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