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DE20319610U1 - Rivet for high tensile steel sheet has hollow shaft with cylindrical outer surface and cylindrical or conical inner surface between which is annular cutting edge - Google Patents

Rivet for high tensile steel sheet has hollow shaft with cylindrical outer surface and cylindrical or conical inner surface between which is annular cutting edge Download PDF

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    • F16B19/00—Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
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Abstract

The rivet for steel sheet of tensile strength above 600 MPa has a hollow shaft (4) with a cylindrical outer surface (6) and a cylindrical or conical inner surface (8), between which is an annular cutting edge (10). The shaft has a cross-section which produces a normalized pressure below 0.07, especially 0,063 N/mm2>.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stanzniet für hochfeste Bleche sowie eine Nietverbindung mit einem derartigen Stanzniet.The present invention relates to a punch rivet for high-strength sheets and a rivet connection with such Rivet.

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.The punch riveting for joining two or more sheets are becoming increasingly popular, for example in automotive engineering. Punch rivets designed as semi-tubular rivets usually exist from a head and a hollow shaft, which has a cylindrical outer surface and a cylindrical inner surface Has.

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.From the EP 720 695 B1 A punch rivet is known in which the hollow shaft is rounded and merges into the free end of the rivet head without forming an undercut, the bottom of the interior of the hollow shaft also being rounded. From the DE 200 01 103 U1 A punch rivet is known in particular for thinner sheets of high-strength steels for automotive engineering, in which the transition from the outer diameter of the hollow shaft to the outer diameter of the rivet head takes place in a number of discrete sections. At the end of the hollow shaft facing away from the rivet head, an annular cutting edge is provided which, seen radially, lies between the cylindrical inner and outer surface of the hollow shaft.

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.It has been shown that punch riveting is stronger Sheet metal difficulties can occur. So are conventional Punch rivets often unable to handle the high-strength sheet metal when punch riveting absorb high joining forces. The quality of the Retaining compound therefore leaves frequently to be desired. in the In extreme cases, there may be cracks, breaks or upsetting both when punching through the top sheet like also come when spreading the lower sheet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stanzniet zu schaffen, der auch beim Fügen hochfester Bleche eine optimale Qualität der Nietverbindung gewährleistet.The present invention lies based on the task of creating a punch rivet that can also be used for Add high strength Sheets of optimal quality Rivet connection guaranteed.

Diese Aufgabe wird durch einen in Anspruch 1 definierten Stanzniet gelöst.This task is carried out by an in Claim 1 defined punch rivet solved.

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.According to the invention, the hollow shaft has a cross-sectional area that a standardized surface pressure, based on 1 N, less than 0.07 N / mm², preferably 0.063 N / mm². Conveniently, the material of the punch rivet has a tensile strength of more than 1800 N / mm² and a hardship of more than 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.Because of this dimensioning of the The punch rivet is the hollow shaft and the preferred choice of material able to when joining high-strength sheet metal required to absorb joining forces without damage.

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.It is important in this context the radial position of the annular Nietschneide. The ring lies Rivet cutter, seen radially, too far inside, so the punch rivet can not in the one you want Spread wise. If the ring-shaped cutting edge is too far out, so it may be too big because of one radial offset between the average diameter of the hollow shaft and the initiation of joining force into those to be joined workpieces to excessive bending stress of the punch rivet.

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.In a further embodiment of the invention it is therefore provided that the ring-shaped rivet cutter opposite the average diameter of the hollow shaft slightly offset radially outwards is a low-offset introduction of the joining force into the riveted workpieces to ensure during the riveting process. The diameter of the ring-shaped rivet cutter is preferably one Amount between 0 and 6% of the average diameter of the hollow shaft larger than this average diameter. This will overload the scope of the rivet foot restricted by stretching due to an expansion of the hollow shaft towards the rivet base, in particular when punching through the first layer of the joint.

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.Punch rivets are commonly used from pieces of wire produced by cold forming on multi-stage presses. traditionally, can at least in the last stage of the forming process the material of the Punch rivets along a press ram free in the axial direction flow. this leads to to the fact that the geometry of the rivet foot and in particular the ring-shaped rivet cutter is not is precisely defined, in particular is not homogeneous and, for example, imperfections having.

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.In a further embodiment of the invention it is therefore provided that the ring-shaped ring cutting edge by forming by means of a tool designed as a negative of the rivet cutter is manufactured to the exact shape. This creates a rivet foot that has a precise, reproducible, has a homogeneous shape that, apart from inevitable manufacturing tolerances, for all Rivets is the same. This will result in the riveting process Stress peaks on the punch rivet minimized. Furthermore, the location of the annular Set rivet cutter with high accuracy to the intended Low-offset introduction of the joining force into those to be joined workpieces sure.

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.The punch rivet designed according to the invention is particularly suitable for a riveted joint of high-strength sheets, their tensile strength larger than Is 400 MPa. The invention therefore also includes such riveted joints.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantageous configurations the invention emerge from the subclaims.

Anhand der einzigen Figur, die einen Längsschnitt durch einen Stanzniet zeigt, wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.Based on the single figure, the one longitudinal section through a punch rivet is a preferred embodiment the invention closer explained.

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.The punch rivet shown in the drawing is used to join high-strength sheets that have a tensile strength of more than 400 MPa. It consists of a head 2 and a hollow molded onto it shaft 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.The rivet head 2 is formed in the illustrated embodiment as a countersunk head, which is rounded off in the outer and inner surface of the hollow shaft 4 transforms. The rivet head 2 could, however, also have a different shape and be designed, for example, as a flat head or flat round head.

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.The hollow shaft 4 has a cylindrical outer surface 6 and a cylindrical inner surface 8th which could also be different, in particular conical. As already mentioned, the cylindrical outer surface goes 6 due to a rounding in the rivet head 2 over, and the cylindrical inner surface 8th goes through a rounding in the bottom of the rivet head 2 about.

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.The hollow shaft 4 is on his rivet head 2 facing free end with an annular rivet cutter 10 provided, which is preferably pointed, but can also be rounded or flattened.

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.The diameter Di of the cylindrical inner surface 8th and the diameter Da of the cylindrical outer surface 6 are chosen so that the cross-sectional area of the hollow shaft 4 a normalized surface pressure, ie a surface pressure based on 1 N, of less than 0.07 N / mm², preferably less than 0.063 N / mm². Furthermore, the radial Lagre of the ring-shaped rivet cutter 10 between the cylindrical outer surface 6 and cylindrical inner surface 8th chosen so that the diameter Ds of the annular cutting edge 10 only slightly, preferably by 0 to 6% of the mean diameter Dm larger than the mean diameter Dm of the hollow shaft 4 is. The mean diameter Dm is defined by 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.A steel alloy is used as the material for the punch rivet selected which have a tensile strength of more than 1800 N / mm² and a hardness of more than 550 HV 10 Has.

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.The ring-shaped rivet cutter 10 is with the cylindrical inner surface 8th through a rounded transition surface 12 connected, whose radius of curvature is greater than 1.5 mm and is, for example, on the order of 2 mm. With the cylindrical outer surface 6 is the ring-shaped rivet cutter 10 through a flat bevel 14 connected, which is inclined to the axis of the punch rivet.

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.As already explained at the beginning, the specified standardized surface pressure of in particular less than 0.063 N / mm² of the hollow shaft 4 and the specified tensile strength of the material of more than 1800 N / mm² achieves that the punch rivet can absorb the forces required for joining high-strength sheets without damage during the joining process. The radial position of the cutting edge is important in this context 10 , by which only a slight radial offset of the joining force introduced into the workpieces with respect to the average diameter of the hollow shaft 4 is achieved. On the one hand, this results in a satisfactory expansion of the hollow shaft 4 ensured and, on the other hand, an overload of the rivet foot due to expansion when spreading the rivet shaft toward the rivet foot avoided.

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.By rounding off the transition area 12 between the ring-shaped rivet cutter 10 and the cylindrical inner surface 8th is achieved that the angle of attack between the transition surface during the riveting process 12 and the adjacent workpiece surface when spreading the hollow shaft 4 always remains the same, which ensures optimal power transmission between the punch rivet and the workpiece.

Die Länge des Stanzniets kann übliche Werte wie z. B. 5 mm oder 8 mm oder auch hiervon abweichende Werte haben.The length of the punch rivet can be normal values such as B. 5 mm or 8 mm or have different values.

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.The punch rivet is made from a piece of wire by cold forming on multi-stage presses (not shown). Here, a tool (not shown) is expediently used as the negative of the rivet cutter 10 is trained. This allows the rivet foot, and in particular the rivet cutter, to be shaped in a tool-defined manner 10 so the rivet cutter 10 receives a precise, reproducible, homogeneous shape with no imperfections. This minimizes stress peaks on the punch rivet during the riveting process. Furthermore, the position of the ring-shaped rivet cutter can be determined with high accuracy.

Claims (10)

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.Self-piercing rivet for high-strength sheets with a tensile strength of more than 600 MPa, with one head ( 2 ) and a hollow shaft ( 4 ), which has a cylindrical outer surface ( 6 ) and a conical or cylindrical inner surface ( 8th ) and at its free end with an annular rivet cutter ( 10 ), which, seen radially, between the outer and inner surface ( 6 . 8th ) of the hollow shaft, the hollow shaft ( 4 ) has a cross-sectional area which gives a normalized surface pressure, based on 1N, of less than 0.07 N / mm², preferably 0.063 N / mm². 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.Punch rivet according to claim 1, characterized in that that the material of the punch rivet has a tensile strength of more than 1800 N / mm² and a hardship of more than 550 HV 10. 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.Punch rivet according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter (Ds) of the annular rivet cutter ( 10 ) slightly larger than the average diameter (Dm) of the hollow shaft ( 4 ) is to ensure a low-displacement introduction of the joining force into the workpieces to be joined during the riveting process. 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.Punch rivet according to claim 3, characterized in that the diameter (Ds) of the ring-shaped to rivet cutter ( 10 ) is between 0 and 6% of the mean diameter (Dm) larger than the mean diameter (Dm). Stanzniet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Nietschneide (10) spitz oder rund oder abgeflacht ausgebildet ist.Punch rivet according to one of the preceding claims, characterized in that the annular rivet cutter ( 10 ) is pointed or round or flattened. 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.Punch rivet according to one of the preceding claims, characterized in that the annular rivet cutter ( 10 ) with the cylindrical inner surface ( 8th ) of the hollow shaft ( 4 ) with a rounded transition surface ( 12 ) connected is. Stanzniet nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abgerundete Übergangsfläche (12) einen Krümmungsradius von mindestens 1,5 mm hat.Punch rivet according to claim 6, characterized in that the rounded transition surface ( 12 ) has a radius of curvature of at least 1.5 mm. 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.Punch rivet according to one of the preceding claims, characterized in that the annular rivet cutter ( 10 ) with the cylindrical outer surface ( 6 ) due to a sloping flat bevel ( 14 ) connected is. 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.Punch rivet according to one of the preceding claims, characterized in that the annular rivet cutter ( 10 ) is manufactured to the exact shape by reshaping using a tool designed as a negative of the rivet cutter. Nietverbindung zwischen einem Stanzniet nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens zwei Blechen einer Zugfestigkeit von mehr als 600 MPa.Rivet connection between a punch rivet after a of the preceding claims and at least two sheets of tensile strength greater than 600 MPa.
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