Halbhohlstanzniet für das vorlochfreie Fügen eines FVK-Bauteiis

mit einem Metallbauteil

Die Erfindung betrifft einen Halbhohlstanzniet für das vorlochfreie Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil, gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Beim vorlochfreien Fügen mittels Halbhohlstanzniet werden die dauerhaft zu verbindenden Bauteile an der Fügestelle zwischen einem Einpressstempel und einer Matrize positioniert. Stempel und Matrize sind insbesondere korrespondierende Komponenten eines so genannten Setzgeräts. Anschließend wird der Halbhohlstanzniet mit Hilfe des Stempels durch das stempelseitige Bauteil gedrückt, wobei in das stempel- seitige Bauteil ein Durchgangsloch eingestanzt wird. Während der weiteren Drückbewegung wird der Nietschaft des Halbhohlstanzniets in das matrizenseitige Bauteil eingepresst und dort plastisch verformt. Der während des Stanzvorgangs aus dem stempelseitigen Bauteil herausgetrennte Stanzbutzen verbleibt im Inneren des Niet- schafts. Zum Stand der Technik wird auf die DE 196 48 231 A1 , DE 199 09 821 A1 , DE 10 2005 020416 B4 und DE 10 2006 028 537 B3 hingewiesen.

In der nächstliegenden DE 10 2009 050 342 B4 ist ein Halbhohlstanzniet beschrieben, der sich insbesondere dazu eignet, stempelseitig höherfeste bis ultrahochfeste Stähle mit matrizenseitig Aluminium oder fließfähigen Werkstoffen zu verbinden.

Vor dem Hintergrund zunehmender Mischbauverbindungen, insbesondere im Automobilbau, ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Halbhohlstanzniet anzugeben, der für das Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils (stempelseitig) mit einem Metallbauteil (matrizenseitigen) optimiert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder des Anspruchs 2. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets er- geben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus der nachfolgenden Beschreibung.

Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet weist auf:

- einen hohlen Nietschaft, insbesondere mit einer Innenausnehmung bzw. Innenbohrung;

- einen am Nietschaft ausgebildeten und als Stanzschneide dienenden Nietfuß; und

- einen, gegenüberliegend vom Nietfuß, am Nietschaft angeformten und in radialer Richtung überstehenden Nietkopf, der insbesondere mit einer unterseitigen Nietkopfschräge oder Nietkopfverrundung ausgebildet ist.

Gemäß Anspruch 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der hohle Nietschaft eine Innenausnehmung aufweist, die sich in Längsrichtung vom Nietfuß bis in den Nietkopf hinein erstreckt. Der Nietkopf und der Nietschaft sind insbesondere durch einen unterkopfseitigen Absatz zueinander abgegrenzt, wie nachfolgend noch näher erläutert.

Auf diese Weise wird eine sehr großvolumige Innenausnehmung geschaffen, die sowohl den aus dem stempelseitigen FVK-Bauteil ausgestanzten Stanzbutzen als auch die anfallenden Schneidspäne aufnehmen kann, trotz der beim Schneiden bzw. Stanzen auftretenden Volumenzunahme (durch Spanbildung und Zerbröselung). Ein durch Innendruck herbeigeführtes Ausbeulen des Nietschafts, insbesondere im kopfnahen Bereich bzw. Abschnitt, kann dadurch äußerst wirkungsvoll unterbunden werden.

Bevorzugter Weise ist der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet, oder zumindest dessen Nietschaft, aus einem Stahlmaterial gebildet, das, insbesondere neben einer hohen Materialfestigkeit (wie nachfolgend noch näher erläutert), eine hohe Härte aufweist, die vorzugsweise wenigstens 550 HV und insbesondere mehr als 550 HV beträgt. Dadurch ist der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet trotz seiner langen bzw. tiefen Innenausnehmung steif und verformungsresistent und kann somit problemlos mit einem Setzgerät gesetzt werden. Gemäß dem nebengeordneten Anspruch 2 ist, unabhängig von den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere in Kombination mit den (vorausgehend erläuterten) Merkmalen des Anspruchs 1 , vorgesehen, dass der hohle Nietschaft in zwei axiale Abschnitte unterteilt ist, und

- einen ersten axialen Abschnitt, an dem der Nietfuß ausgebildet ist und der sich hohlzylindrisch und mit konstanter (umlaufender) Wandstärke vom Nietfuß (in Richtung des Nietkopfs) wegerstreckt, und

- einen zweiten axialen Abschnitt, der sich zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem Nietkopf erstreckt und dessen Außenumfangsfläche und Innenumfangsflä- che derart ausgebildet ist, dass die (umlaufende) Wandstärke (des Nietschafts) in Richtung des Nietkopfs sowohl nach radial innen als auch nach radial außen stetig (im Sinne von sprungfrei bzw. kantenfrei) zunimmt,

aufweist.

Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet ist für das vorlochfreie Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil zur Herstellung eines Verbundbauteils bzw. Mischbauteilverbunds optimiert. Der kopfabgewandte, sich an den Nietfuß anschließende erste Nietschaftabschnitt weist parallele bzw. konzentrische Umfangs- flächen auf, was ein gutes Durchstanzen des stempelseitigen FVK-Bauteils mit geringen Schneid- bzw. Stanzkräften ermöglicht, wobei der herausgetrennte Stanzbut- zen optimal in die Innenausnehmung im hohlen Nietschaft eingedrückt werden kann. Die zunehmende Wandstärke im zweiten kopfnahen axialen Abschnitt verhindert beim Stanzen und insbesondere Einpressen in das matrizenseitige Metallbauteil ein Stauchen, Ausbeulen und/oder Ausknicken des Nietschafts innerhalb dieses zweiten axialen Abschnitts, so dass in vorteilhafter Weise auch hohe Setzkräfte (bzw. Stempel- oder Fügekräfte), bspw. bei einem festen oder hochfesten (matrizenseitigen) Metallbauteil, aufgebracht werden können. Im Längsschnitt betrachtet teilt sich die Wanddickenzunahme im zweiten Nietschaftabschnitts nach radial innen und nach radial außen auf, was gegenüber einer einseitigen Wanddickenzunahme diverse Vorteile mit sich bringt. Beim Stanzvorgang wird der zweite Nietschaftabschnitt mit ansteigendem Durchmesserübermaß in das zuvor vom ersten Nietschaftabschnitt erzeugte Durchgangsloch im stempelseitigen FVK-Bauteil eingepresst. Die sich hier- durch ergebende Spaltfreiheit zwischen dem stempelseitigen FVK-Bauteil und dem Halbhohlstanzniet verbessert die Abdichtung und die Lochleibung. Ferner werden offene Faserschnittenden eingezogen bzw. in axiale Richtung in das Durchgangsloch hinein gedrückt und sind danach nicht mehr sichtbar.

Die bevorzugt vorgesehene unterseitige Nietkopfschräge oder Nietkopfverrundung im Bereich des radialen Kopfüberstands (so genannte Senkkopfgeometrie) ist hinsichtlich des Setzvorgangs, bzw. Einpress- oder Einstanzvorgangs, (bspw. bei Kraftsteuerung), der erzielbaren Fügefestigkeit (durch erzielbare Vorspannung und dadurch verbesserte Lochleibung), insbesondere auch bei Dickenschwankungen des stempelseitigen FVK-Bauteils, und/oder der Haltbarkeit der erzeugten Fügeverbindung (bspw. infolge einer verbesserten Abdichtung durch sich einstellende Kopfspaltfreiheit) vorteilig.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich der erste axiale Abschnitt mit konstanter Wanddicke des Nietschafts in etwa über die Hälfte der gesamten axialen Länge des Halb- hohlstanzniets und/oder in etwa über 2/3 der axialen Länge des Nietschafts erstreckt.

Insbesondere ist vorgesehen, dass sowohl der innenseitige Übergang (an der Innen- umfangsfläche der Innenausnehmung) als auch der außenseitige Übergang (an der Außenumfangsfläche des Nietschafts) zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem zweiten axialen Abschnitt des Nietschafts knickfrei bzw. kantenfrei ausgebildet sind, was insbesondere durch eine Verrundung realisiert ist.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass sich der innenseitige Übergang und der außenseitige Übergang zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem zweiten axialen Abschnitt an der selben axialen Position des Nietschafts befinden. Alternativ kann auch ein axialer Versatz zwischen dem innenseitigen Übergang und dem außenseitige Übergang vorgesehen sein.

Die äußere Umfangsfläche bzw. die Außenumfangsfläche im zweiten axialen Abschnitt des Nietschafts kann eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung, bevorzugt mit einer schrägen und insbesondere mit einer in Längsrichtung gekrümmten Mantelfläche, aufweisen. Auch die innere Umfangfläche bzw. die Innenumfangsfläche im zweiten axialen Abschnitt des Nietschafts kann eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung, bevorzugt mit einer schrägen und insbesondere mit einer in Längsrichtung gekrümmten Mantelfläche, aufweisen. Der Kegelwinkel kann bevorzugt in einem Bereich von 20° bis 40° liegen und insbesondere in etwa 25° betragen.

Bevorzugt ist der Nietfuß ohne stirnseitige Schneidenfläche ausgebildet, sondern weist stattdessen eine umlaufende Schneidkante auf, die durch eine (radial) innere Anfasung und durch eine (radial) äußere Anfasung der kreisringförmigen Stirnfläche gebildet ist. In vorteilhafter Weise verursacht eine derart ausgebildete Stanzschneide aufgrund der optimierten Schneidkantengeometrie nur geringe Schädigungen an dem zu durchlochenden stempelseitigen FVK-Bauteil, wodurch beschädigungsbedingte Festigkeitsverluste minimiert werden. Ferner sind die sich ergebenden geringen Schneidkräfte hinsichtlich der zumeist niedrigen Druckfestigkeiten von FVK- Materialien vorteilhaft.

Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet kann aus einem Metallmaterial und vorzugsweise aus einem Stahlmaterial (bspw. Einsatzstahl) gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich um ein Umformteil und insbesondere um ein, bspw. durch Wärmebehandlung, vergütetes Umformteil. Die Materialfestigkeit kann zwischen 1200 MPa und 1800 MPa betragen und bspw. auch Werte von bis zu 2000 MPa und mehr erreichen. Die Härte des Stahlmaterials beträgt vorzugsweise wenigstens 550 HV und insbesondere mehr als 550 HV (Niethärtestufe H5 und höher). Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet ist in seiner geometrischen Gesamtheit insbesondere derart gestaltet, dass dieser in einfacher Weise stückfallend durch Umformung, bspw. eines Drahtrohlings, herstellbar ist. Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet kann, insbesondere im Bereich des Nietschafts, eine Beschichtung aufweisen.

Mit einem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe femer auf eine bevorzugte Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniets zum Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil. Bei dem FVK-Bauteil (FVK = faserverstärkter Kunststoff) handelt es sich vorzugsweise um ein CFK-Bauteil (CFK = kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) oder um eine GFK-Bauteil (GFK = glasfaserverstärkter Kunststoff), wobei es sich insbesondere um ein flächiges, blechartiges Bauteil handelt. Bei dem Metallbauteil handelt es sich insbesondere um ein Blechformteil, bspw. aus einem Aluminium- oder Stahlblechmaterial (auch höherfest und hochfest). Ebenso kann es sich auch um ein Profilteil oder Gussteil (gegebenenfalls auch mit spröden Materialeigenschaften) handeln. Der Fügevorgang zur Herstellung eines Verbundbauteils ist im Stand der Technik hinreichend beschrieben, wozu stellvertretend auf die eingangs genannten Patentschriften verwiesen wird. Die zu einem Verbundbauteil gefügten Einzelbauteile bzw. Werkstücke können ergänzend miteinander verklebt sein.

Ein mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet herzustellendes Verbundbauteil kann auch mehrere FVK-Bauteile und/oder Metallbauteile in beliebiger Schichtung bzw. in beliebiger Lagenanordnung aufweisen (mehrlagiges Verbundbauteil). Bei dem matrizenseitigen Bauteil handelt es sich aber bevorzugt um ein Metallbauteil.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Alle Maß- bzw. Größenangaben und die sich daraus ergebenden Maß- bzw. Größenverhältnisse sind, auch losgelöst von dem konkreten Ausführungsbeispiel, zugleich allgemeine Merkmale der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Halbhohlstanzniet in einer nicht maßstabsgetreuen Schnittdarstellung.

Der einstückige aus einem vergüteten Stahlmaterial gebildete Halbhohlstanzniet 100 weist einen Nietkopf 110 und einen daran angeformten Nietschaft 120 auf. Der Halbhohlstanzniet 100 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Längsachse bzw. Rotationsachse ist mit L bezeichnet. Die radialen Rächtungen erstrecken sich senkrecht hierzu. Der Nietkopf 110 ist als Flachrundkopf ausgebildet, kann aber bspw. auch nur als Flachkopf (d. h. ohne Außenverrundung) ausgebildet sein. In radialer Richtung überragt der Nietkopf 110 den Nietschaft 120. Der radiale Überstand beträgt bspw. 0,8 mm bis 1 ,2 mm und bevorzugt ca. 1 ,0 mm. Der Kopfaußendurchmesser beträgt bspw. 7,0 mm bis 9,0 mm und insbesondere ca. 8,0 mm. Der Nietkopf 110 weist eine unterseitige Nietkopfschräge oder Nietkopfverrundung 111 auf, die an einem mehr oder weniger stark verrundeten Absatz 130 knick- bzw. kantenfrei in den Nietschaft 120 übergeht. Der deutlich ausgeprägte Absatz 130 bildet einen ausgeprägten, abgesetzten Übergang zwischen dem Nietkopf 110 und dem Nietschaft 120. Die fiktive Trennebene E zwischen dem Nietkopf 110 und dem Nietschaft 120 verläuft durch den Absatz 130. Der Nietkopf 110 geht nicht über eine Verrundung mit gleich bleibendem bzw. konstantem Radius in den Nietschaft 110 über (wie bspw. in der DE 10 2009 050 342 B4 gezeigt). Der Nietkopf 110 ist somit nicht Teil des Nietschafts 120.

Die axiale Länge bzw. Höhe des Nietkopfs 110 beträgt bspw. 1 ,6 mm bis 2,0 mm und insbesondere ca. 1 ,8 mm. Die axiale Länge des Nietschafts 120 richtet sich nach der Dicke der zu fügenden Bauteile und liegt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bspw. bei ca. 5,0 mm bis 5,5 mm. Hiermit ergibt sich eine gesamte axiale Länge des Halbhohlstanzniets 100, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bspw. ca. 7,0 mm bis 7,5 mm beträgt. Die Kopfhöhe bzw. axiale Kopflänge des Nietkopfs 110 beträgt in etwa nur 20 % bis 30 % bzw. 1/4 (ein Viertel) bis 1/3 (ein Drittel) der gesamten axialen Länge des Halbhohlstanzniets 100.

An seinem vom Nietkopf 110 wegweisenden axialen Ende ist der Nietschaft 120 mit einem Nietfuß 140 ausgebildet, an dessen kreisringförmigen Stirnseite sich eine umlaufende Schneid- bzw. Stanzkante 141 befindet, die durch eine innere Anfasung 142 und durch eine kleinere äußere Anfasung 143 gebildet ist. Der Fasenwinkel beider Anfasungen 142 und 143 liegt bevorzugt in einem Bereich von 15° bis 50° (gegenüber der Längsachse L) und beträgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 45°. Der Nietfuß 140 weist nur eine einzelne Schneidkante 141 auf und ist schneidenflächenfrei. Der Nietschaft 120 ist hohl ausgebildet und weist eine in jedem Querschnitt zum Außenumfang konzentrische Innenausnehmung bzw. Innenbohrung 150 mit einer nietfußseitigen Öffnung 151 auf. Die Innenausnehmung 150 erstreckt sich in axialer Richtung bis in den Nietkopf 110 hinein und überragt somit (in axialer Richtung zum Nietkopf 110) den unterkopfseitigen Absatz 130 und die Trennebene E zwischen dem Nietkopf 110 und dem Nietschaft 120. Mit 152 ist eine nietkopfseitige, im Nietkopf 110 ausgebildete, Endverrundung der Innenausnehmung 150 bezeichnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der hohie Nietschaft 120 an einer fiktiven Trennebene T erkennbar in zwei axiale Abschnitte unterteilt ist und ausgehend vom Nietfuß 140 (in axialer Richtung zum Nietkopf 110) zunächst einen ersten hohlzylindrischen Abschnitt 121 mit einer konstanten Wandstärke w aufweist, dem sich ein zweiter kopfnaher Hohlabschnitt 122 anschließt, der in Richtung des Nietkopfs 110 eine nach radial innen und nach radial außen zunehmende Wandstärke w aufweist. Die axialen Längen der Nietschaftabschnitte 121 und 122 richten sich nach der Dicke der zu fügenden Bauteile. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die axiale Länge des ersten axialen Abschnitts 121 bspw. 3,0 mm bis 4,5 mm und insbesondere ca. 3,75 mm, wohingegen die axiale Länge des zweiten axialen Abschnitts 122 bspw. 1 ,5 mm bis 2,0 mm und insbesondere ca. 1 ,8 mm beträgt. Bevorzugt gilt allgemein, dass sich der erste axiale Abschnitt 121 des Nietschafts 120 in etwa über die Hälfte der gesamten axialen Länge des Halbhohlstanzniets 100 und/oder in etwa über 2/3 (zwei Drittel) der axialen Länge des Nietschafts 20 erstreckt.

Im ersten axialen Abschnitt 121 ist die umlaufende Nietschaftwandung 125 mit einer konstanten Wandstärke w ausgebildet. Die Innenumfangsfläche und die Außenum- fangsfläche sind über die gesamte axiale Länge des ersten axialen Abschnitts 121 mit gleichbleibenden Umfängen konzentrisch zueinander. Im ersten axialen Abschnitt 121 beträgt der Nietschaftaußendurchmesser bspw. 4,0 mm bis 5,0 mm und insbesondere ca. 4,5 mm, der Innenausnehmungsdurchmesser beträgt bspw. 3,0 mm bis 4,0 mm und insbesondere ca. 3,5 mm und die konstante Wandstärke bzw. Wanddicke w beträgt bspw. 0,8 mm bis 1 ,2 mm und insbesondere ca. 0,9 mm.

Im zweiten kopfnahen Hohlabschnitt 122 des Nietschafts 120 nimmt in Richtung des Nietkopfs 110 die Wandstärke w nach radial innen und nach radial außen zu, wozu sowohl die Außenumfangsfläche als auch die Innenumfangsfläche in diesem zweiten axialen Abschnitt 122 entsprechend ausgebildet bzw. ausgestaltet ist. Im zweiten axialen Abschnitt 122 des Nietschafts 120 weist die Außenumfangsfläche eine ke- gelstumpfförmige Ausgestaltung K1 mit einer in Längsrichtung gekrümmten Mantelfläche auf. Diese kegelstumpfförmige Ausgestaltung an der Außenumfangsfläche, wobei es sich eigentlich um eine hyperboloidstumpfförmige Ausgestaltung handelt, kann auch als Außenkegel bzw. Außenkegelstumpf bezeichnet werden. Auch die ausnehmungsseitige Innenumfangsfläche weist eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung K2 (mit einer geraden bzw. nicht gekrümmten Mantelfläche) auf. Diese kegelstumpfförmige Ausgestaltung an der Innenumfangsfläche kann auch als Innenkegel bzw. als Innenkegelstumpf bezeichnet werden.

Die Basis des Außenkegelstumpfs K1 befindet sich in der Trennebene E des unter- kopfseitigen Absatzes 130 zwischen dem Nietkopf 110 und dem Nietschaft 120. Ausgehend hiervon erstreckt sich der Außenkegelstumpf K1 bis zur fiktiven Teilungsebene T zwischen dem ersten axialen Abschnitt 121 und dem zweiten axialen Abschnitt 122 und/oder bis zur Ebene eines außenseitigen Übergangs. Die Basis des Innenkegelstumpfs K2 befindet sich in der Teilungsebene T zwischen dem ersten axialen Abschnitt 121 und dem zweiten axialen Abschnitt 122 und/oder in der Ebene eines innenseitigen Übergangs. Ausgehend hiervon erstreckt sich der Innenkegelstumpf K2 bis in den Nietkopf 110 hinein und überragt somit auch den Absatz 130 und die Basis des Außenkegelstumpfs K1. Dadurch ist der rechtsseitig mit X gekennzeichnete Bereich des Halbhohlstanzniets 100, trotz der aufgrund ihrer axialen Länge großvolumigen Innenausnehmung 150, sehr stabil bzw. steif und verformungsresis- tent.

Der Außenkegelstumpf K1 und der Innenkegelstumpf K2 weisen somit unterschiedliche axiale Längen und auch unterschiedliche Orientierungen auf, woraus in Richtung des Nietkopfs 110 die Zunahme der Wandstärke w nach radial innen und nach radial außen resultiert. Ausgehend von der Teilungsebene T bzw. den innen- und außenseitigen Übergangsstellen nehmen die Außenumfänge (und damit einhergehend die Außenquerschnitte) in Richtung des Nietkopfs 110 stetig (im Sinne von sprungfrei, kantenfrei und/oder knickfrei) zu, wohingegen die Innenumfänge (und damit einhergehend die Innenquerschnitte) stetig abnehmen.

Mit anderen Worten formuliert erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die äußere Zunahme der Wandstärke w im zweiten axialen Abschnitt 122 nach einer Radiusfunktion bzw. auf einem Radiusbogen B, wie sehr gut aus der gezeigten Schnittdarstellung ersichtlich. Der Radiusbogen B kann unterschiedliche Radien umfassen. Der an der äußeren Übergangsstelle bzw. in der Teilungsebene T knickfrei begin- nende Radiusbogen B geht am Absatz 130 knickfrei in die unterseitige Nietkopfschräge oder Nietkopfverrundung 111 über. Der Radiusbogen B bildet einen Außen- kegelstumpf bzw. Außenhyperboloidstumpf K1 , der sich von der Teilungsebene T bis zur Ebene E des Absatzes 130 erstreckt und, insbesondere durch Verrundung, knick- bzw. kantenfrei in die angrenzenden Abschnitte übergeht. Die innere Zunahme der Wandstärke w erfolgt entlang einer geraden und bezüglich der Längsachse L schrägverlaufenden Schräge S (die Schräge S ist in Richtung des Nietkopfs 110 radial einwärts geneigt), die an der inneren Übergangsstelle bzw. in der Teilungsebene T knickfrei beginnt und knickfrei in die nietkopfseitige Endverrundung 152 der Ausnehmung 150 übergeht. Die gerade Schräge S bildet einen Innenkegeistumpf K2, der sich von der Teilungsebene T bis zur nietkopf seifigen Endverrundung 152 erstreckt und, insbesondere durch Verrundung, knickfrei in die angrenzenden Abschnitte übergeht. Der Kegelwinkel a des Innenkegelstumpfs K2 liegt bspw. im Bereich von 20° bis 40° und beträgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 25°.

Die fiktive Trennebene T unterteilt auch die Innenausnehmung bzw. Innenbohrung 150 in zwei axiale Abschnitte, wobei die Innenausnehmung 150 im nietkopfnahen zweiten Abschnitt 122 geringere Durchmesser aufweist als im nietfußnahen bzw. schneidennahen ersten Abschnitt 121.

Abweichend zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch der Innenkegeistumpf K2 mit einem Radiusbogen bzw. einer Radiusfunktion ausgebildet sein und/oder der Außenkegelstumpf K1 kann ohne Radiusbogen B, sondern mit einer geraden Schräge (die Schräge S ist in diesem Fall in Richtung des Nietkopfs 110 radial auswärts geneigt) ausgebildet sein.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich der innenseitige Übergang (an der Innenumfangsfläche der Innenausnehmung 150) und der außenseitige Übergang (an der Außenumfangsfläche des Nietschafts 120) zwischen dem ersten axialen Abschnitt 121 und dem zweiten axialen Abschnitt 122 des Nietschafts 120 exakt in einer fiktiven Teilungsebene T und somit an der selben axialen Stelle. Alternativ können diese Übergänge in axialer Richtung auch versetzt, insbesondere geringfügig versetzt, ausgebildet sein. An dieser Stelle soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass sowohl der innenseitige Übergang als auch der außenseitige Übergang zwischen den axialen Abschnitten 121 und 122, sowie auch der außenseitige Übergang zwischen dem zweiten axialen Abschnitt 122 und dem Nietkopf 110 am unterkopfseitigen Absatz 130 und der innenseitige Übergang zwischen dem zweiten axialen Abschnitt 122 und der Bohrungsendverrundung 152 als ausgeprägte bzw. ausgeformte Übergänge ausgebildet, aber dennoch, insbesondere zur Verringerung der Kantenrissempfindlichkeit, knick- bzw. kantenfrei ausgestaltet sind. Abweichend hierzu kann der zweite axiale Abschnitt 122 kann auch ohne ausgeprägten Übergang in die Endverrundung 152 übergehen.

Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet 100 ist für den beabsichtigen Verwendungszweck, d. h. zum Fügen wenigstens eines FVK-Bauteils (stempelseitig) mit einem Metallbauteil (matrizenseitigen), optimiert. Die in Bezug auf das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel genannten Maßangaben und die sich daraus ergebenden Maßverhältnisse (einschließlich der ableitbaren Obergrenzen und Untergrenzen) sind, auch einzeln und insbesondere in bevorzugten Kombinationen, ebenfalls Gegenstand dieser Optimierung.

Der erste axiale Abschnitt 121 des Nietschafts 120, der im Vergleich zum zweiten axialen Abschnitt 122 eine geringe Wandstärke w aufweist, ermöglicht, insbesondere auch durch die verbesserte Schneidengeometrie am Nietfuß 140, ein schädigungsarmes und vor allem auch rissfreies Durchstanzen bzw. Durchlochen des stempelsei- tigen FVK-Bauteils mit geringen Schneid- bzw. Stanzkräften, ohne dass es zu einem vorzeitigen Aufspreizen kommt. Die in die Innenausnehmung 150 einmündende innere Anfasung 142 und die im ersten axialen Abschnitt 121 frei von Störkonturen ausgebildete Innenausnehmung 150 ermöglichen eine optimale Aufnahme des herausgetrennten Stanzbutzens in der Innenausnehmung 150.

Im weiteren Verlauf des Fügevorgangs kann der erste axiale Abschnitt 121 beim Eindringen bzw. Einpressen in das matrizenseitige Metallbauteil aufgrund seines guten Aufspreizverhaltens sehr gut plastisch verformt werden (unter Ausbildung eines formschlüssigen Hinterschnitts durch Aufspreizen), was hinsichtlich der Hinterschnittbildung und der verbleibenden Restbodendicke vorteilig ist. Mit Hilfe des zweiten axialen Abschnitts 122 können hohe Fügekräfte (bzw. Setzkräfte) in die Umformzone eingeleitet werden, ohne dass der zweite axiale Abschnitt 22 hierbei ausbaucht. Aufgrund der geringen Druckfestigkeit des stempelseitigen FVK-Materials kann dieses im zuvor eingestanzten Durchgangsloch keine radiale Gegenkraft bzw. Umfangsspannung erzeugen, die ein solches Ausbauchen verhindern könnte. Erfindungsgemäß wird daher das Ausbauchen bzw. Ausbeulen des Nietschafts 120 im zweiten axialen Abschnitt 122 nur durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verhindert.

Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet 100 weist eine nur geringe Rissneigung (innerhalb des Niets) auf und ermöglicht eine gleichmäßige und prozesssichere Fü- geverbindungsausbildung mit optimalen Verbindungseigenschaften, bspw. hinsichtlich vorgegebener Zielvorgaben für den Hinterschnitt und die Restbodendicke, insbesondere in der Serienanwendung. Der erfindungsgemäße Halbhohlstanzniet 100 kann für die Verarbeitung in gewohnter Weise gehandhabt werden, was auch eine automatisierte Zuführung zu einem Setzgerät einschließt. Weitere Vorteile, insbesondere im Hinblick auf das Fügen eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil, ergeben sich aus den vorausgehenden Erläuterungen.

Bezugszeichen liste

Halbhohlstanzniet für das voriochfreie Fügen eines FVK-Bauteils mit einem Metallbauteil

100 Halbhohlstanzniet

110 Nietkopf

111 Nietkopfschräge, Nietkopfverrundung (unterseitig)

120 Nietschaft

121 erster axialer Abschnitt

122 zweiter axialer Abschnitt

125 Nietschaftwandung

130 Absatz

140 Nietfuß

141 Schneidkante, Stanzkante

142 innere Anfasung

143 äußere Anfasung

150 Innenausnehmung, Innenbohrung

151 Öffnung

152 Verrundung

B Radiusbogen

E Teilungsebene

K1 Außenkegelstumpf

K2 Innenkegelstumpf

L Längsachse

S Schräge

T Teilungsebene

X Bereich

a Kegelwinkel

w Wandstärke, Wanddicke