weiter hervorgeht, ist nach dem Setzprozess die Stanzniet- Innenwölbung 15 aufgrund von Materialfluss im Wesentlichen vollständig durch das Stanzniet-Material aufgefüllt. Die Schaftspitze der Stanzniet 15 ist daher in der Figur 3 eine im Wesentlichen ebene Stirnfläche. BEZUGSZEICHENLISTE:

I stempelseitiges Bauteil

3 matrizenseitiges Bauteil

5 Stanzniet

7 Nietkopf

9 Nietschaft

I I Matrize

13 Stempel

15 Innenwölbung

16 Nietkopf-Unterseite

17 Nietkopf-Oberseite

19 Nietkopf-Rand

21 Aufsetzkante

23 Innenwandung

ds Nietschaftdurchmesser

dK Nietkopfdurchmesser

dA Aufspreizdurchmesser

Gk Kopfradius

a Konuswinkel

ß Aufsetzkanten-Winkel

GA Rundungswinkel der Aufsetzkante

I Stanzniet-Gesamtlänge

IK Kopfseitenhöhe

rriK Nietkopf-Materialstärke

t Wölbungstiefe der Innenwölbung

r Restbodendicke

L Stanzniet-Längsachse

s-i, S2 Materialstärken

F Setzkraft