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Die
Erfindung betrifft einen Halbhohlstanzniet mit einem Nietkopf, einem
sich daran anschließenden
Nietschaft sowie mit einer gerundet ausgebildeten Nietkopfunterseite.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Stanznietverbindung zwischen
zumindest zwei Fügeteilen,
die mittels eines Halbhohlstanzniets miteinander verbunden sind,
wobei im gesetzten Zustand das dem Halbhohlstanzniet zugewandte
Fügeteil
ein Stanzloch mit einem nach innen gekrümmten Lochrand aufweist.
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Ein
derartiger Halbhohlstanzniet sowie eine derartige Stanznietverbindung
sind aus der
EP 1 229 254
B1 zu entnehmen. Der hierin beschriebene Halbhohlstanzniet
ist als ein Stahlniet zur Verbindung von hochfesten Fügeteilen
ausgebildet, deren Zugfestigkeit im Bereich oberhalb von 700 N/mm
2 bis hin zu 1.500 N/mm
2 liegt.
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Aus
der
DE 200 01 103
U1 ist ein Hohlstanzniet zu entnehmen, bei dem die Unterkopfgeometrie des
Stanzkopfes zur Vermeidung von Spannungsspitzen im Querschnitt gesehen
durch einen Polygonzug gebildet ist.
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Bei
der Ausbildung einer Stanznietverbindung mittels eines Halbhohlniets
werden üblicherweise
die zumindest zwei Fügeteile
auf eine Matrize gelegt und der Halbhohlstanzniet wird mit einem
Nietfuß voraus
mit Hilfe eines Stempels in die zu fügenden Bauteile eingestanzt.
Hierbei durchtrennt er üblicherweise
das erste Fügeteil,
anschließend
weitet sich der Nietschaft auf, schneidet in das zweite Bauteil seitlich
ein und bildet somit einen Hintergriff aus. Die beiden Fügeteile
sind daher durch den Halbhohlstanzniet formschlüssig gehalten. Dabei sind die
Fügeteile
zwischen dem Nietkopf und dem aufgespreizten Nietschaft geklemmt.
Ein durch das Durchtrennen des ersten Fügeteils ausgestanzter Stanzbutzen verbleibt
in einem Schafthohlraum des Nietes.
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Die
Qualität
der Stanznietverbindung wird entscheidend beeinflusst von der geometrischen Ausbildung
des Halbhohlstanzniets sowie den Materialeigenschaften der Fügeteile
sowie des Niets. Entscheidenden Einfluss auf das Aufspreizverhalten
des Nietschafts hat die Geometrie des Niets. Um bei hoch- und höchstfesten
Stählen
ein vorzeitiges unerwünschtes
Aufspreizen zu vermeiden, ist gemäß der
EP 1 229 254 B1 vorgesehen,
den Nietfuß stumpf auszubilden.
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Aufgrund
der Zweckbestimmung zur Verbindung von hoch- und höchstfesten
Stählen
insbesondere auch in Verbindung mit dem stumpfen Nietfuß treten
während
des Fügevorgangs
teilweise sehr hohe Fügekräfte auf.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim Fügevorgang auftretenden Fügekräfte zu verringern,
insbesondere beim Fügen
von hoch- und höchstfesten
Stählen
mit einer Zugfestigkeit von bis zu 1.500 N/mm2 oder
darüber.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch einen Halbhohlstanzniet, welcher einen Nietkopf mit einer
gerundet ausgebildeten Nietkopfunterseite sowie einen sich daran
anschließenden Nietschaft
aufweist, wobei ein Unterkopfradius der Nietkopfunterseite in Richtung
zum Nietkopf hin größer wird.
Die Unterkopfgeometrie umfasst einen ersten kleineren und einen
zweiten größeren Unterkopfradius,
wobei der zweite Unterkopfradius etwa dem 3- bis 10-Fachen und insbesondere
etwa dem 7-Fachen des ersten Unterkopfradiusses entspricht.
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Dieser
Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde,
dass beim Ausbilden der Stanznietverbindung das obere Fügeteil beim
Durchstanzen umgebogen wird, so dass sich ein trichterförmiges Stanzloch
ausbildet, dessen Lochrand, nämlich
die Oberseite des oberen Fügeteils,
nach innen gekrümmt
ist. Der Krümmungsradius
nimmt hierbei von der zentralen Lochmitte nach außen hin
kontinuierlich zu. Beim Fügevorgang
wird der Nietkopf mit seiner Nietkopfunterseite gegen diesen Lochrand
gepresst. Die Ausgestaltung des Verlaufs der Nietkopfunterseite,
also seine Unterkopfgeometrie, ist nun derart gewählt, dass
durch den zunehmenden Unterkopfradius die Unterkopfgeometrie bereits
im ungesetzten Zustand an die Geo metrie des Lochrands angepasst
ist, also im Wesentlichen den gleichen Verlauf wie der gekrümmte Lochrand
aufweist. Der entscheidende Vorteil hierbei ist, dass während des
Fügevorgangs
kein oder nur ein geringer Anteil der Fügekraft für ein zusätzliches Umformen der Nietkopfunterseite und/oder
des Lochrands erforderlich ist. Ein derartiges Umformen ist für die Qualität der Nietverbindung, also
die Festigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen äußere, insbesondere
mechanische Belastungen, nicht erforderlich.
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Versuche
haben gezeigt, dass im Vergleich zu einem Halbhohlstanzniet, welcher
einen konstanten Unterkopfradius aufweist, eine Verringerung der notwendigen
Fügekraft
um etwa 20% bei gleicher Fügequalität erzielt
wird. Umgekehrt bedeutet dies, dass allein durch diese Geometrieänderung
Fügeteile
mit höherer
Festigkeit verbunden werden können, da
mehr Fügekraft
zur Verfügung
steht.
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Die
Unterkopfgeometrie setzt sich vorteilhafterweise lediglich aus den
beiden Unterkopfradien zusammen. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung
von zwei ineinander übergehenden
Unterkopfradien zur Abbildung des Krümmungsverlaufs des Lochrands
ausreichend ist. Zur Bestimmung des Krümmungsverlaufs des Unterkopfradius
wird hierbei zweckdienlicherweise derart vorgegangen, dass ein Testfügevorgang
mit einem Halbhohlstanzniet vorgenommen wird, jedoch der Fügevorgang
vorzeitig abgebrochen wird, so dass die Nietkopfunterseite des Nietkopfes
noch nicht auf dem oberen Fügeteil
aufliegt, jedoch bereits das obere Fügeteil durchstanzt ist. In
diesem Zustand hat sich nämlich
der gekrümmte
Verlauf des Lochrands bereits ausgebildet. Der Krümmungsverlauf
des Lochrands wird anschließend
ausgemessen und die Messergebnisse werden als Grundlage für die Ausbildung
der Unterkopfgeometrie des Niets herangezogen. Da der Krümmungsverlauf
des Lochrands abhängt
u.a. von der Materialwahl der Fügeteile,
der Dicke der Fügeteile
und der Größe, insbesondere
dem Durchmesser des Stanzniets, empfiehlt es sich, derartige Untersuchungen für mehrere
typisierte Anwendungsfälle
durchzuführen
und mehrere Stanzniet-Sätze
mit unterschiedlichen Unterkopfgeometrien vorzusehen.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich der Schafthohlraum des
Nietschafts zum Nietfuß glockenartig
erweitert. Seine Innenwand weist daher im Querschnitt gesehen einen
insbesondere durchgehend gekrümmten Verlauf
auf, welcher durch mehrere ineinander übergehende Krümmungsradien
gebildet ist. Der Schafthohlraum ist zum Nietfuß hin offen und wird an der Nietkopfseite
durch einen Schaftgrund begrenzt. Durch die glockenartige Ausgestaltung
wird der Vorteil erzielt, dass – im
Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei der die den Schafthohlraum
begrenzende Innenwand auf einer Kegelmantelfläche liegt – der freie Raum im Bereich
des Schaftgrunds erhöht
ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zu Grunde, dass beim
Fügevorgang
der ausgestanzte Stanzbutzen zunehmend in den Schafthohlraum hineingepresst
wird und hierbei aufgrund der sich zum Nietkopf hin verjüngenden
Querschnittsfläche
plastisch verformt werden muss. Diese Umformkräfte nehmen zum Ende des Fügevorgangs
kontinuierlich zu. Durch die glockenartige Ausgestaltung wird die
für die
Umformung des Stanzbutzens notwendige Umformkraft am Ende des Fügevorgangs
gering gehalten. Versuche haben gezeigt, dass allein durch diese Maßnahme eine
Reduzierung der notwendigen Fügekraft
um 10% erreicht ist im Vergleich zu einem Halbhohlstanzniet, dessen
Schafthohlraum durch eine Kegelmantelfläche begrenzt ist.
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Zweckdienlicherweise
sind zur Ausgestaltung der glockenartigen Ausbildung ein Grundradius, ein
Schaftradius sowie ein Übergangsradius
vorgesehen. Der Grundradius begrenzt den Schafthohlraum zum Nietkopf
hin, der Schaftradius begrenzt den Schafthohlraum zum Nietschaft
und der Übergangsradius
verbindet die beiden vorgenannten Radien miteinander. Der glockenartige
Verlauf wird daher insbesondere durch diese drei Radien abschließend gebildet.
Es hat sich als zweckdienlich herausgestellt, wenn für diese
Radien die im Anspruch 6 angeführten
Beziehungen gelten.
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Im
Hinblick auf das Aufspreizverhalten des Nietschafts folgt der glockenartige
Verlauf der Innenwand bevorzugt in etwa einem Kegel, d.h. der Schafthohlraum
verjüngt
sich zum Nietkopf hin zunehmend und in etwa konisch, mit der Maßgabe, dass
die Innenwand einen insbesondere durchgehend gekrümmten Verlauf
einnimmt.
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Der Öffnungswinkel
des Kegels liegt hierbei insbesondere im Bereich zwischen 40 und
70°, vorzugsweise
im Bereich zwischen etwa 60 bis 65°. Mit einem derartigen Öffnungswinkel
wird im Sinne einer qualitativ hochwertigen Stanznietverbindung
ein geeignetes Aufspreizverhalten bei hochfesten Stählen erzielt.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung weist der Nietschaft eine nach innen
auf eine Mittellängsachse
des Halbhohlniets gekrümmte
Außenwand
auf. Die Außenwand
des Nietes im Schaftbereich folgt daher einem Verlauf, welcher sich
durch einen Außenwandradius
bestimmten lässt.
Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung
zugrunde, dass beim im Wesentlichen plastischen Umformen der Fügeteile
diese auch elastisch verformt werden, so dass auf den Nietschaft
radiale, elastische Rückstellkräfte ausgeübt werden.
Diese führen
zu einer hohen Reibung zwischen dem Nietschaft und den Fügeteilen beim
Fügevorgang,
zu deren Überwindung
ein Teil der Fügekraft
erforderlich ist. Durch die nach innen gewölbte Außenwand werden die auf den
Nietschaft einwirkenden elastischen Rückstellkräfte reduziert. Auch hierdurch
wird insgesamt die notwendige Fügekraft
reduziert. Ein zusätzlicher
Vorteil dieser Maßnahme
ist darin zu sehen, dass die beim Aufspreizen des Nietschafts am
Außenumfang
des Nietschafts auftretenden Druckkräfte im Vergleich zu einer zylinderförmigen Außenwand
reduziert sind. Der Nietschaft ist daher insgesamt geringeren Kräften beim Aufspreizen
ausgesetzt, so dass die Gefahr einer Rissbildung reduziert ist.
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Zweckdienlicherweise
schließt
sich an den Außenwandradius
der erste Unterkopfradius an. Insgesamt nimmt daher der Nietschaft
einen durchgängig
gekrümmten
Verlauf vom Nietfuß bis
zur Nietkopfunterseite ein. Der Außenwandradius ist hierbei zweckdienlicherweise
etwa so groß gewählt wie
der Schaftradius.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Nietkopf einen umlaufenden
Nietkopfrand auf, der schräg
in eine Kopfoberseite des Nietkopfes übergeht, so dass ein materialfreier
Eckbereich ausgebildet ist. Unter einem schrägen Übergangsbereich wird hier allgemein
die Abweichung von einem rechtwinkligen Eckbereich zwischen dem
Nietkopfrand und der Kopfoberseite verstanden. Der Nietkopf weist
in diesem Übergangsbereich
eine kegelartige Mantelfläche
oder auch eine gebogene oder gekrümmte Mantelfläche auf.
Diese Maßnahme
dient insbesondere zur Vermeidung einer Spaltkorrosion bei der fertigen
Stanznietverbindung. Beim Fügevorgang
kann es aufgrund von Toleranzen im Fügesystem zu einem nicht konzentrischen
Fügen des
Nietes kommen, so dass ein Teilbereich des Nietkopfes auf dem oberen
Fügeteil
aufliegt und ein anderer Teilbereich des Nietkopfes vom oberen Fügeteil beabstandet
ist. Im weiteren Verlauf des Fügevorgangs
wird dann der Nietkopf insgesamt gegen das obere Fügeteil gepresst.
Hierbei können
erhebliche Kräfte
auf den Nietkopf einwirken. Mit dem abgeschrägten Übergangsbereich ist in diesem
Fall die Möglichkeit geschaffen,
dass der Nietkopf in seinem Randbereich nach oben in das materialfreie
Eck ausweicht, also verformt wird. Bei einer Ausbildung ohne materialfreiem
Eck ist dies aufgrund der planen Fläche des Stempels beim Fügevorgang
nicht möglich.
Durch diese Maßnahme
lässt sich
daher insgesamt gewährleisten,
dass die Nietkopfunterseite vollständig um das Stanzloch umlaufend
auf dem oberen Fügeteil
aufliegt, so dass keine Spalte gebildet sind, die eine unerwünschte Spaltkorrosion
begünstigen.
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Zur
Vermeidung der Spaltkorrosion ist vorzugsweise an der Nietkopfunterseite
ein umlaufender und insbesondere scharfkantiger Steg oder Grat vorgesehen.
Dieser schneidet daher quasi in das obere Fügeteil ein, so dass Spalte
sicher vermieden sind.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
weiterhin gelöst
durch eine Stanznietverbindung gemäß Anspruch 14. Die im Hinblick
auf den Halbhohlstanzniet angeführten
Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf
die Stanznietverbindung zu übertragen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
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1 eine
stark vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Stanzvorrichtung
mit einem Halbhohlstanzniet und zwei Fügeteilen zur Illustration des Fügevorgangs,
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2 eine
Querschnittsdarstellung eines weiteren Halbhohlniets,
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3 und 4 ausschnittsweise
Darstellungen im Randbereich des Nietkopfs.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß der 1 werden
zwei als Stahlbleche 2A, 2B ausgebildete hochfeste
Fügeteile
mittels eines Halbhohlstanzniets 4 miteinander verbunden.
Die beiden Bleche 2A, 2B weisen hierbei eine Zugfestigkeit
oberhalb von 700 N/mm2 bis hin zu 1.500
N/mm2 auf. Derart hochfeste Bauteile werden
insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie zunehmend eingesetzt,
um bei gleichen oder verbesserten Materialeigenschaften Gewichtseinsparungen
zur erzielen.
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Der
Halbhohlstanzniet 4 besteht ebenfalls aus einem höchstfesten
Material, insbesondere Stahl. Die Zugfestigkeit des hochfesten Materials liegt
vorzugsweise im Bereich von 2.000–4.000 N/mm2.
Der Halbhohlstanzniet 4 umfasst einen Nietkopf 6 sowie
einen sich an dessen Nietkopfunterseite 7 anschließenden Nietschaft 8,
welcher sich in Richtung einer Mittellängsachse 10 des Stanzniets 4 zu einem
endseitigen stumpfen Nietfuß 12 erstreckt.
Die Breite b der stumpf ausgebildeten Stirnseite des Nietfußes 12 beträgt etwa
7 bis 20% des Außendurchmessers
d des Nietschafts 8. Die Mittellängsachse 10 ist zugleich
eine Rotationsachse des rotationssymmetrisch ausgebildeten Stanzniets 4.
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Die
Stanzvorrichtung umfasst eine Matrize 14, auf die die beiden
Bleche 2 übereinander
liegend aufgelegt werden. Die Matrize 14 weist eine scheibenartige
Ausnehmung auf, deren Außendurchmesser üblicherweise
größer als
der Außendurchmesser des
Nietschafts ist. Weiterhin ist ein Stempel 16 vorgesehen,
der den Stanzniet 4 gegen die Matrize 14 drückt.
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Beim
Stanzvorgang wird das obere Blech 2A durchstanzt, d.h.
der Nietfuß 12 durchtrennt
das obere Blech 2A und schneidet einen etwa scheibenförmigen Stanzbutzen 18 aus,
der in einem Schafthohlraum 20 des Nietschafts 8 verbleibt.
Durch die auf die Bleche 2A, 2B einwirkende Kraft
werden diese verformt, so dass sich um das ausgestanzte Loch ein
zur Mittellängsachse 10 hin
gekrümmter
Lochrand 22 ausbildet. Im weiteren Verlauf des Fügevorgangs
erfolgt ein Aufspreizen des Nietschafts 8 radial nach außen derart,
dass der Nietfuß 12 in
das untere Blech 2B eindringt und somit einen Hinterschnitt
und eine formschlüssige
Verbindung ausbildet. Entscheidend für die fertige Stanznietverbindung
(vollständig
ausgebildete Stanznietverbindung ist hier nicht dargestellt) ist
ein definierter Fügevorgang,
an dessen Ende der Stanzniet 4 mit seiner Nietkopfunterseite 7 vollumfänglich auf
dem oberen Blech 2A aufliegt. Durch das plane Aufliegen
sind daher Spalte zwischen der Nietkopfunterseite 7 und
dem oberen Blech 2A vermieden, so dass keine Gefahr einer Spaltkorrosion
besteht. In diesem Endzustand sind die Bleche 2A, 2B zwischen
dem Nietkopf 6 und dem aufgespreizten Nietschaft 8 eingeklemmt.
Zum Ende des Fügevorgangs
treten die höchsten
Fügekräfte auf.
Anhand des Kräfteverlaufs
kann erkannt werden, ob der Fügevorgang
erfolgreich war oder nicht. Die Fügekraft ist für die notwendigen
Umformvorgänge der
Bleche 2A, 2B und des Nietschafts 8 erforderlich. Ein
nicht unerheblicher Teil der Fügekraft
wird bei herkömmlichen
Halbhohlstanznieten jedoch auch für Umformvorgänge aufgewendet,
die für
die Qualität der
Stanznietverbindung keine oder nur eine unwesentliche Bedeutung
haben.
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Die
Geometrie des im Folgenden zu den 1 und 2 beschriebenen
Halbhohlstanzniets 4 weist insbesondere folgende Merkmale
auf, um die notwendige Fügekraft
gering zu halten:
- a) Die Unterkopfgeometrie,
also der Verlauf der Nietkopfunterseite zum Nietschaft 8 hin
ist bereits im ungesetzten Zustand dem Krümmungsverlauf des Lochrands 22 angepasst,
wie er sich beim Setzvorgang ausbildet.
- b) Der Schafthohlraum 20 weist insgesamt eine glockenartige
Form auf.
- c) Der Nietschaft 8 weist eine nach innen in Richtung
zur Mittellängsachse 10 gekrümmt ausgebildete
Außenwand 26 auf.
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Das
Merkmal a) dient zugleich zur Vermeidung von mit Spalten einhergehender
Spaltkorrosion. Weitere Maßnahmen
zur Vermeidung der Spaltkorrosion sind folgende (vgl. insbesondere 3,4):
- d) Es ist ein schräger, insbesondere gerundeter Übergang
von einem Nietkopfrand 28 zu einer Kopfoberseite 30 vorgesehen.
- e) Randseitig an der Nietkopfunterseite 7 ist ein umlaufendes,
nach Art eines Stegs 32 ausgebildetes Formelement angeordnet.
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Versuche
haben gezeigt, dass mit dem Merkmal a) die größte Fügekraftreduzierung im Vergleich zu
einem herkömmlichen
Stanzniet erreicht wird. Die weiterhin genannten Merkmale b), c)
sowie teilweise auch d) dienen zur weitergehenden Reduzierung der Fügekraft.
Gleichwohl können
diese Merkmale sowie auch das Merkmal e) jeweils unabhängig vom
Merkmal a) und auch unabhängig
voneinander jeweils einzeln verwirklicht werden. Die Merkmale b)
bis e) bilden daher für
sich genommen jeweils eigene erfinderische Aspekte, unabhängig vom
Aspekt nach Merkmal a).
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Im
Hinblick auf das Merkmal a) des an den Lochrand 22 angepassten
Krümmungsverlaufs
der Unterkopfgeometrie sind im Ausführungsbeispiel genau zwei Unterkopfradien
vorgesehen, nämlich
ein erster kleinerer Unterkopfradius R1 sowie ein zweiter, größerer Unterkopfradius
R2, der sich an den ersten Unterkopfradius unmittelbar anschließt. Der
erste Unterkopfradius R1 schließt
sich an die im Ausführungsbeispiel
der 1 zylindrische Außenwand 26 an. Der
zweite Unterkopfradius R2 endet an einer Kante 34, die
zugleich eine Begrenzungskante des Nietkopfrands 28 ist.
Die Kante 34 ist zweckdienlicherweise scharfkantig ausgebildet,
um ein möglichst
dichtes Abschließen
mit dem oberen Blech 2A im gesetzten Zustand zu gewährleisten.
Wie aus 1 zu entnehmen ist, finden sich
die beiden Unterkopfradien R1, R2 im Verlauf des Lochrands 22 wieder.
D.h. die Unterkopfgeometrie ist an die Geometrie des Lochrands 22 angepasst
und die beiden Krümmungsverläufe entsprechen
sich. Da beim Fügevorgang
aufgrund dieser angepassten Ausbildung die Nietkopfunterseite 7 sich
weitgehend vollflächig
und nicht nur punktuell an das obere Blech 2A anschmiegt,
ist eine besonders dichte Verbindung zwischen der Nietkopfunterseite 7 und
dem oberen Blech 2A erreicht und eine Spaltkorrosion vermieden.
Zugleich ist für
dieses dichte Aufliegen keine weitergehende Umformung des oberen
Blechs 2A bzw. der Nietkopfunterseite 7 erforderlich.
Bei einem Standard-Stahlstanzniet mit einem Außendurchmesser von etwa 5,3
mm des Nietfußes 12 und
der Verwendung von hochfesten Blechen 2A, 2B beträgt der erste
Unterkopfradius R1 vorzugsweise 1 mm und der zweite Unterkopfradius
R2 vorzugsweise 7 mm.
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Im
Hinblick auf die glockenartige Ausgestaltung des Schafthohlraums 20 sind
insgesamt drei unterschiedliche, den glockenartigen Verlauf bestimmende
Radien vorgesehen, nämlich
ein Schaftradius R3, ein Übergangsradius
R4 sowie ein Grundradius R5. Insgesamt folgt die glockenartige Öffnung einem gestrichelt
dargestellten Kegel und weist einen Öffnungswinkel α auf, der
vorzugsweise im Bereich von etwa 60° bis 65° liegt. Der Schaftradius R3
ist nunmehr so gewählt,
dass die den Schafthohlraum 20 begrenzende Innenwand 36 ausgehend
von der innenliegenden Kante des stumpfen Nietfußes 12 in etwa entlang
des Kegels verläuft.
Wie aus der Figur zu entnehmen ist, wird durch den gekrümmten Verlauf
erreicht, dass sich im oberen, dem Nietkopf 6 zugewandten
Drittel des Schafthohlraums 20 eine Verbreiterung des Hohlraums
im Vergleich zu einer kegelförmigen
Ausbildung erzielen lässt.
Um den Raum im Bereich des Schaftgrundes, welcher durch den Grundradius
R5 begrenzt ist, möglichst
groß zu
halten, ist der Übergangsradius
R4, welcher den Übergang
vom Schaftradius R3 zum Grundradius R5 definiert, möglichst
klein gehalten. Gleichzeitig ist der Grundradius R5 wieder möglichst
groß.
Damit weist der Schafthohlraum auch im Bereich des Grundes eine
hohe Öffnungsweite
auf, also einen großen Durchmesser,
welcher im Ausführungsbeispiel
etwa 20% des Schaftaußendurchmessers
ausmacht. Beim oben genannten Standard-Stahlstanzniet beträgt der Schaftradius
R1 vorzugsweise 7 mm, der Übergangsradius
R2 vorzugsweise etwa 1 mm und der Grundradius liegt etwa bei 4 mm.
Der Schaftradius R1 bestimmt etwa 2/3 des Verlaufs der Innenwand 36.
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Wie
aus 2 zu entnehmen ist, ist die Außenwand 26 nach innen
gekrümmt
ausgebildet. Sie verläuft
hierbei entlang eines Außenwandradiusses R6
von einer insbesondere scharfkantigen Außenkante 37 des Nietfußes 12 ausgehend
bis zu dem ersten Unterkopfradius R1. Dieser Außenwandradius R6 liegt beispielsweise
im Bereich zwischen 7 und 15 mm.
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Wie
aus den 1 bis 3 hervorgeht,
ist der Übergang
vom Nietkopfrand 28 zu der Kopfoberseite 30 gerundet
ausgebildet. Alternativ kann auch eine Abschrägung vorgesehen sein. Im Vergleich
zu einer gedachten horizontalen Weiterführung der Kopfoberseite 30 sowie
einer gedachten vertikalen Weiterführung des Nietkopfrandes 28 ist
daher ein materialfreier Eckbereich 38 ausgebildet. Wie
insbesondere in 1 zu erkennen ist, liegt der
Stempel 16 in diesem Bereich nicht auf und es besteht somit die
Möglichkeit,
dass der Nietkopf 6 sich bei Bedarf nach oben zum Stempel 16 während des
Fügevorgangs
verformt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Stanzniet 4 partiell
nicht mit dem Blech 2A abschließt. In diesem Fall würde die
Gefahr der Spaltkorrosion aufgrund einer fehlenden Auflage der Nietkopfunterseite 7 auf
dem oberen Blech 2A gegeben sein. Wie aus den Figuren zu
entnehmen ist, beginnt die Ausbildung dieses gerundeten oder abgeschrägten Übergangsbereichs
etwa ab dem letzten Drittel einer Nietkopfhöhe h.
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Alternativ
oder ergänzend
hierzu ist gemäß 4 an
der Kopfunterseite der Steg 32 vorgesehen, welcher beim
Fügevorgang
ein sicheres und bündiges
Aufliegen auf dem oberen Blech 2A gewährleistet. Der als Formelement
ausgebildete Steg 32 schließt bündig an der Außenseite
des Nietkopfrands 28 an und ist vollständig umlaufend angeordnet.
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- 2A
- oberes
Blech
- 2B
- unteres
Blech
- 4
- Halbhohlstanzniet
- 6
- Nietkopf
- 7
- Nietkopfunterseite
- 8
- Nietschaft
- 10
- Mittellängsachse
- 12
- Nietfuß
- 14
- Matrize
- 16
- Stempel
- 18
- Stanzbutzen
- 20
- Schafthohlraum
- 22
- Lochrand
- 26
- Außenwand
- 28
- Nietkopfrand
- 30
- Kopfoberseite
- 32
- Steg
- 34
- Kante
- 36
- Innenwand
- 37
- Außenkante
- 38
- Eckbereich
- α
- Öffnungswinkel
- b
- Breite
- d
- Außendurchmesser
- h
- Nietkopfhöhe
- R1
- erster
Unterkopfradius
- R2
- zweiter
Unterkopfradius
- R3
- Schaftradius
- R4
- Übergangsradius
- R5
- Grundradius
- R6
- Außenwandradius