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WO2024074430A1 - Nietverbindung - Google Patents

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Info

Publication number
WO2024074430A1
WO2024074430A1 PCT/EP2023/077138 EP2023077138W WO2024074430A1 WO 2024074430 A1 WO2024074430 A1 WO 2024074430A1 EP 2023077138 W EP2023077138 W EP 2023077138W WO 2024074430 A1 WO2024074430 A1 WO 2024074430A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rivet
joining partner
hole
shaft
setting
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/077138
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan-Oliver Brassel
Jochen Rintelmann
Original Assignee
Audi Planung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi Planung GmbH filed Critical Audi Planung GmbH
Publication of WO2024074430A1 publication Critical patent/WO2024074430A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00—Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04—Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/08—Hollow rivets; Multi-part rivets
    • F16B19/086—Self-piercing rivets

Definitions

  • the invention relates to a riveted connection according to the preamble of claim 1.
  • a first joining partner and a second joining partner can be connected to one another at least in one setting process.
  • a hollow rivet shaft of a rivet element is driven into the first joining partner in the setting direction with a setting force while the rivet shaft is spread.
  • the first joining partner has a blind hole-like pre-hole at the joint to be created.
  • a base-side shaft section of the hollow rivet shaft is driven into the material of the first joining partner with its cutting edge on a pre-hole peripheral wall.
  • the expansion of the rivet shaft creates an undercut between the rivet head of the rivet element and the expanded rivet shaft tip, which is filled with material from the first joining partner.
  • the rivet shaft tip is then positively enclosed by the material of the joining partner. This prevents relative movement, for example caused by the rivet shaft springing back after expansion, because this would require deformation of the joining partner.
  • the first joining partner is made of a material with low ductility, for example die-cast aluminum, such a form-fitting grip on the rivet shaft tip is only possible to a limited extent (due to the low ductility of the first joining partner), so that the rivet shaft can spring back after the setting process.
  • the rivet element is therefore not sufficiently secured against loosening.
  • notching must be avoided. must be taken into account, which can lead to premature component cracking or breakage of the first joining partner.
  • a joining connection is known from DE 10 2018 122 200 A1.
  • a punch riveting process is known from WO 95/35174 A1.
  • a method for creating a connection between a functional element and a plate-shaped component is known from DE 10 2015 014 941 A1.
  • the object of the invention is to provide a riveted connection which, in comparison to the prior art, can be implemented in an operationally reliable manner, in particular when using die-cast metal with low ductility.
  • the invention is based on a rivet connection with at least a first joining partner and a second joining partner, which can be connected to one another at least in one setting process.
  • a hollow rivet shaft of a rivet element is driven into the first joining partner in the setting direction with a setting force while spreading the rivet shaft.
  • the first joining partner has a blind hole-like pre-hole at the joint to be produced.
  • a base-side shaft section of the hollow rivet shaft is driven into the material of the first joining partner with its cutting edge on a pre-hole peripheral wall.
  • a positive grip on the expanded rivet shaft tip is dispensed with.
  • the rivet shaft forms a bistable spring section that has two equilibrium states.
  • a first equilibrium state corresponds to the cross-section-reduced, undeformed rivet shank state. Due to the effect of the setting force, the rivet shank changes to the second equilibrium state in which the rivet shank is expanded with an expanded cross-section in the pre-hole of the first joining partner.
  • the transition to the expanded state occurs essentially without the build-up of a spring-back force that prestresses the rivet element towards the undeformed state.
  • the deformation of the rivet element in the setting process takes place using the so-called spring-buckling effect (also known as the cracking frog effect).
  • the spring-buckling effect is a physical effect in which the shape of the rivet element has two stable states that can be converted into one another by applying a suitable force.
  • the first joining partner is not completely free of pre-holes in the undeformed state, but rather has a pre-hole at the joint to be created.
  • the rivet shank of the rivet element is spread against the inner circumference of the pre-hole.
  • the rivet element can be designed to be rotationally symmetrical with respect to a rivet element longitudinal axis.
  • the rivet element can have an expanded rivet head that merges into the rivet shaft in the axial direction.
  • a further functional element, such as a threaded bolt, can also be formed on the top of the rivet head.
  • the rivet shaft can have an inner curvature that is open towards the rivet shaft tip; in addition, the rivet shaft can end at the shaft tip with a ring-shaped cutting edge.
  • the rivet shank wall In the expanded state, the rivet shank wall can be folded over in the opposite direction to the setting direction, i.e. in the direction of the rivet head. In this case, the cutting edge can be in expanding engagement with the inner circumference of the component's pilot hole.
  • the rivet shank wall surrounds the solid material section of the rivet shank in a plate shape and in the circumferential direction without interruption or continuously.
  • the first joining partner can be a metal die-cast part, for example an aluminum die-cast part, while the rivet element can be made of a cold-forming material.
  • the rivet connection according to the invention is advantageous, since the first joining partner can be joined during the setting process essentially without plastic deformation, i.e. in particular only elastically. According to the invention, the first joining partner remains largely undeformed after the setting process has taken place.
  • the component pre-hole has a corresponding activation contour.
  • the activation contour can be used to ensure that the rivet element is transferred reliably from the undeformed state to the expanded state during the setting process.
  • the activation contour can be implemented as an expansion cone protruding from the base of the pilot hole.
  • the base-side shaft section of the rivet shaft can be folded into the expanded state in the opposite direction to the setting direction during the setting process. After folding into the expanded state, a radially inner head-side shaft section of the rivet shaft merges at a folding edge remote from the rivet head into the base-side shaft section protruding in the direction of the rivet head, which surrounds the head-side shaft section radially on the outside.
  • the activation contour formed in the component pilot hole can also have a ring groove that surrounds the expansion cone at its cone base.
  • the ring groove can merge radially outwards into the pilot hole peripheral wall at a particularly rounded inner corner area.
  • the expansion cone in combination with the ring groove and the pilot hole inner corner area lead to a folding of the base-side shaft section of the rivet shaft, as described above.
  • the rivet element can sit with its cutting edge on the conical surface of the expansion cone.
  • the rivet element can slide with its cutting edge along the conical surface in the direction of the ring groove without penetrating the material of the joining partner.
  • the base-side shaft section of the rivet shaft is pre-expanded while the material is thinned.
  • the material-thinned, base-side shaft section of the rivet shaft is from the expansion cone into the ring groove.
  • the base-side cutting edge of the rivet element is driven into the material on the pilot hole peripheral wall.
  • the rivet shaft is pre-expanded on the expansion cone during the setting process.
  • the pre-expanding causes the rivet shaft to expand conically from its dimensionally stable, cylindrical, undeformed state.
  • the conical expansion of the rivet shaft takes place while reducing the wall thickness of the shaft wall. This reduces the dimensional stability of the rivet shaft.
  • the rivet shaft can therefore reliably change to its expanded state.
  • a cutting flank on the cutting edge can have a cutting angle that roughly corresponds to a cone angle that is spanned between the conical surface of the expansion cone and a rectangular plane. This ensures that the rivet element with its cutting edge can slide along the conical surface of the expansion cone in the direction of the ring groove without penetrating the material of the first joining partner.
  • the pilot hole peripheral wall can merge into a setting-side surface of the first joining partner at a pilot hole opening edge.
  • the pilot hole peripheral wall can expand conically from the bottom-side pilot hole inner corner area to the pilot hole opening edge or can run in a cylindrical shape.
  • the pilot hole diameter is preferably larger than the rivet shaft outer diameter. In this way, the rivet element can be easily pre-positioned in the pilot hole of the first joining partner with hole clearance in preparation for the setting process.
  • the activation contour can be designed as follows:
  • the blind hole-like pre-hole of the first joining partner can have a large diameter insertion section. This is connected to a circumferential Ring shoulder into a small diameter countersink.
  • the cutting edge of the still undeformed rivet element can be on a diameter that is larger than the inner diameter of the ring shoulder. This allows the rivet element to be positioned with its cutting edge on the ring shoulder of the component's pilot hole (in preparation for the setting process).
  • the rivet element with its cutting edge can expand radially outwards until a maximum outer diameter is reached.
  • the rivet shank can be driven into the pre-hole countersink by an additional over-center stroke. This causes the rivet shank to over-expand, which causes the rivet shank to switch to the expanded state.
  • the rivet element can preferably be made from a cold-forming material in which a deformation limit is exceeded, particularly during over-expansion, at which a hardening of the rivet element material occurs, which is advantageous with regard to increased connection strength between the rivet element and the component.
  • a die can therefore be dispensed with, the die shape of which supports the spreading of the rivet shaft. Instead, the first joining partner can be clamped between a hold-down device and a flat anvil.
  • the setting process according to the invention can be part of a fully automatic process chain in which a setting device is attached to the distal end of a robot arm of an industrial robot that works autonomously using a program control.
  • the rivet shaft outer diameter is smaller than the ring shoulder outer diameter.
  • the still undeformed rivet element can be positioned with its cutting edge in a floating position, i.e. with transverse play, on the ring shoulder, whereby component and/or manufacturing tolerances can be compensated.
  • the first joining partner is designed as a die-cast part
  • the pilot hole can be created in the first joining partner during the casting process.
  • the pilot hole can have a conical inner circumference that serves as a draft angle. The conical inner circumference also acts as an insertion angle during the setting process to ensure perfect positioning of the rivet element on the ring shoulder of the component pilot hole.
  • the rivet element can have a rivet element length of, for example, 2 to 5 mm in the undeformed state.
  • the wall thickness of the shaft wall of the rivet shaft can be in a range between 0.3 and 0.7 mm in the undeformed state, in particular 0.5 mm.
  • the rivet element can be made from a wire material suitable for welding, for example, or from a conventional cold-forming steel, in which a deformation limit is exceeded, in particular during over-expansion, i.e. when turning over during the setting process, at which a hardening of the rivet element material occurs, which is advantageous with regard to increased connection strength between the rivet element and the component.
  • a die can be dispensed with during the setting process, the die engraving of which supports the spreading of the rivet shaft. Instead, the component can be clamped between a hold-down device and a flat anvil during the setting process.
  • the two joining partners can be connected to one another directly in the setting process, in which the rivet element with its rivet shaft can be driven in the setting direction through the second joining partner on the setting side into the first joining partner facing away from the setting side.
  • the two joining partners viewed in the setting direction, are clamped under compressive stress between a rivet head and a cutting edge of the rivet shaft of the rivet element.
  • the second joining partner can have a through-hole that is preferably larger than the rivet shaft diameter.
  • the rivet element can be driven into the first joining partner through the through-hole in the setting process. In this way, a shear stress build-up transverse to the setting direction can be achieved in the second joining partner on the setting side. be reduced or eliminated entirely.
  • the first joining partner on the setting side can be a die-cast metal component and the second joining partner can be a plastic component.
  • a joining partner combination made of sheet metal parts such a joining partner combination is susceptible to shear stresses directed transversely to the setting direction, which are caused by different thermal expansions of the joining partners.
  • shear stresses directed transversely to the setting direction, which are caused by different thermal expansions of the joining partners.
  • the rivet shank can be guided with hole clearance through the through hole of the second joining partner on the setting side, whereby manufacturing and/or component tolerances can be compensated by at least partially using up the hole clearance without a shear stress building up transversely to the setting direction in the joining partner on the setting side.
  • the rivet element can only be driven into the first joining partner with its rivet shaft in the setting direction during the setting process.
  • the second joining partner on the other hand, can be fastened to the rivet element independently of the setting process, in particular in a clip, screw or snap-in connection or in a welded connection.
  • the pilot hole diameter at the pilot hole opening edge of the blind hole-like pilot hole is smaller than a head diameter of the rivet head, so that after the setting process has been completed, the rivet head underside is in contact with the opening edge area of the component pilot hole.
  • a functional section for connecting the second joining partner in particular a threaded bolt, can be formed on the rivet head top of the rivet element.
  • the threaded bolt can be guided through a through hole of the second joining partner.
  • a clip, locking or screw element can be attached to the threaded bolt tip protruding from the through hole of the second joining partner.
  • the second Joining partners must be able to be clamped between the clip, locking or screw element and the first joining partner.
  • the functional section formed on the top of the rivet head can be a welding stud.
  • the welding stud In the assembled state, the welding stud can be guided through a through hole in the second joining partner.
  • a third joining partner or a head element, such as a welding cap, can be welded onto the welding stud tip protruding from the through hole of the second joining partner using resistance spot welding. The second joining partner can therefore be clamped between the third joining partner or the welding cap and the rivet head.
  • Figures 1 to 5 Views of a riveted joint according to a first
  • Figures 6 to 9 are views of a riveted joint according to a second
  • Figures 10 to 14 Views of a riveted joint according to further
  • FIG 1 shows a rivet connection with a lower first joining partner 1, a middle second joining partner 2 and a third joining partner 3 facing the setting side.
  • the rivet connection is produced in a setting process indicated in Figure 4 with the aid of a rivet element 7 designed as a semi-hollow rivet, which has a large diameter rivet head 9, which is realized as a flat head.
  • the rivet head 9 merges on its rivet head underside into a small diameter rivet shaft 13, which ends at a circumferential cutting edge 15.
  • the rivet element 7 is in the undeformed state as a Longitudinal axis L is realized as a rotationally symmetrical component and is shown in the figures in a transverse view.
  • the rivet element 7 is driven through the joining partner 3 on the setting side and through the middle joining partner 2 into the joining partner 1 facing away from the setting side, while maintaining a residual base thickness in the joining partner 1.
  • the rivet shank 13 is spread open. The three joining partners 1, 2 and 3 are therefore clamped together under compressive stress acting in the setting direction S.
  • a mixed construction connection is realized in which the joining partner 1 facing away from the setting side is an aluminum die-cast part, while the setting-side joining partner 3 and the middle joining partner 2 are a plastic component, for example a thermoplastic part, or a CFRP component.
  • the setting-side joining partner 3 and/or the middle joining partner 2 can also be a steel component.
  • such a joining partner combination consisting of a die-cast metal part and a plastic component is susceptible to shear stresses directed transversely to the setting direction, which are caused by different thermal expansions of the joining partners 1, 2, 3.
  • a core of the invention is that by providing a through hole 17 in the two upper joining partners 2, 3, such a shear stress build-up transverse to the setting direction S is reduced or completely eliminated. In this way, premature component failure in the joining partners 1, 2, 3 can be prevented.
  • a hole clearance Ax ( Figure 1 or 6) is provided between the through hole 17 and the rivet shaft 13, whereby a floating bearing of the second and the third joining partner 2, 3 is provided.
  • a Thermal stress causes stress equalization between the joining partners 1, 2, 3.
  • the rivet element 7 is guided stress-free through the pre-hole 17 of the two joining partners 2, 3 and is subsequently driven into the first joining partner 1 facing away from the setting side.
  • a significant advantage of the invention is that the rivet connection can be realized with a first joining partner 1 whose flowability or ductility is reduced compared to the prior art (for example a component made of die-cast aluminum).
  • the rivet element 7 is not secured by a complete form-fitting enclosing of the rivet shaft 13 in the material of the first joining partner 1, but by the securing mechanism described below with reference to Figures 1 to 5:
  • the rivet element 7 is driven into a pre-hole 5 of the first joining partner 1, which extends conically to a pre-hole depth t and ends there with a pre-hole bottom.
  • a further core of the invention is that an activation contour 31 (Figure 3 or 4) is formed in the pilot hole 5 of the first joining partner 1, which controls the transfer of the rivet element 7 from the undeformed state to the expanded state during the setting process.
  • the activation contour 31 has an expansion cone 33 protruding from the pilot hole base, which is surrounded at its cone base by an annular groove 35 formed in the pilot hole base.
  • the annular groove 35 merges radially outwards at a rounded inner corner region 37 into a pilot hole peripheral wall 39 ( Figure 4 or 5).
  • the smooth-surfaced pilot hole peripheral wall 39 extends from the pilot hole inner corner region 37 to a pilot hole opening edge 41 ( Figure 2) on the setting-side surface of the first joining partner 1, slightly conically widening.
  • a base-side shaft section 43 of the hollow rivet shaft 13 is driven with its cutting edge 15 at the pre-hole peripheral wall 39 into the material of the first joining partner 1.
  • the pilot hole diameter dv is larger than the rivet shaft outer diameter dA, so that the rivet element 7 can be pre-positioned in preparation for the setting process with a hole clearance in the pilot hole 5 of the first joining partner 1.
  • the pilot hole diameter dv is also smaller than a head diameter dK of the rivet head 9.
  • the underside of the rivet head 9 is in contact with the opening edge area of a through pilot hole 17 of the upper setting-side joining partner 3.
  • the rivet shaft 13 is cylindrical on the outside in the undeformed state.
  • the inner curvature 14 of the rivet shaft 13 is realized as a hollow cylinder, which results in a constant wall thickness w of the shaft wall over the rivet element longitudinal axis L.
  • the rivet element 7 is overall rotationally symmetrical to the rivet element longitudinal axis L.
  • a setting process is described below using Figures 3 to 5:
  • the rivet element 7 (guided by the joining partners 2, 3) is brought into contact with the conical surface of the expansion cone 33 with its cutting edge 15.
  • the rivet element 7 is aligned coaxially to the expansion cone 33.
  • the setting force F is introduced, the rivet element 1 slides with its cutting edge 15 along the conical surface in the direction of the ring groove 35.
  • the base-side shaft section 43 of the rivet shaft 11 is pre-spread. Due to the pre-spreading, the cylindrical rivet shaft 13 expands conically.
  • the conical expansion of the rivet shaft 13, especially on the base-side shaft section 43 reduces the wall thickness w.
  • the activation contour 31 can reliably transfer the rivet shaft 13 into the expanded state in the further setting process.
  • the cutting edge 15 of the rivet element 7 is driven into the material of the first joining partner 1 on the pre-hole peripheral wall 39.
  • two cutting flanks 45, 47 converge on the rivet shaft 13 to form the cutting edge 15.
  • the radially inner cutting edge 45 spans a cutting angle ß with a plane perpendicular to the rivet element's longitudinal axis L. This corresponds to a cone angle y that is spanned between the conical surface of the expansion cone 33 and a plane perpendicular to the rivet element's longitudinal axis L. This ensures that the cutting edge 15 slides reliably in the direction of the ring groove 35 during the setting process without penetrating the material.
  • the base-side shaft section 43 of the rivet shaft 11 is folded over in the setting process against the setting direction S.
  • a head-side shaft section 49 therefore merges at a folding edge 51 remote from the rivet head into the base-side shaft section 43 protruding in the direction of the rivet head 9.
  • the folded-over base-side shaft section 43 extends continuously in the circumferential direction and in a plate shape around the head-side shaft section 49. It should be emphasized that only the folded-over base-side shaft section 43 with its cutting edge 15 of the rivet shaft 11 penetrates into the material of the first joining partner 1 on the pre-hole circumferential wall 39, while the head-side shaft section 49 remains without material engagement with the first joining partner 1.
  • the rivet shaft 11 thus acts like a bistable spring section, which changes into the expanded expanded state during the setting process.
  • the expanded state ( Figure 1 or Figure 5) is characterized by the fact that, in contrast to the prior art, essentially no spring-back force is built up in the rivet shaft 13, which prestresses the rivet element 7 in the direction of the undeformed state. Therefore, according to the invention, an almost completely form-fitting enclosing of the rivet shaft 11 in the material can be dispensed with.
  • the setting tool according to the invention does not have a die with die engraving as the counterholder 30, but rather a flat anvil.
  • Figures 6 to 9 show a rivet connection according to a second embodiment, the structure of which is essentially the same as the structure of the first Embodiment of Figures 1 to 5.
  • the rivet shaft 13 also acts as a bistable spring section which has the two equilibrium states, namely the undeformed cross-section-reduced state ( Figure 7) and an expanded spread state ( Figure 6 or 9).
  • the still undeformed rivet element 7 is rotationally symmetrical with respect to its longitudinal axis L.
  • the rivet shank 13 is divided into a head-side shank section 49 and an adjoining foot-side shank section 43, which delimits an inner curvature 14 that is open at the rivet shank tip.
  • the inner curvature 14 ends at an annular, circumferential cutting edge 15 of the rivet element 7.
  • the turning of the rivet shaft 13, which acts as a bistable spring section, is supported by an activation contour 31 ( Figure 7) in the pre-hole 5 of the first joining partner 1, which is designed as follows:
  • the pre-hole 5 of the first joining partner 1 in Figure 7 has a large-diameter insertion section 21. This transitions in the direction of the pre-hole base 22 on a circumferential annular shoulder 23 in a step-like manner into a small-diameter pre-hole depression 25.
  • the cutting edge 15 runs on a diameter di that is larger than the inner diameter d2 of the annular shoulder 23.
  • the rivet shaft outer diameter is smaller than the annular shoulder outer diameter ds.
  • the setting process is carried out with a setting device which, in Figures 7 to 9, has the hold-down device 27 in which a setting piston 29 is guided with an adjustable stroke.
  • the three joining partners 1, 2, 3 are clamped between the hold-down device 27 and a flat anvil 30.
  • the rivet shank 13 with its cutting edge 15 expands radially outwards until a setting stroke dead center T is reached ( Figure 8).
  • the cutting edge 15 of the rivet element 1 is expanded with a maximum diameter dmax and in spreading engagement with the inner circumference of the large-diameter insertion section 21 of the component pilot hole 5.
  • the front side of the rivet shaft tip is in contact with the ring shoulder 23 over a large area.
  • the setting stroke is extended beyond the dead center T with an over-dead center stroke s ( Figure 8).
  • the head-side shaft section 49 is driven into the pre-hole countersink 25 by the over-dead center stroke s.
  • the foot-side shaft section 43 is therefore turned over in the opposite direction to the setting direction, i.e. in the direction of the rivet head 9.
  • the foot-side shaft section 43 extends in the circumferential direction continuously and in a plate shape around the head-side shaft section 49 of the rivet element 7.
  • the inner circumference of the large-diameter insertion section 21 of the component pre-hole 5 is designed in a conical manner, so that the inner circumference acts as an insertion bevel, by means of which the rivet element 7 can be easily inserted into the pre-hole 5 of the first joining partner 1.
  • the rivet element 7 is positioned on the ring shoulder 23 in a floating bearing ( Figure 7), i.e. positioned with transverse play, whereby component and/or manufacturing tolerances can be compensated.
  • Figure 10 shows a further rivet connection in which the first joining partner 1 can be connected to the second joining partner 2 with the aid of the rivet element 7.
  • the rivet element 7 is driven into the first joining partner 1 in a setting process with its rivet shaft 13 in the setting direction.
  • the second joining partner 2 is fastened to the rivet element 7 in a separate assembly process, independently of the setting process.
  • the rivet element 7 is formed on its upper side with a threaded bolt 53. In the assembled state, the threaded bolt 53 is guided through a through hole 55 of the second joining partner 2.
  • the rivet element 7 has an anti-twist device that holds the rivet element 7 in a rotationally fixed manner in the first joining partner 1 when the screw nut is screwed onto the bolt tip.
  • the anti-twist device is designed as a positive-locking contour 59 on the inner curvature 14 of the rivet element 7, for example as a polygonal profile or as a toothed profile.
  • the cutting edge 15 of the rivet element 7 does not run continuously in a rivet element transverse plane, but rather the cutting edge 15 is formed from axially recessed cutting edge segments 61 and axially projecting cutting edge segments 63.
  • the anti-twist device can alternatively and/or additionally also be implemented on the underside of the rivet head 9 by anti-twist knobs 64, of which an anti-twist knob 64 is indicated as an example in Figure 11.
  • the anti-twisting studs 64 can be arranged circumferentially distributed around the rivet head 9 at pitches.
  • Figure 13 shows a further rivet connection in which the first joining partner 1 can be connected to the second joining partner 2 with the aid of the rivet element 7.
  • the rivet element 7 is driven into the first joining partner 1 in a setting process with its rivet shaft 13 in the setting direction.
  • the second joining partner 2 is fastened to the rivet element 7 in a separate welding process independently of the setting process.
  • the rivet element 7 is formed on its upper side with a welding bolt 54. In the assembled state, the welding bolt 54 is guided through a through hole 55 of the second joining partner 2.
  • the third joining partner 3 which is formed as a sheet metal component, can be welded onto the welding stud tip protruding from the through hole 55 of the second joining partner 2 in Figure 13 by means of resistance spot welding, so that the second joining partner 2 can be clamped between the third joining partner 3 and the rivet head 9.
  • the setting process is also combined with a welding process.
  • the rivet element 7 is driven into the first joining partner 1 in the setting process with its rivet shaft 13 in the setting direction.
  • the second joining partner 2 is fastened to the rivet element 7 independently of the setting process in a separate welding process.
  • the rivet element 7 is also formed on its upper side with a welding stud 54.
  • its welding stud tip is welded to a welding cap 56 by means of resistance spot welding, so that the second joining partner 2 can be clamped between the welding cap 56 and the rivet head 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung mit zumindest einem ersten Fügepartner (1) und einem zweiten Fügepartner (2, 3), die zumindest in einem Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem ein Nietschaft (13) eines Nietelements (7) mit einer Setzkraft (F) in den ersten Fügepartner (1) in Setzrichtung (S) unter Aufspreizung des Nietschafts (13) eingetrieben ist, wobei der erste Fügepartner (1) im unverformten Zustand an der herzustellenden Fügestelle ein sacklochartiges Vorloch (5) aufweist, und wobei im Spreizzustand ein fußseitiger Schaftabschnitt (43) des hohlen Nietschafts (13) mit seiner Schneidkante (15) an einer Vorloch-Umfangswand (39) in das Material des ersten Fügepartners (1) eingetrieben ist.

Description

Beschreibung
Nietverbindung
Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei einer gattungsgemäßen Nietverbindung sind zumindest ein erster Fügepartner und ein zweiter Fügepartner zumindest in einem Setzprozess miteinander verbindbar. Im Setzprozess wird ein hohler Nietschaft eines Nietelements mit einer Setzkraft in den ersten Fügepartner in Setzrichtung unter Aufspreizung des Nietschafts eingetrieben. Der erste Fügepartner weist im noch unverformten Zustand an der herzustellenden Fügestelle ein sacklochartiges Vorloch auf. Im Spreizzustand ist ein fußseitiger Schaftabschnitt des hohlen Nietschafts mit seiner Schneidkante an einer Vorloch- Umfangswand in das Material des ersten Fügepartners eingetrieben.
Durch die Aufspreizung des Nietschafts ergibt sich zwischen dem Nietkopf des Nietelements und der ausgeweiteten Nietschaftspitze eine Hinterschneidung, die mit Material des ersten Fügepartners gefüllt ist. Die Nietschaftspitze ist dabei formschlüssig von dem Material des Fügepartners eingefasst. Dadurch wird eine Relativbewegung, zum Beispiel hervorgerufen durch Rückfederung des Nietschaftes nach dem Spreizen, verhindert, weil dafür eine Verformung des Fügepartners erforderlich wäre.
Sofern der erste Fügepartner aus einem Material mit geringer Duktilität, zum Beispiel Aluminium-Druckguss, besteht, ist ein solches formschlüssiges Umfassen der Nietschaftspitze (aufgrund der geringen Duktilität des ersten Fügepartners) nur eingeschränkt möglich, sodass es nach dem Setzprozess zu einer Rückfederung des Nietschaftes kommen kann. Von daher ist das Nietelement nicht ausreichend gegen ein Lösen gesichert. Zudem muss bei Material mit geringer Duktilität eine Kerbbildung berücksichtigt werden, die zu einem frühzeitigen Bauteilriss oder -bruch des ersten Fügepartners führen kann.
Aus der DE 10 2018 122 200 A1 ist eine Fügeverbindung bekannt. Aus der WO 95/35174 A1 ist ein Stanznietprozess bekannt. Aus der DE 10 2015 014 941 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem plattenförmigen Bauteil bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Nietverbindung bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik, insbesondere auch bei Verwendung von Metalldruckguss geringer Duktilität, betriebssicher realisierbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung geht von einer Nietverbindung mit zumindest einem ersten Fügepartner und einem zweiten Fügepartner aus, die zumindest in einem Setzprozess miteinander verbindbar sind. Im Setzprozess wird ein hohler Nietschaft eines Nietelements mit einer Setzkraft in den ersten Fügepartner in Setzrichtung unter Aufspreizung des Nietschafts eingetrieben. Der erste Fügepartner weist im unverformten Zustand an der herzustellenden Fügestelle ein sacklochartiges Vorloch auf. Im Spreizzustand ist ein fußseitiger Schaftabschnitt des hohlen Nietschafts mit seiner Schneidkante an einer Vorloch-Umfangswand in das Material des ersten Fügepartners eingetrieben. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird im Gegensatz zu einem herkömmlichen Setzprozess auf ein formschlüssiges Umfassen der ausgeweiteten Nietschaftspitze verzichtet. Anstelle dessen kommt erfindungsgemäß zur Sicherung des Nietelements am Bauteil das folgende Wirkprinzip zum Einsatz: So bildet der Nietschaft einen bistabilen Federabschnitt, der zwei Gleichgewichtszustände aufweist. Ein erster Gleichgewichtszustand entspricht dem querschnittsreduzierten, unverformten Nietschaft-Zustand. Durch Einwirken der Setzkraft schlägt der Nietschaft in den zweiten Gleichgewichtszustand um, in dem der Nietschaft mit einem ausgeweiteten Querschnitt im Vorloch des ersten Fügepartners verspreizt ist. Das Umschlagen in den Spreizzustand 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.
Wie oben erwähnt, ist der erste Fügepartner im unverformten Zustand nicht komplett vorlochfrei gebildet, sondern weist dieser vielmehr an der herzustellenden Fügestelle ein Vorloch auf. Im Zusammenbauzustand ist der Nietschaft des Nietelements gegen den Innenumfang des Vorloches verspreizt.
Das Nietelement kann mit Bezug auf eine Nietelement-Längsachse rotationssym metrisch ausgebildet sein. Zudem kann das Nietelement einen ausgeweiteten Nietkopf aufweisen, der in Achsrichtung in den Nietschaft übergeht. An der Oberseite des Nietkopfes kann zudem ein weiteres Funktionselement, zum Beispiel ein Gewindebolzen, angeformt sein. Der Nietschaft kann eine zur Nietschaftspitze offen gestaltete Innenwölbung aufweisen; zudem kann der Nietschaft an der Schaftspitze mit einer ringförmig um laufenden Schneidkante abschließen.
Im Spreizzustand kann die Nietschaftwand entgegen der Setzrichtung, das heißt in Richtung Nietkopf, umgeschlagen sein. In diesem Fall kann die Schneidkante in Spreizeingriff mit dem Innenumfang des Bauteil-Vorloches sein. Zudem umzieht die Nietschaftwand den Nietschaft-Vollmaterialabschnitt tellerförmig sowie in Umfangsrichtung unterbrechungsfrei bzw. durchgängig.
In einer bevorzugten technischen Realisierung kann der erste Fügepartner ein Metalldruckgussteil, zum Beispiel ein Aluminium-Druckgussteil, sein, während das Nietelement aus einem Kaltschlagmaterial gefertigt sein kann. Speziell in diesem Fall ist die erfindungsgemäße Nietverbindung von Vorteil, da hier der erste Fügepartner während des Setzvorgangs im Wesentlichen ohne plastische Verformung, das heißt insbesondere nur elastisch, beansprucht wird. Der erste Fügepartner bleibt erfindungsgemäß nach erfolgtem Setzprozess weitgehend unverformt.
Im Hinblick auf eine einwandfreie Überführung des Nietelements vom unverformten Zustand in den Spreizzustand 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 Spreizzustand prozesssicher gestaltet werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante kann die Aktivierungskontur als ein, vom Vorloch-Boden vorragender Spreizkegel realisiert sein. Mit Hilfe der Aktivierungskontur kann der fußseitige Schaftabschnitt des Nietschafts im Setzprozess entgegen der Setzrichtung in den Spreizzustand umgeschlagen werden. Nach dem Umschlagen in den Spreizzustand geht ein radial innerer kopfseitiger Schaftabschnitt des Nietschafts an einer nietkopffernen Umschlagkante in den, in Richtung Nietkopf ragenden, fußseitigen Schaftabschnitt über, der den kopfseitigen Schaftabschnitt radial außen umzieht.
Die im Bauteil-Vorloch ausgebildete Aktivierungskontur kann zusätzlich eine Ringkehle aufweisen, die den Spreizkegel an seinem Kegelfuß umzieht. Die Ringkehle kann radial nach außen an einem, insbesondere gerundeten Inneneckbereich in die Vorloch-Umfangswand übergehen. Speziell der Spreizkegel in Kombination mit der Ringkehle sowie dem Vorloch-Inneneckbereich führen zu einem Umschlagen des fußseitigen Schaftabschnittes des Nietschafts, wie es oben beschrieben ist.
Nachfolgend ist ein mit der oben angegebenen Aktivierungskontur durchführbarer Setzprozess beschrieben: So kann zu Beginn des Setzprozesses das Nietelement mit seiner Schneidkante auf der Kegelmantelfläche des Spreizkegels sitzen. Durch Einwirken der Setzkraft kann das Nietelement mit seiner Schneidkante entlang der Kegelmantelfläche in Richtung Ringkehle gleiten, ohne in das Material des Fügepartners einzudringen. Auf diese Weise wird der fußseitige Schaftabschnitt des Nietschafts unter Materialverdünnung vorgespreizt. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses wird der materialverdünnte, fußseitige Schaftabschnitt des Nietschafts vom Spreizkegel in die Ringkehle geführt. Zum Abschluss des Setzprozesses wird die fußseitige Schneidkante des Nietelements an der Vorloch-Umfangswand in das Material eingetrieben.
Wie oben erwähnt, findet im Setzprozess am Spreizkegel eine Vorspreizung des Nietschafts statt. Durch die Vorspreizung wird der Nietschaft von seinem formstabilen, zylindrischen unverformten Zustand konisch ausgeweitet. Die konische Ausweitung des Nietschafts erfolgt unter Reduzierung der Wandstärke der Schaftwandung. Dadurch reduziert sich die Formstabilität des Nietschafts. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses kann daher der Nietschaft prozesssicher in seinen Spreizzustand umschlagen.
Für einen prozesssicheren Ablauf des Setzvorganges ist es von Bedeutung, dass das Nietelement mit seiner Schneidkante zu Beginn des Setzprozesses nicht am Spreizkegel in das Material des ersten Fügepartners eindringt. Vor diesem Hintergrund kann eine Schneidflanke an der Schneidkante einen Schneidenwinkel aufweisen, der in etwa einem Kegelwinkel entspricht, der zwischen der Kegelmantelfläche des Spreizkegels und einer rechtwinkligen Ebene aufgespannt ist. Dadurch ist gewährleistet, dass das Nietelement mit seiner Schneidkante entlang der Kegelmantelfläche des Spreizkegels in Richtung Ringkehle abgleiten kann, ohne in das Material des ersten Fügepartners einzudringen.
Die Vorloch-Umfangswand kann an einem Vorloch-Öffnungsrand in eine setzseitige Oberfläche des ersten Fügepartners übergehen. Dabei kann sich die Vorloch- Umfangswand vom bodenseitigen Vorloch-Inneneckbereich bis zum Vorloch- Öffnungsrand konisch ausweiten oder zylinderförmig verlaufen. Der Vorloch- Durchmesser ist bevorzugt größer bemessen als der Nietschaft-Außendurchmesser. Auf diese Weise kann das Nietelement in Vorbereitung auf den Setzprozess mit Lochspiel leichtgängig in dem Vorloch des ersten Fügepartners vorpositioniert werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Aktivierungskontur wie folgt ausgebildet sein: So kann das sacklochartige Vorloch des ersten Fügepartners einen durchmessergroßen Einführabschnitt aufweisen. Dieser geht an einer umlaufenden Ringschulter in eine durchmesserkleine Senkung über. Die Schneidkante 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 Schneidkante auf der Ringschulter des Bauteil-Vorloches positioniert werden.
Bei Einwirken der Setzkraft kann sich das Nietelement mit seiner Schneidkante nach radial außen aufweiten, und zwar bis Erreichen eines maximalen Außendurchmessers. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses kann der Nietschaft um einen zusätzlichen Übertotpunkt-Hubweg in die Vorloch-Senkung eingetrieben werden. Dadurch erfolgt eine Überspreizung des Nietschaftes, bei der der Nietschaft in den Spreizzustand umschlägt.
Bevorzugt kann das Nietelement aus einem Kaltschlagmatenal gefertigt sein, bei dem insbesondere bei der Überspreizung eine Umformgrenze überschritten wird, bei der eine Verfestigung des Nietelement-Matenals 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 Nietschaftes unterstützt. Anstelle dessen kann der erste Fügepartner 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 Nietschaft-Außendurchmesser kleiner bemessen ist als der Ringschulter- Außendurchmesser. Auf diese Weise kann das noch unverformte Nietelement mit seiner Schneidkante in schwimmender Lagerung, das heißt mit Querspiel, auf der Ringschulter positioniert werden, wodurch Bauteil und/oder Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können. Bei Ausführung des ersten Fügepartners als ein Druckgussteil kann das Vorloch während des Gießverfahrens im ersten Fügepartner erzeugt werden. In diesem Fall kann das 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.
In einer konkreten Ausgestaltung kann das Nietelement im unverformten Zustand eine Nietelementlänge von beispielhaft 2 bis 5 mm aufweisen. Die Wandstärke der Schaftwandung des Nietschafts kann im unverformten Zustand in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,7 mm liegen, insbesondere bei 0,5 mm. Zudem kann das Nietelement je nach Anwendungsfall zum Beispiel aus einem schweißgeeigneten Drahtwerkstoff, oder aus einem herkömmlichen Kaltschlagstahl gefertigt sein, bei dem insbesondere bei der Überspreizung, das heißt beim Umschlagen während des Setzprozesses, eine Umformgrenze überschritten wird, bei der eine Verfestigung des Nietelement-Matenals eintritt, die im Hinblick auf eine gesteigerte Verbindungsfestigkeit zwischen dem Nietelement und dem Bauteil von Vorteil ist. Erfindungsgemäß kann während des Setzprozess auf eine Matrize verzichtet werden, deren Matrizengravur ein Aufspreizen des Nietschafts unterstützt. Anstelle dessen kann das Bauteil im Setzprozess zwischen einem Niederhalter und einem ebenflächigen Amboss zwischengeklemmt sein.
In einer ersten Ausführungsform können die beiden Fügepartner unmittelbar im Setzprozess miteinander verbindbar sein, bei dem das Nietelement mit seinem Nietschaft in Setzrichtung durch den setzseitigen zweiten Fügepartner bis in den von der Setzseite abgewandten ersten Fügepartner eintreibbar ist. Dadurch sind die beiden Fügepartner, in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf und einer Schneidkante des Nietschafts des Nietelements geklemmt. Der zweite Fügepartner kann ein Durchgangsvorloch aufweisen, das bevorzugt größer als der Nietschaftdurchmesser ist. Durch das Durchgangsvorloch ist im Setzprozess das Nietelement in den ersten Fügepartner eintreibbar. Auf diese Weise kann im setzseitigen zweiten Fügepartner ein Schubspannungsaufbau quer zur Setzrichtung reduziert werden oder gänzlich wegfallen. Bevorzugt kann der setzseitige erste Fügepartner ein Metalldruckgussbauteil sein und der zweite Fügepartner ein Kunststoff baute il sein. Eine solche Fügepartner-Kombination ist im Vergleich zu einer Fügepartner-Kombination aus Metallblechteilen anfällig gegen quer zur Setzrichtung ausgerichtete Schubspannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Fügepartner hervorgerufen werden. Um den Aufbau solcher Schubspannungen zu vermeiden, ist es bevorzugt, wenn zwischen dem Durchgangsvorloch und dem Nietschaft ein Lochspiel vorhanden ist, um eine schwimmende Lagerung des zweiten (und gegebenenfalls des dritten) Fügepartners bereitzustellen.
Zudem kann der Nietschaft mit Lochspiel durch das Durchgangsvorloch des setzseitigen zweiten Fügepartners geführt sein, wodurch unter zumindest teilweisem Aufbrauch des Lochspiels Fertigungs- und/oder Bauteiltoleranzen ausgleichbar sind, ohne dass sich eine Schubspannung quer zur Setzrichtung im setzseitigen Fügepartner aufbaut.
In einer zweiten Ausführungsform kann im Setzprozess das Nietelement mit seinem Nietschaft in Setzrichtung nur in den ersten Fügepartner eintreibbar sein. Der zweite Fügepartner kann dagegen unabhängig vom Setzprozess am Nietelement befestigbar sein, insbesondere in einer Clip-, Schraub- oder Rastverbindung oder in einer Schweißverbindung.
Zur Realisierung der obigen zweiten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn der Vorloch-Durchmesser am Vorloch-Öffnungsrand des sacklochartigen Vorloches kleiner bemessen ist als ein Kopfdurchmesser des Nietkopfes, so dass nach erfolgtem Setzprozess die Nietkopf-Unterseite in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich des Bauteil-Vorloches ist. An der Nietkopf-Oberseite des Nietelements kann ein Funktionsabschnitt zur Anbindung des zweiten Fügepartners, insbesondere ein Gewindebolzen, ausgebildet sein. Im Zusammenbauzustand kann der Gewindebolzen durch ein Durchgangsloch des zweiten Fügepartners geführt sein. Auf der, aus dem Durchgangsloch des zweiten Fügepartners ragenden Gewindebolzenspitze kann ein Clip-, Rast- oder Schraubelement befestigt sein. In diesem Fall kann der zweite Fügepartner zwischen dem Clip-, Rast- oder Schraubelement und dem ersten Fügepartner verspannbar sein.
Alternativ dazu kann der an der Nietkopf-Oberseite ausgebildete Funktionsabschnitt ein Schweißbolzen sein. Im Zusammenbauzustand kann der Schweißbolzen durch ein Durchgangsloch des zweiten Fügepartners geführt sein. Auf der aus dem Durchgangsloch des zweiten Fügepartners ragenden Schweißbolzenspitze kann ein dritter Fügepartner oder ein Kopfelement, etwa eine Schweißkappe, mittels Widerstandspunktschweißen aufschweißbar sein. Der zweite Fügepartner kann daher zwischen dem dritten Fügepartner oder der Schweißkappe und dem Nietkopf verspannt werden.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten
Figuren beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 bis 5 Ansichten einer Nietverbindung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel;
Figuren 6 bis 9 Ansichten einer Nietverbindung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel; und
Figuren 10 bis 14 Ansichten einer Nietverbindung gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen.
In Figur 1 ist eine Nietverbindung mit einem unteren ersten Fügepartner 1 , einem mittleren zweiten Fügepartner 2 und einem, der Setzseite zugewandten dritten Fügepartner 3 gezeigt. Die Nietverbindung wird in einem, anhand der Figur 4 angedeuteten Setzprozess mit Hilfe eines als Halbhohlniet ausgebildeten Nietelements 7 erzeugt, das einen durchmessergroßen Nietkopf 9 aufweist, der als Flachkopf realisiert ist. Der Nietkopf 9 geht an seiner Nietkopf-Unterseite in einen durchmesserkleinen Nietschaft 13 über, der an einer umlaufenden Schneidkante 15 abschließt. Das Nietelement 7 ist im unverformten Zustand als ein um eine Längsachse L rotationssymmetrisches Bauteil realisiert und in den Figuren in einer Querschi iffansicht gezeigt.
In der, in der Figur 1 gezeigten Nietverbindung ist das Nietelement 7 durch den setzseitigen Fügepartner 3 sowie durch den mittleren Fügepartner 2 bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner 1 eingetrieben, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke im Fügepartner 1. In der Figur 1 ist der Nietschaft 13 aufgespreizt. Die drei Fügepartner 1 , 2 und 3 sind daher unter, in Setzrichtung S wirkender Druckspannung miteinander verklemmt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Mischbauverbindung realisiert, bei der der von der Setzseite abgewandte Fügepartner 1 ein Aluminium-Druckgussteil ist, während der setzseitige Fügepartner 3 und der mittlere Fügepartner 2 ein Kunststoffbauteil, zum Beispiel ein thermoplastisches Kunststoffteil, oder ein CFK- Bauteil ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann der setzseitige Fügepartner 3 und/oder der mittlere Fügepartner 2 auch ein Stahlbauteil sein.
Eine solche Fügepartner-Kombination aus Metalldruckgussteil und Kunststoffbauteil ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Fügepartner-Kombination aus Metallblechteilen anfällig gegen quer zur Setzrichtung ausgerichtete Schubspannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Fügepartner 1 , 2, 3 hervorgerufen werden.
Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass durch Bereitstellung eines Durchgangsvorloches 17 in den beiden oberen Fügepartnern 2, 3 ein solcher Schubspannungsaufbau quer zur Setzrichtung S reduziert ist oder komplett wegfällt. Auf diese Weise kann in den Fügepartnern 1 , 2, 3 ein frühzeitiges Bauteilversagen verhindert werden.
Um den Aufbau solcher Schubspannungen zu vermeiden, ist erfindungsgemäß zwischen dem Durchgangsvorloch 17 und dem Nietschaft 13 ein Lochspiel Ax (Figur 1 oder 6) vorhanden, wodurch eine schwimmende Lagerung der zweiten und des dritten Fügepartners 2, 3 bereitgestellt ist. Auf diese Weise kann bei einer Wärmebeanspruchung ein Spannungsausgleich zwischen den Fügepartnern 1 , 2, 3 erfolgen.
Im Setzprozess (Figur 3 bis 5) wird das Nietelement 7 belastungsfrei durch das Vorloch 17 der beiden Fügepartner 2, 3 geführt und im weiteren Verlauf in den von der Setzseite abgewandten ersten Fügepartner 1 eingetrieben.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Nietverbindung mit einem ersten Fügepartner 1 realisierbar ist, dessen Fließfähigkeit bzw. Duktilität im Vergleich zum Stand der Technik reduziert ist (zum Beispiel ein Bauteil aus Aluminiumdruckguss). Erfindungsgemäß erfolgt nämlich die Sicherung des Nietelements 7 nicht durch ein vollständiges formschlüssiges Einfassen des Nietschafts 13 im Material des ersten Fügepartners 1 , sondern durch den nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 5 beschriebenen Sicherungsmechanismus:
Gemäß der Figur 1 ist das Nietelement 7 in ein Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 eingetrieben, das sich konusartig bis zu einer Vorlochtiefe t erstreckt und dort mit einem Vorloch-Boden abschließt.
Ein weiterer Kem der Erfindung besteht darin, dass im Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 eine Aktivierungskontur 31 (Figur 3 oder 4) ausgebildet ist, die im Setzprozess das Überführen des Nietelements 7 vom unverformten Zustand in den Spreizzustand steuert. Die Aktivierungskontur 31 weist einen vom Vorloch-Boden vorragenden Spreizkegel 33 auf, der an seinem Kegelfuß von einer, im Vorloch-Boden ausgebildeten Ringkehle 35 umzogen ist. Die Ringkehle 35 geht radial nach außen an einem gerundeten Inneneckbereich 37 in eine Vorloch-Umfangswand 39 (Figur 4 oder 5) über. In den Figuren 1 bis 5 erstreckt sich die glattflächige Vorloch-Umfangswand 39 vom Vorloch-Inneneckbereich 37 bis zu einem Vorloch-Öffnungsrand 41 (Figur 2) an der setzseitigen Oberfläche des ersten Fügepartners 1 geringfügig konisch ausgeweitet. Gemäß der Figur 1 ist ein fußseitiger Schaftabschnitt 43 des hohlen Nietschafts 13 mit seiner Schneidkante 15 an der Vorloch-Umfangswand 39 in das Material des ersten Fügepartners 1 eingetrieben.
Wie aus der Figur 2 hervorgeht, ist der Vorloch-Durchmesser dv größer bemessen als der Nietschaft-Außendurchmesser dA, sodass das Nietelement 7 in Vorbereitung auf den Setzprozess mit einem Lochspiel im Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 vorpositionierbar ist. Der Vorloch-Durchmesser dv ist zudem kleiner bemessen als ein Kopfdurchmesser dK des Nietkopfes 9. Dessen Unterseite ist nach erfolgtem Setzprozess in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich eines Durchgangsvorloches 17 des oberen setzseitigen Fügepartners 3. Wie aus der Figur 2 weiter hervorgeht, ist der Nietschaft 13 im unverformten Zustand außenseitig zylindrisch ausgebildet. Die Innenwölbung 14 des Nietschafts 13 ist hohlzylindrisch realisiert, wodurch sich über die Nietelement-Längsachse L eine konstante Wandstärke w der Schaftwandung ergibt. Das Nietelement 7 ist insgesamt rotationssymmetrisch zur Nietelement- Längsachse L ausgeführt.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 3 bis 5 ein Setzprozess beschrieben: Zu Beginn des Setzprozesses (Figur 3) wird das (durch die Fügepartner 2, 3 geführte) Nietelement 7 mit seiner Schneidkante 15 in Anlage mit der Kegelmantelfläche des Spreizkegels 33 gebracht. Das Nietelement 7 ist dabei koaxial zum Spreizkegel 33 ausgerichtet. Mit Einleitung der Setzkraft F gleitet das Nietelement 1 mit seiner Schneidkante 15 entlang der Kegelmantelfläche in Richtung Ringkehle 35. Auf diese Weise wird der fußseitige Schaftabschnitt 43 des Nietschafts 11 vorgespreizt. Durch die Vorspreizung weitet sich einerseits der zylindrische Nietschaft 13 konisch aus. Andererseits reduziert sich durch die konische Ausweitung des Nietschafts 13 speziell am fußseitigen Schaftabschnitt 43 die Wandstärke w. Aufgrund der konischen Ausweitung sowie der reduzierten Wandstärke w kann die Aktivierungskontur 31 im weiteren Setzprozess den Nietschaft 13 prozesssicher in den Spreizzustand überführen. Zum Abschluss des Setzprozesses (Figur 5) wird die Schneidkante 15 des Nietelements 7 an der Vorloch-Umfangswand 39 in das Material des ersten Fügepartners 1 eingetrieben. In der Figur 2 laufen am Nietschaft 13 zwei Schneidflanken 45, 47 unter Bildung der Schneidkante 15 zusammen. Die radial innere Schneidkante 45 spannt mit einer zur Nietelement-Längsachse L rechtwinkligen Ebene einen Schneidenwinkel ß auf. Dieser entspricht einem Kegelwinkel y, der zwischen der Kegelmantelfläche des Spreizkegels 33 und einer zur Nietelement-Längsachse L rechtwinkligen Ebene aufgespannt ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass im Setzprozess die Schneidkante 15 prozesssicher in Richtung Ringkehle 35 abgleitet, ohne in das Material einzudringen.
Mit Hilfe der Aktivierungskontur 31 wird der fußseitige Schaftabschnitt 43 des Nietschafts 11 im Setzprozess entgegen der Setzrichtung S umgeschlagen. In der fertiggestellten Nietverbindung geht daher ein kopfseitiger Schaftabschnitt 49 an einer nietkopffernen Umschlagkante 51 in den, in Richtung Nietkopf 9 ragenden fußseitigen Schaftabschnitt 43 über. Der umgeschlagene fußseitige Schaftabschnitt 43 erstreckt sich in Umfangsrichtung durchgängig sowie tellerförmig um den kopfseitigen Schaftabschnitt 49. Es ist hervorzuheben, dass lediglich der umgeschlagene fußseitige Schaftabschnitt 43 mit seiner Schneidkante 15 des Nietschafts 11 an der Vorloch- Umfangswand 39 in das Material des ersten Fügepartners 1 eindringt, während der kopfseitige Schaftabschnitt 49 ohne Materialeingriff mit dem ersten Fügepartner 1 verbleibt.
Der Nietschaft 11 wirkt somit wie ein bistabiler Federabschnitt, der im Setzprozess in den ausgeweiteten Spreizzustand umschlägt. Der Spreizzustand (Figur 1 oder Figur 5) zeichnet sich dadurch aus, dass im Gegensatz zum Stand der Technik im Wesentlichen keine Rückfederkraft im Nietschaft 13 aufgebaut wird, die das Nietelement 7 in Richtung unverformtem Zustand vorspannt. Von daher kann erfindungsgemäß auf ein nahezu komplett formschlüssiges Einfassen des Nietschafts 11 in das Material verzichtet werden.
Gemäß den Figuren 3 bis 5 weist das erfindungsgemäße Setzgerät als Gegenhalter 30 keine Matrize mit Matrizengravur, sondern einen ebenflächigen Amboss auf.
In den Figuren 6 bis 9 ist eine Nietverbindung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, deren Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 5 entspricht. Wie im ersten Ausführungsbeispiel wirkt auch im zweiten Ausführungsbeispiel der Nietschaft 13 als ein bistabiler Federabschnitt, der die beiden Gleichgewichtszustände aufweist, nämlich den unverformten querschnittsreduzierten Zustand (Figur 7) und einen ausgeweiteten Spreizzustand (Figur 6 oder 9).
Nachfolgend werden anhand der Figuren 6 bis 9 die Vorloch-Geometrie des ersten Fügepartners 1 , die Nietelement-Geometrie sowie der erfindungsgemäße Setzvorgang beschrieben: So ist gemäß der Figur 7 das noch unverformte Nietelement 7 mit Bezug auf seine Längsachse L rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Nietschaft 13 ist in der Figur 6 oder 7 aufgeteilt in einen kopfseitigen Schaftabschnitt 49 und in einen sich daran anschließenden fußseitigen Schaftabschnitt 43, der eine Innenwölbung 14 begrenzt, die an der Nietschaftspitze offen ist. Die Innenwölbung 14 schließt an einer ringförmig umlaufenden Schneidkante 15 des Nietelements 7 ab.
Das Umschlagen des als bistabiler Federabschnitt wirkenden Nietschafts 13 wird mittels einer Aktivierungskontur 31 (Figur 7) im Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 unterstützt, die wie folgt ausgebildet ist: So weist das Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 in der Figur 7 einen durchmessergroßen Einführabschnitt 21 auf. Dieser geht in Richtung Vorloch-Boden 22 an einer umlaufenden Ringschulter 23 stufenartig in eine durchmesserkleine Vorloch-Senkung 25 über. Bei noch unverformtem Nietelement 7 verläuft die Schneidkante 15 auf einem Durchmesser di, der größer bemessen ist als der Innendurchmesser d2 der Ringschulter 23. Zudem ist der Nietschaft-Außendurchmesser kleiner bemessen als der Ringschulter- Außendurchmesser ds.
Der Setzvorgang wird mit einem Setzgerät durchgeführt, das in den Figur 7 bis 9 den Niederhalter 27 aufweist, in dem ein Setzkolben 29 hubverstellbar geführt ist. Die drei Fügepartner 1 , 2, 3 sind zwischen dem Niederhalter 27 und einem ebenflächigen Amboss 30 zwischengeklemmt.
Bei Einwirken der Setzkraft F weitet sich der Nietschaft 13 mit seiner Schneidkante 15 nach radial außen auf, und zwar bis Erreichen eines Setzhub-Totpunktes T (Figur 8). Im Setzhub-Totpunkt T ist die Schneidkante 15 des Nietelements 1 mit einem maximalen Durchmesser dmax ausgeweitet und in Spreizeingriff mit dem Innenumfang des durchmessergroßen Einführabschnitts 21 des Bauteil-Vorloches 5. Zudem befindet sich die Stirnseite der Nietschaftspitze großflächig in Kontakt mit der Ringschulter 23.
Der Setzhub ist erfindungsgemäß über den Totpunkt T hinaus mit einer Übertotpunkt- Hubweg s (Figur 8) verlängert. Im weiteren Verlauf des Setzprozesses wird daher der kopfseitige Schaftabschnitt 49 um den Übertotpunkt-Hubweg s in die Vorloch-Senkung 25 eingetrieben. Auf dieser Weise ergibt sich eine Überspreizung des fußseitigen Schaftabschnitts 43, bei der der fußseitige Schaftabschnitt 43 in den Spreizzustand umschlägt. Der fußseitige Schaftabschnitt 43 ist daher entgegen der Setzrichtung, das heißt in Richtung Nietkopf 9, umgeschlagen. Des fußseitige Schaftabschnitt 43 erstreckt sich in der Umfangsrichtung durchgängig sowie tellerförmig um den kopfseitige Schaftabschnitt 49 des Nietelements 7.
Wie aus der Figur 7 weiter hervorgeht, ist der Innenumfang des durchmessergroßen Einführabschnittes 21 des Bauteil-Vorloches 5 konusartig ausgebildet, sodass der Innenumfang als Einführschräge wirkt, mittels der ein leichtgängiges Einsetzen des Nietelements 7 in das Vorloch 5 des ersten Fügepartners 1 ermöglicht ist. Zudem ist das Nietelement 7 auf der Ringschulter 23 in schwimmender Lagerung positioniert (Figur 7), das heißt mit Querspiel positioniert, wodurch Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können.
In der Figur 10 ist eine weitere Nietverbindung gezeigt, in der der erster Fügepartner 1 mit Hilfe des Nietelements 7 mit dem zweiten Fügepartner 2 verbindbar ist. Analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird das Nietelement 7 in einem Setzprozess mit seinem Nietschaft 13 in Setzrichtung in den ersten Fügepartner 1 eingetrieben. Der zweite Fügepartner 2 wird dagegen unabhängig vom Setzprozess in einem separaten Montageprozess am Nietelement 7 befestigt. Hierzu ist das Nietelement 7 an seiner Oberseite mit einem Gewindebolzen 53 ausgebildet. Im Zusammenbauzustand ist der Gewindebolzen 53 durch ein Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 geführt. An der in der Figur 10 aus dem Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 ragenden Gewindebolzenspitze kann eine Schraubmutter 57 aufgeschraubt werden, so dass der zweite Fügepartner 2 zwischen der Schraubmutter 57 und dem Nietkopf 9 verspannbar ist.
Gemäß den Figuren 11 und 12 weist das Nietelement 7 eine Verdrehsicherung auf, die das Nietelement 7 beim Aufschrauben der Schraubmutter auf die Bolzenspitze drehfest im ersten Fügepartner 1 hält. In der Figur 11 ist die Verdrehsicherung als Formschlusskontur 59 an der Innenwölbung 14 des Nietelements 7 zum Beispiel als Mehrkantprofil oder als Verzahnungsprofil ausgebildet. Demgegenüber verläuft in der Figur 12 zur Ausbildung der Verdrehsicherung die Schneidkante 15 des Nietelements 7 nicht durchgängig in einer Nietelement-Querebene verläuft, sondern ist die Schneidkante 15 vielmehr aus axial zurückgesetzten Schneidkantensegmenten 61 sowie axial vorragenden Schneidkantensegmenten 63 ausgebildet. Die Verdrehsicherung kann alternativ und/oder zusätzlich auch an der Unterseite des Nietkopfes 9 durch Verdrehschutznoppen 64 realisiert sein, von denen in der Figur 11 exemplarisch ein Verdrehschutznoppen 64 angedeutet ist. Die Verdrehschutznoppen 64 können über Teilungsabstände umfangsverteilt um den Nietkopf 9 angeordnet sein.
In der Figur 13 ist eine weitere Nietverbindung gezeigt, in der der erster Fügepartner 1 mit Hilfe des Nietelements 7 mit dem zweiten Fügepartner 2 verbindbar ist. Analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird das Nietelement 7 in einem Setzprozess mit seinem Nietschaft 13 in Setzrichtung in den ersten Fügepartner 1 eingetrieben. Der zweite Fügepartner 2 wird dagegen unabhängig vom Setzprozess in einem separaten Schweißprozess am Nietelement 7 befestigt. Hierzu ist das Nietelement 7 an seiner Oberseite mit einem Schweißbolzen 54 ausgebildet. Im Zusammenbauzustand ist der Schweißbolzen 54 durch ein Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 geführt. An der in der Figur 13 aus dem Durchgangsloch 55 des zweiten Fügepartners 2 ragenden Schweißbolzenspitze kann der als Blechbauteil gebildete dritte Fügepartner 3 mittels Widerstandspunktschweißen aufgeschweißt werden, so dass der zweite Fügepartner 2 zwischen dem dritten Fügepartner 3 und dem Nietkopf 9 verspannbar ist. In der in der Figur 14 gezeigten Nietverbindung ist der Setzprozess ebenfalls mit einem Schweißprozess kombiniert. Analog zum Ausführungsbeispiel der Figur 13 wird in der Figur 14 das Nietelement 7 im Setzprozess mit seinem Nietschaft 13 in Setzrichtung in den ersten Fügepartner 1 eingetrieben. Der zweite Fügepartner 2 wird dagegen unabhängig vom Setzprozess im separaten Schweißprozess am Nietelement 7 befestigt. Hierzu ist das Nietelement 7 an seiner Oberseite ebenfalls mit einem Schweißbolzen 54 ausgebildet. Im Zusammenbauzustand ist dessen Schweißbolzenspitze mittels Widerstandspunktschweißen mit einer Schweißkappe 56 verschweißt, so dass der zweite Fügepartner 2 zwischen der Schweißkappe 56 und dem Nietkopf 9 verspannbar ist.
Bezuqszeichenliste
1 erster Fügepartner 51 Umschlagkante
2 zweiter Fügepartner 53 Gewindebolzen
3 dritter Fügepartner 54 Schweißbolzen
7 Nietelement 55 Durchgangsloch
5 sacklochartiges Vorloch im 56 Kopfelement bzw. ersten Fügepartner 1 Schweißkappe
9 Nietkopf 57 Clip-, Rast- oder Schraub¬
13 Nietschaft element
14 Innenwölbung 59 Formschlusskontur
15 Schneidkante 61 axial zurückgesetzte
17 Durchgangsvorloch Schneidkantensegmente
22 Vorloch-Boden 63 axial vorragende
21 durchmessergroßer Einführabschnitt Schneidkantensegmenten
23 Ringschulter 64 Verdrehschutznoppen
25 Vorloch-Senkung dA Schaft-Außendurchmesser
27 Niederhalter dK Kopfdurchmesser
29 Setzkolben dv Vorlochdurchmesser
30 Amboss w Wandstärke
31 Aktivierungskontur F Setzkraft
33 Spreizkegel S Setzrichtung
35 Ringkehle L Nietelement-Längsachse
37 Inneneckbereich ß Schneidenwinkel
39 Vorloch-Umfangswand y Kegelwinkel
41 Vorloch-Öffnungsrand t Vorloch-Tiefe
43 fußseitiger Schaftabschnitt Ax Lochspiel
45, 47 Schneidenflanken
49 kopfseitiger Schaftabschnitt

Claims

Patentansprüche Nietverbindung mit zumindest einem ersten Fügepartner (1 ) und einem zweiten Fügepartner (2, 3), die zumindest in einem Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem ein Nietschaft (13) eines Nietelements (7) mit einer Setzkraft (F) in den ersten Fügepartner (1 ) in Setzrichtung (S) unter Aufspreizung des Nietschafts (13) eingetrieben ist, wobei der erste Fügepartner (1 ) im unverformten Zustand an der herzustellenden Fügestelle ein sacklochartiges Vorloch (5) aufweist, und wobei im Spreizzustand ein fußseitiger Schaftabschnitt (43) des hohlen Nietschafts (13) mit seiner Schneidkante (15) an einer Vorloch-Umfangswand (39) in das Material des ersten Fügepartners (1 ) eingetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietschaft (13) als ein bistabiler Federabschnitt ausgebildet ist, der zwei Gleichgewichtszustände aufweist, nämlich den querschnittsreduzierten unverformten Zustand und den ausgeweiteten Spreizzustand, und dass durch Einwirken der Setzkraft (F) das Nietelement (7) vom unverformten Zustand in den Spreizzustand umschlägt, in dem der Nietschaft (13) mit ausgeweitetem Querschnitt im ersten Fügepartner (1 ) verspreizt ist, und zwar insbesondere ohne dass im Nietelement (7) beim Umschlagen in den Spreizzustand eine Rückfederkraft aufgebaut ist, die das Nietelement (7) in Richtung unverformtem Zustand vorspannt. Nietverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fügepartner (1 ) aus Metalldruckguss, insbesondere Aluminium-Druckguss, hergestellt ist, der im Vergleich zu Metallblechen eine geringe Duktilität aufweist, und dass insbesondere im Metalldruckguss aufgrund der geringen Duktilität die Gefahr von Kerbbildung besteht, die zu einem frühzeitigen Bauteilriss oder -bruch führen kann. Nietverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nietelement (7) mit Bezug auf eine Nietelement-Längsachse (L) rotationssymmetrisch ausgebildet ist, und/oder dass das Nietelement (7) einen ausgeweiteten Nietkopf (9) aufweist, der in Achsrichtung in den Nietschaft (13) übergeht, der an der Schaftspitze mit der bevorzugt ringförmig um laufenden Schneidkante (15) abschließt und/oder eine an der Nietschaftspitze offene Innenwölbung (14) begrenzt. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Setzprozess ein fußseitiger Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (13) entgegen der Setzrichtung (S) umschlägt, so dass insbesondere ein radial innerer kopfseitiger Schaftabschnitt (49) an einer nietkopffernen Umschlagkante (51 ) in den in Richtung Nietkopf (9) ragenden radial äußeren fußseitigen Schaftabschnitt (43) übergeht, der den kopfseitigen Schaftabschnitt (49) tellerförmig umzieht, und dass insbesondere lediglich der umgeschlagene fußseitige Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (13) mit seiner Schneidkante (15) an derVorloch-Umfangswand (39) in das Material des ersten Fügepartners (1 ) eindringt, während bevorzugt der kopfseitige Schaftabschnitt (49) und/oder die Umschlagkante (51 ) ohne Materialeingriff mit dem Material des ersten Fügepartners (1 ) verbleiben. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorloch (5) des ersten Fügepartners (1 ) eine Aktivierungskontur (31 ) ausgebildet ist, die im Setzprozess ein Umschlagen des Nietelements (7) vom unverformten Zustand in den Spreizzustand steuert. Nietverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungskontur (31 ) einen vom Vorloch-Boden des ersten Fügepartners (1 ) vorragenden Spreizkegel (33) aufweist, und dass insbesondere die Aktivierungskontur (31 ) eine im Vorloch-Boden ausgebildete Ringkehle (35) aufweist, die den Spreizkegel (33) an seinem Kegelfuß umzieht, und dass insbesondere die Ringkehle (35) radial nach außen an einem insbesondere gerundeten Inneneckbereich (37) in die Vorloch-Umfangswand (39) übergeht.
7. Nietverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Setzprozesses das Nietelement (7) mit seiner Schneidkante (15) auf der Kegelmantelfläche des Spreizkegels (33) sitzt und anschließend entlang der Kegelmantelfläche in Richtung Ringkehle (35) gleitet, so dass sich der fußseitige Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (13) unter Matenalverdünnung vorspreizt, und dass insbesondere im weiteren Verlauf des Setzprozesses der materialverdünnte fußseitige Schaftabschnitt (43) des Nietschafts (11 ) vom Spreizkegel (33) in die Ringkehle (35) führbar ist, so dass durch Einwirken der Setzkraft (F) das Nietelement (7) in den Spreizzustand umschlägt, in dem die fußseitige Schneidkante (15) des Nietelements (7) an der Vorloch- Umfangswand (39) in das Material des ersten Fügepartners (1 ) eingetrieben ist.
8. Nietverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im unverformten Zustand des Nietelements (7) am Nietschaft (13) zwei Schneidflanken (45, 47) unter Bildung der Schneidkante (15) zusammenlaufen, und dass eine der Schneidkanten (45) mit einer zur Nietelement-Längsachse (L) rechtwinkligen Ebene einen Schneidenwinkel (ß) aufspannt, und dass der Schneidenwinkel (a) einem Kegelwinkel (y) entspricht, der zwischen der Kegelmantelfläche und der rechtwinkligen Ebene aufgespannt ist.
9. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorloch-Umfangswand (39) an einem Vorloch- Öffnungsrand (41 ) in eine Oberfläche des Fügepartners (1 ) übergeht, und dass insbesondere die Vorloch-Umfangswand (39) sich vom Vorloch- Inneneckbereich (37) bis in Richtung Vorloch-Öffnungsrand (41 ) konisch ausweitet oder zwischen dem Vorloch-Inneneckbereich (37) und dem Vorloch- Öffnungsrand (41 ) zylinderförmig verläuft.
10. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorloch-Durchmesser (dv) größer bemessen ist als der Nietschaft-Außendurchmesser (dA), so dass das Nietelement (1 ) mit Lochspiel in dem Bauteil-Vorloch (5) vorpositionierbar ist.
11. Nietverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Aktivierungskontur (31 ) das Vorloch (5) des ersten Fügepartners (1 ) einen durchmessergroßen Einführabschnitt (21 ) aufweist, der an einer um laufenden Ringschulter (23) stufenartig in eine durchmesserkleine Vorloch- Senkung (25) übergeht, und dass insbesondere die Schneidkante (15) des noch unverformten Nietelements (7) auf einem Durchmesser (di) liegt, der größer als der Innendurchmesser (d2) der Ringschulter (23) ist, so dass in Vorbereitung auf den Setzprozess das Nietelement (7) mit seiner Schneidkante (15) auf der Ringschulter (23) des Bauteil-Vorloches (5) positionierbar ist.
12. Nietverbindung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Setzhub das Nietelement (7) bis zu einem Totpunkt (T) in das Bauteil-Vorloch (5) eintreibbar ist, und dass im Totpunkt (T) das Nietelement (1 ) mit seiner Schneidkante (15) bis Erreichen eines maximalen Durchmessers (dmax) nach radial außen aufgeweitet ist, und dass der Setzhub mit einem Übertotpunkt- Hubweg (s) verlängert ist, mit dem der Nietschaft (13) in die Vorloch-Senkung (25) eintreibbar ist, so dass eine Überspreizung des fußseitigen Schaftabschnittes (43) erfolgt, bei der dieser in den Spreizzustand umschlägt.
13. Nietverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fügepartner (1 , 2, 3) im Setzprozess miteinander verbindbar sind, bei dem das Nietelement (7) mit seinem Nietschaft (13) in Setzrichtung durch den setzseitigen Fügepartner (2, 3) bis in den von der Setzseite abgewandten Fügepartner (1 ) eintreibbar ist, so dass insbesondere die beiden Fügepartner (1 , 2, 3), in Setzrichtung betrachtet, unter Druckspannung zwischen einem Nietkopf (9) und einer Schaftspitze des Nietelements (7) geklemmt sind.
14. Nietverbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fügepartner (2, 3) ein Durchgangsvorloch (17) aufweist, durch das das Nietelement (7) in den ersten Fügepartner (1 ) eintreibbar ist, so dass im zweiten Fügepartner (2, 3) ein Schubspannungsaufbau quer zur Setzrichtung (S) reduziert ist oder wegfällt.
15. Nietverbindung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der setzseitige erste Fügepartner (1 ) ein Metalldruckgussbauteil ist und der zweite Fügepartner (2, 3) ein Kunststoffbauteil ist, wobei diese Fügepartner- Kombination, insbesondere im Vergleich zu einer Kombination aus Metallblechteilen, anfällig gegen quer zur Setzrichtung ausgerichtete Schubspannungen ist.
16. Nietverbindung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Nietschaft (13) mit Lochspiel (Ax) durch das Durchgangsvorloch (17) des zweiten Fügepartners (2, 3) geführt ist, wodurch unter zumindest teilweisem Aufbrauch des Lochspiels (Ax) Fertigungs- und/oder Bauteiltoleranzen ausgleichbar sind, ohne dass sich eine Schubspannung quer zur Setzrichtung (S) im zweiten Fügepartner (2, 3) aufbaut, und/oder Schubspannungen hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der Fügepartner (1 , 2, 3) abbaubar sind.
17. Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Setzprozess das Nietelement (7) mit seinem Nietschaft (13) in Setzrichtung in den ersten Fügepartner (1 ) eintreibbar ist, und dass der zweite Fügepartner (2, 3) unabhängig vom Setzprozess in einem weiteren Montageprozess am Nietelement (7) befestigbar ist, insbesondere in einer Clip- , Schraub- oder Rastverbindung.
18. Nietverbindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorloch-Durchmesser (dv) am Vorloch-Öffnungsrand (41 ) des sacklochartigen Vorloches (5) kleiner bemessen ist als ein Kopfdurchmesser (dx) des Nietkopfes (9), so dass nach erfolgtem Setzprozess die Nietkopf-Unterseite in Anlage mit dem Öffnungsrandbereich des Bauteil-Vorloches (5) ist. Nietverbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass an der Nietkopf-Oberseite ein Funktionsabschnitt zur Anbindung des zweiten Fügepartners (2), insbesondere ein Gewindebolzen (53), ausgebildet ist, dass insbesondere im Zusammenbauzustand der Gewindebolzen (53) durch ein Durchgangsloch (55) des zweiten Fügepartners (2) geführt ist, und dass insbesondere auf der, aus dem Durchgangsloch (55) des zweiten Fügepartners (2) ragenden Gewindebolzenspitze ein Clip-, Rast- oder Schraubelement (57) befestigt ist, so dass der zweite Fügepartner (2) zwischen dem Clip-, Rast- oder Schraubelement (57) und dem Nietkopf (9) verspannbar ist. Nietverbindung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Nietelement (7) eine Verdrehsicherung aufweist, die das Nietelement (7) beim Aufdrehen/Aufschrauben des Clip-, Rast- oder Schraubelements (57) auf die Bolzenspitze drehfest im ersten Fügepartner (1 ) hält, und dass insbesondere die Verdrehsicherung als Formschlusskontur (59) an der Innenwölbung (143) des Nietelements (7) zum Beispiel als Mehrkantprofil oder als Verzahnungsprofil ausgebildet ist, oder dass insbesondere zur Ausbildung der Verdrehsicherung die Schneidkante (15) nicht durchgängig in einer Nietelement-Querebene verläuft, sondern vielmehr aus axial zurückgesetzten Schneidkantensegmenten (61 ) sowie axial vorragenden Schneidkantensegmenten (63) ausgebildet ist, und/oder dass zur Ausbildung der Verdrehsicherung an der Unterseite des Nietkopfes (9) Verdrehschutznoppen (64) ausgebildet sind. Nietverbindung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Nietkopf-Oberseite ausgebildete Funktionsabschnitt ein Schweißbolzen (54) ist, dass im Zusammenbauzustand der Schweißbolzen (54) durch ein Durchgangsloch (55) des zweiten Fügepartners (2) geführt ist, und dass auf der, aus dem Durchgangsloch (55) des zweiten Fügepartners (2) ragenden Schweißbolzenspitze ein dritter Fügepartner (3) oder eine Schweißkappe (56) mittels Widerstandspunktschweißen aufschweißbar ist, so dass der zweite Fügepartner (2) zwischen dem dritten Fügepartner (3) oder der Schweißkappe (56) und dem Nietkopf (9) verspannbar ist.
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