DE20319610U1

DE20319610U1 - Stanzniet für hochfeste Bleche

Info

Publication number: DE20319610U1
Application number: DE20319610U
Authority: DE
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2013-12-18

Abstract

Stanzniet für hochfeste Bleche einer Zugfestigkeit von mehr als 600 MPa, mit einem Kopf (2) und einem Hohlschaft (4), der eine zylindrische Außenfläche (6) und eine konische oder zylindrische Innenfläche (8) hat und an seinem stirnseitigen freien Ende mit einer ringförmigen Nietschneide (10) versehen ist, die, radial gesehen, zwischen der Außen- und Innenfläche (6, 8) des Hohlschaftes liegt, wobei der Hohlschaft (4) eine Querschnittsfläche hat, die eine normierte Flächenpressung, bezogen auf 1N, von weniger als 0,07 N/mm², vorzugsweise 0,063 N/mm² ergibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stanzniet für hochfeste Bleche sowie eine Nietverbindung mit einem derartigen Stanzniet.
Das Stanznieten zum Fügen von zwei oder mehr Blechen erfreut sich zunehmender Beliebtheit, beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik. Als Halbhohlniet ausgebildete Stanzniete bestehen üblicherweise aus einem Kopf und einem Hohlschaft, der eine zylindrische Außenfläche und eine zylindrische Innenfläche hat.
Aus der EP 720 695 B1 ist ein Stanzniet bekannt, bei dem der Hohlschaft gerundet und ohne Bildung eines Hinterschnittes in das freie stirnseitige Ende des Nietkopfes übergeht, wobei der Grund des Innenraumes des Hohlschaftes ebenfalls gerundet ist. Aus der DE 200 01 103 U1 ist ein Stanzniet insbesondere für dünnere Bleche aus höherfesten Stählen für die Kraftfahrzeugtechnik bekannt, bei der der Übergang vom Außendurchmesser des Hohlschaftes in den Außendurchmesser des Nietkopfes in einer Anzahl von diskreten Abschnitten erfolgt. An dem vom Nietkopf abgewandten Ende des Hohlschaftes ist eine ringförmige Schneide vorgesehen, die, radial gesehen, zwischen der zylindrischen Innen- und Außenfläche des Hohlschaftes liegt.
Es hat sich gezeigt, dass beim Stanznieten hochfester Bleche Schwierigkeiten auftreten können. So sind herkömmliche Stanzniete häufig nicht in der Lage, die beim Stanznieten hochfester Bleche auftretenden hohen Fügekräfte aufzunehmen. Die Qualität der Fügeverbindung lässt daher häufig zu wünschen übrig. Im Extremfall kann es zu Rissen, Brüchen oder Aufstauchen sowohl beim Durchstanzen des oberen Bleches wie auch beim Aufspreizen des unteren Bleches kommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stanzniet zu schaffen, der auch beim Fügen hochfester Bleche eine optimale Qualität der Nietverbindung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch einen in Anspruch 1 definierten Stanzniet gelöst.
Erfindungsgemäß hat der Hohlschaft eine Querschnittsfläche, die eine normierte Flächenpressung, bezogen auf 1 N, von weniger als 0,07 N/mm², vorzugsweise 0,063 N/mm² ergibt. Zweckmäßigerweise hat der Werkstoff des Stanznietes eine Zugfestigkeit von mehr als 1800 N/mm² und eine Härte von mehr als 550 HV 10.
Aufgrund dieser Dimensionierung des Hohlschaftes und der bevorzugten Wahl des Werkstoffes ist der Stanzniet in der Lage, die beim Fügen hochfester Bleche erforderlichen Fügekräfte ohne Schädigung aufzunehmen.
Wichtig in diesem Zusammenhang ist die radiale Lage der ringförmigen Nietschneide. Liegt die ringförmige Nietschneide, radial gesehen, zu weit innen, so kann sich der Stanzniet nicht in der gewünschten Weise aufspreizen. Liegt die ringförmige Schneide zu weit außen, so kann es aufgrund eines zu großen radialen Versatzes zwischen dem mittleren Durchmesser des Hohlschaftes und der Einleitung der Fügekraft in die zu fügenden Werkstücke zu überhöhten Biegebeanspruchungen des Stanznietes kommen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die ringförmige Nietschneide gegenüber dem mittleren Durchmesser des Hohlschaftes geringfügig radial nach außen versetzt ist, um eine versatzarme Einleitung der Fügekraft in die zu nietenden Werkstücke beim Nietvorgang zu gewährleisten. Vorzugsweise ist der Durchmesser der ringförmigen Nietschneide um einen Betrag zwischen 0 und 6% des mittleren Durchmessers des Hohlschaftes größer als dieser mittlere Durchmesser. Hierdurch wird eine Ü-berlastung im Umfang des Nietfußes durch Dehnung aufgrund einer Aufspreizung des Hohlschaftes zum Nietfuß hin eingeschränkt, insbesondere beim Durchstanzen der ersten Lage der Fügeverbindung.
Stanzniete werden üblicherweise aus Drahtstücken durch Kaltumformen auf Mehrstufenpressen hergestellt. Herkömmlicherweise kann zumindest in der letzten Stufe des Umformvorganges das Material des Stanznietes entlang eines Pressstempels in axialer Richtung frei fließen. Dies führt dazu, dass die Geometrie des Nietfußes und insbesondere der ringförmigen Nietschneide nicht genau definiert ist, insbesondere nicht homogen ist und beispielsweise Fehlstellen aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die ringförmige Ringschneide durch Umformen mittels eines als Negativ der Nietschneide ausgebildeten Werkzeuges formgenau hergestellt ist. Es entsteht somit ein Nietfuß, der eine präzise, reproduzierbare, homogene Form hat, die abgesehen von unvermeidlichen Fertigungstoleranzen, für alle Niete die gleiche ist. Hierdurch werden beim Nietvorgang auftretende Spannungsspitzen am Stanzniet minimiert. Ferner lässt sich die Lage der ringförmigen Nietschneide mit hoher Genauigkeit festlegen, um die beabsichtigte versatzarme Einleitung der Fügekraft in die zu fügenden Werkstücke sicherzustellen.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Stanzniet ist besonders geeignet für eine Nietverbindung von hochfesten Blechen, deren Zugfestigkeit größer als 400 MPa ist. Die Erfindung umfasst daher auch derartige Nietverbindungen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Anhand der einzigen Figur, die einen Längsschnitt durch einen Stanzniet zeigt, wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Der in der Zeichnung dargestellte Stanzniet dient zum Fügen hochfester Bleche, die eine Zugfestigkeit von mehr als 400 MPa haben. Er besteht aus einem Kopf 2 und einem daran angeformten Hohlschaft 4.
Der Nietkopf 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Senkkopf ausgebildet, der durch Abrundungen in die Außen- und Innenfläche des Hohlschaftes 4 übergeht. Der Nietkopf 2 könnte jedoch auch eine andere Form haben und beispielsweise als Flachkopf oder Flachrundkopf ausgebildet sein.
Der Hohlschaft 4 hat eine zylindrische Außenfläche 6 und eine zylindrische Innenfläche 8, die aber auch anders, insbesondere konisch ausgebildet sein könnte. Wie bereits erwähnt, geht die zylindrische Außenfläche 6 durch eine Abrundung in den Nietkopf 2 über, und die zylindrische Innenfläche 8 geht jeweils durch eine Abrundung in die Unterseite des Nietkopfes 2 über.
Der Hohlschaft 4 ist an seinem vom Nietkopf 2 abgewandten freien Stirnende mit einer ringförmigen Nietschneide 10 versehen, die vorzugsweise spitz ist, aber auch abgerundet oder abgeflacht ausgebildet sein kann.
Der Durchmesser Di der zylindrischen Innenfläche 8 und der Durchmesser Da der zylindrischen Außenfläche 6 werden so gewählt, dass sich für die Querschnittsfläche des Hohlschaftes 4 eine normierte Flächenpressung, d. h. eine Flächenpressung bezogen auf 1 N, von weniger als 0,07 N/mm², vorzugsweise von weniger als 0,063 N/mm², ergibt. Ferner wird die radiale Lagre der ringförmigen Nietschneide 10 zwischen zylindrischer Außenfläche 6 und zylindrischer Innenfläche 8 so gewählt, dass der Durchmesser Ds der ringförmigen Ringschneide 10 nur geringfügig, vorzugsweise um 0 bis 6% des mittleren Durchmessers Dm größer als der mittlere Durchmesser Dm des Hohlschaftes 4 ist. Der mittlere Durchmesser Dm ist dabei definiert durch Dm = (Di + Da)/2.
Als Werkstoff für den Stanzniet wird eine Stahllegierung gewählt, die eine Zugfestigkeit von mehr als 1800 N/mm² und eine Härte von mehr als 550 HV 10 hat.
Die ringförmige Nietschneide 10 ist mit der zylindrischen Innenfläche 8 durch eine gerundete Übergangsfläche 12 verbunden, deren Krümmungsradius größer als 1,5 mm ist und beispielsweise in der Größenordnung von 2 mm liegt. Mit der zylindrischen Außenfläche 6 ist die ringförmige Nietschneide 10 durch eine ebene Fase 14 verbunden, die gegenüber der Achse des Stanznietes geneigt ist.
Wie bereits eingangs erläutert, wird durch die angegebene normierte Flächenpressung von insbesondere weniger als 0,063 N/mm² des Hohlschaftes 4 und die angegebene Zugfestigkeit des Werkstoffes von mehr als 1800 N/mm² erreicht, dass der Stanzniet beim Fügevorgang die zum Fügen hochfester Bleche notwenigen Kräfte ohne Schädigung aufnehmen kann. Wichtig in diesem Zusammenhang ist die radiale Lage der Ringschneide 10, durch die ein nur ge ringfügiger radialer Versatz der in die Werkstücke eingeleiteten Fügekraft gegenüber dem mittleren Durchmesser des Hohlschaftes 4 erreicht wird. Hierdurch wird einerseits ein zufriedenstellendes Aufspreizen des Hohlschaftes 4 sichergestellt und andererseits eine Überlastung des Nietfußes durch Dehnung beim Aufspreizen des Nietschaftes zum Nietfuß hin vermieden.
Durch die Abrundung der Übergangsfläche 12 zwischen der ringförmigen Nietschneide 10 und der zylindrischen Innenfläche 8 wird erreicht, dass beim Nietvorgang der Anstellwinkel zwischen der Übergangsfläche 12 und der anliegenden Werkstückfläche beim Aufspreizen des Hohlschaftes 4 immer gleich bleibt, was eine optimale Kraftübertragung zwischen Stanzniet und Werkstück sicherstellt.
Die Länge des Stanzniets kann übliche Werte wie z. B. 5 mm oder 8 mm oder auch hiervon abweichende Werte haben.
Der Stanzniet wird aus einem Drahtstück durch Kaltumformen auf Mehrstufenpressen hergestellt (nicht gezeigt). Hierbei wird zweckmäßigerweise ein Werkzeug (nicht gezeigt) verwendet, das als Negativ der Nietschneide 10 ausgebildet ist. Dies erlaubt eine werkzeugdefinierte Umformung des Nietfußes und insbesondere der Nietschneide 10, so dass die Nietschneide 10 eine präzise, reproduzierbare, homogene Form ohne Fehlstellen erhält. Beim Nietvorgang auftretende Spannungsspitzen am Stanzniet werden hierdurch minimiert. Ferner lässt sich hierdurch die Lage der ringförmigen Nietschneide mit hoher Genauigkeit festlegen.

Claims

Stanzniet für hochfeste Bleche einer Zugfestigkeit von mehr als 600 MPa, mit einem Kopf (2) und einem Hohlschaft (4), der eine zylindrische Außenfläche (6) und eine konische oder zylindrische Innenfläche (8) hat und an seinem stirnseitigen freien Ende mit einer ringförmigen Nietschneide (10) versehen ist, die, radial gesehen, zwischen der Außen- und Innenfläche (6, 8) des Hohlschaftes liegt, wobei der Hohlschaft (4) eine Querschnittsfläche hat, die eine normierte Flächenpressung, bezogen auf 1N, von weniger als 0,07 N/mm², vorzugsweise 0,063 N/mm² ergibt.
Stanzniet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Stanznietes eine Zugfestigkeit von mehr als 1800 N/mm² und eine Härte von mehr als 550 HV 10 hat.
Stanzniet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, der Durchmesser (Ds) der ringförmigen Nietschneide (10) geringfügig größer als der mittlere Durchmesser (Dm) des Hohlschaftes (4) ist, um beim Nietvorgang eine versatzarme Einleitung der Fügekraft in die zu fügenden Werkstücke zu gewährleisten.
Stanzniet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (Ds) der ringförmigen Nietschneide (10) um zwischen 0 und 6 % des mittleren Durchmessers (Dm) größer als der mittlere Durchmesser (Dm) ist.
Stanzniet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Nietschneide (10) spitz oder rund oder abgeflacht ausgebildet ist.
Stanzniet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Nietschneide (10) mit der zylindrischen Innenfläche (8) des Hohlschaftes (4) durch eine abgerundete Übergangsfläche (12) verbunden ist.
Stanzniet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abgerundete Übergangsfläche (12) einen Krümmungsradius von mindestens 1,5 mm hat.
Stanzniet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Nietschneide (10) mit der zylindrischen Außenfläche (6) durch eine schräg verlaufende ebene Fase (14) verbunden ist.
Stanzniet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Nietschneide (10) durch Umformen mittels eines als Negativ der Nietschneide ausgebildeten Werkzeuges formgenau hergestellt ist.
Nietverbindung zwischen einem Stanzniet nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens zwei Blechen einer Zugfestigkeit von mehr als 600 MPa.