DE102006021077A1

DE102006021077A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück

Info

Publication number: DE102006021077A1
Application number: DE200610021077
Authority: DE
Inventors: Raik Grützner; Alexander Zacharias
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2007-11-08

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück, wobei das Funktionselement an dem Werkstück positioniert wird und eine Fügekraft und Gegenkraft auf das Funktionselement und das Werkstück aufgebracht wird, wobei die Fügekraft und/oder die Gegenkraft durch ein Druckfluid auf das Funktionselement und/oder das Werkstück aufgebracht wird und das Werkstück durch die Fügekraft oder die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt wird und in einen Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes eingreift.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück sowie eine Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück.
In der blechverarbeitenden Industrie werden Bauteile durch wirkmedienbasierte Umformverfahren, wie beispielsweise Innenhochdruckumformen oder Außenhochdruckumformen hergestellt. In weiteren Prozeßschritten fügt man diese Bauteile unter Einsatz unterschiedlicher Fügeverfahren zu Baugruppen zusammen und bringt Funktionselemente in die Bauteile bzw. Baugruppen ein. Derartige Funktionselemente werden in der Regel in einem separaten Arbeitsgang durch beispielsweise Schweißen, Kleben, Löten oder mechanisches Fügen mit den umgeformten Bauteilen verbunden. Bei bekannten Prozessen der wirkmedienbasierten Umformung in Verbindung mit dem Einbringen von Funktionselementen, wie beispielsweise dem Eindrücken oder Einschießen ( EP 0 870 557 ) wird jedoch die Bauteilwand durchstoßen oder es sind mehrstufige Prozesse mit einer Vielzahl von Arbeitsgängen notwendig ( DE 1 950 86 32 ).
Thermische Fügeverfahren, die meist nicht in die wirkmedienbasierte Umformung integrierbar sind, können zu unverwünschten Gefügebeeinflussungen führen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück sowie eine Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück zu schaffen, wobei das Funktionselement in einfacher und zuverlässiger Weise mit einem Verbindungsabschnitt eines Werkstücks verbunden werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück, wobei das Funktionselement zumindest einen Hinterschneidungsabschnitt aufweist, mit den folgenden Schritten: Positionieren des Funktionselementes an dem Werkstück, und Aufbringen einer Fügekraft und einer Gegenkraft auf das Funktionselement und das Werkstück, wobei die Fügekraft und/oder die Gegenkraft durch ein Druckfluid auf das Funktionselement und/oder das Werkstück aufgebracht wird und das Werkstück durch die Fügekraft oder die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt wird und in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes eingreift.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes dem Werkstück zugewandt, wenn das Funktionselementes an dem Werkstück positioniert ist.
In bevorzugter Weise wird das Funktionselement durch ein Werkzeug gehalten und das Werkstück ist vor dem Aufbringen der Fügekraft in Anlage mit einer Fläche des Werkzeugs.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird das Werkstück durch das Druckmedium plastisch verformt und in Anlage mit der Fläche des Werkzeugs gebracht.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Funktionselement in seiner Position gehalten, während die Fügekraft durch das Druckfluid aufgebracht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung liegt ein Abschnitt einer Innenfläche des Funktionselementes an einem Abschnitt der Außenfläche des Werkstücks (3) an und dieser Abschnitt der Außenfläche des Werkstücks wird in Position gehalten, während die Fügekraft aufgebracht wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Gegenkraft durch das Druckfluid aufgebracht und das Funktionselement wird durch die Fügekraft in Richtung auf das Werkstück bewegt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Fügekraft mechanisch auf das Funktionselement aufgebracht.
In bevorzugter Weise wird die Fügekraft auf eine Außenfläche des Funktionselements aufgebracht und das Funktionselement wird in Richtung auf das Werkstück in eine Position bewegt, bis ein kontinuierlicher Übergang von der Außenfläche des Funktionselementes zu einer Außenfläche des Werkstücks erreicht ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung bildet die Außenfläche des Funktionselementes mit der Außenfläche des Werkstücks eine Ebene, wenn das Funktionselement mit dem Werkstück verbunden ist.
In bevorzugter Weise ist der Hinterschneidungsabschnitt an einem Umfangsabschnitt des Funktionselementes angeordnet. In bevorzugter Weise ist der Hinterschneidungsabschnitt nach innen zu einer Mittelachse des Funktionselementes gerichtet.
In bevorzugter Weise ist der Hinterschneidungsabschnitt an einem Mittenabschnitt des Funktionselementes angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Hinterschneidungsabschnitt nach außen zu einem Umfangsabschnitte des Funktionselementes gerichtet.
Gemäß einer bevorzugten alternativen Weiterbildung wird das Funktionselement durch die Fügekraft und die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt. In bevorzugter Weise wird das Funktionselement zumindest teilweise im Bereich des Hinterschneidungsabschnitts plastisch verformt.
Weiterhin wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück, wobei das Funktionselement zumindest einen Hinterschneidungsabschnitt aufweist, mit einem Werkzeug zum Positionieren des Funktionselementes an dem Werkstück, und einer Krafterzeugungseinrichtung zum Aufbringen einer Fügekraft und einer Gegenkraft auf das Funktionselement und das Werkstück, wobei die Fügekraft und/oder die Gegenkraft durch ein Druckfluid auf das Funktionselement und/oder das Werkstück aufgebracht wird und das Werkstück durch die Fügekraft oder die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt wird und in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes eingreift.
In bevorzugter Weise ist eine Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück geschaffen, wobei das Werkzeug den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes dem Werkstück zugewandt positioniert.
In bevorzugter Weise weist das Werkzeug eine Anlagefläche auf und das Werkstück ist vor dem Aufbringen der Fügekraft in Anlage mit der Anlagefläche des Werkzeugs.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Werkzeug eine Aufnahmeaussparung auf zur Aufnahme des Funktionselementes und zum Halten des Funktionselementes in seiner Position, während die Fügekraft durch das Druckfluid aufgebracht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Krafterzeugungseinrichtung zur Erzeugung der Gegenkraft durch das Druckfluid vorgesehen, und ein Stempel ist zum Aufbringen der Fügekraft auf das Funktionselement vorgesehen.
Dadurch wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung geschaffen, wobei das Funktionselement durch die Wirkung des Druckfluides in sicherer und zuverlässiger Weise mit dem Werkstück verbunden wird, wobei der Verbindungsprozeß in den Prozeß der wirkmedienbasierten Umformung integrierbar ist. Dabei ist es nicht notwendig, den Verbindungsbereich des Werkstücks in besonderer Weise vorzubereiten, und es ist weiterhin nicht notwendig, das Werkstück zu durchstoßen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels in einer Ausgangslage, bevor das Funktionselement mit dem Werkstück verbunden ist,
2 eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels in einer Endlage, wobei das Funktionselement mit dem Werkstück verbunden ist,
3 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels in einer Ausgangslage, bevor das Funktionselement mit dem Werkstück verbunden ist,
4 eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels in einer Endlage, wobei das Funktionselement mit dem Werkstück verbunden ist,
5 eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels in einer Ausgangslage, bevor das Funktionselement mit dem Werkstück verbunden ist,
6 eine Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels in einer Endlage, nachdem das Funktionselement mit dem Werkstück verbunden ist.
Die 1 und 2 zeigen das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes 2 mit einem Werkstück 3 und erläutern das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Verbinden des Funktionselementes 2 mit dem Werkstück 3. Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, besteht die Vorrichtung im Wesentlichen aus einem Werkzeug 1 in Verbindung mit einer nicht näher gezeigten Krafterzeugungseinrichtung zum Aufbringen eines Fluiddruckes P auf eine Fläche des Werkstücks 3. Das Werkzeug 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als Formwerkzeug für das Innenhochdruckumformen des Werkstücks 3 ausgebildet und weist eine Aufnahmeaussparung auf, in der das Funktionselement 2 eingesetzt werden kann. Das Funktionselement 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildet und liegt mit einer Außenfläche an der zugehörigen Fläche der Aussparung des Werkzeugs 1 an. Die Tiefe der Aussparung in dem Werkzeug 1 ist gemäß der Dicke des Funktionselementes 2 ausgebildet, so daß ein Umfangsabschnitt des Funktionselementes 2 im Wesentlichen bündig mit einer Innenfläche des Werkzeugs 1 positioniert ist.
An diesem Umfangsabschnitt des Funktionselementes 2 ist ein Hinterschneidungsabschnitt ausgebildet, der dem Werkstück 3 zugewandt ist. Dieser Hinterschneidungsabschnitt ist an einem äußeren Umfangsabschnitt des Funktionselementes 2 angeordnet und nach innen zu einer Mittelachse des Funktionselementes 2 gerichtet. Wird das Funktionselement 2 beispielsweise als kreisscheibenförmiges Element ausgebildet, so richtet sich der Hinterschneidungsabschnitt im Wesentlichen radial nach innen, so daß eine, im Wesentlichen kreisförmige konzentrische Hinterschneidungskante vorgesehen ist.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird zunächst, wie in 1 gezeigt, das Funktionselement 2 in dem Werkzeug 1 positioniert. Dabei ist die Außenfläche des Werkstücks 3 in Kontakt mit der Innenfläche des Werkzeugs 1 sowie der Fläche am Umfangabschnitt des Funktionselementes 2. Radial innenliegend ist an dem Funktionselement 2 ein Raum vorgesehen, um eine Hinterschneidung zwischen dem Werkstück 3 und dem Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 auszubilden.
Nachdem das Funktionselement 2 positioniert ist, wird durch das Druckfluid eine Fügekraft auf das Werkstück 3 aufgebracht. Diese Fügekraft entspricht dem Druck P des Fluides und bewirkt eine plastische Verformung des Werkstücks 3, wie dies in 2 gezeigt ist. Durch die plastische Verformung des Werkstücks 3 greift dieses in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 ein, wobei der verformte Bereich des Werkstücks 3 in den oben genannten Raum bewegt wird. Die Gegenkraft zu der Fügekraft durch das Druckfluid wird durch die Abstützung über das Werkzeug 1 aufgebracht.
Bei diesem Verbindungsverfahren wird das Funktionselement 2 an der Außenseite des Werkstücks 3 angebracht, wobei ein kontinuierlicher Übergang zwischen der Außenfläche des Werkstücks 3 und der entsprechenden Innenfläche des Funktionselementes 2 an dessen Umfangsabschnitt sichergestellt ist. Durch die plastische Verformung des Werkstücks radial innenliegend, wie dies in 2 gezeigt ist, wird eine hochfeste Verbindung zwischen dem Funktionselement 2 und dem Werkstück 3 gewährleistet.
Bei dem gezeigten Verfahren wird das Funktionselement 2 in dem Werkzeug 1 gehalten und während dem Verbindungsverfahren nicht bewegt. Dabei ist eine hochgenaue Positionierung des Funktionselementes 2 an der Außenfläche des Werkstücks 3 möglich. Mit dem ersten Ausführungsbeispiel wie in 1 und 2 gezeigt, ist ein Verbinden eines Funktionselementes 2 mit einem Werkstück 3 an dessen Außenseite möglich.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung ohne Bewegung des Werkzeugs 1 oder des Funktionselementes 2, so daß dieses Ausführungsbeispiel als Passiv-Variante bezeichnet werden kann, wobei die Fügekraft durch das Druckfluid aufgebracht wird und die entsprechende Gegenkraft als Abstützkraft durch das Werkzeug 1 bzw. das Funktionselement 2 aufgebracht wird.
Fügekraft und Gegenkraft werden gleichzeitig auf das Funktionselement 2 und das Werkstück 3 aufgebracht, so dass das Verfahren einstufig durchgeführt werden kann. Das Funktionselement 2 wird dabei nicht bewegt, und lediglich der Verformungsbereich des Werkstückes 3 bewegt sich in den genannten Raum um die Hinterschneidung zu bilden.
Die 3 und 4 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes 2 mit einem Werkstück 3 und erläutern das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Verbinden des Funktionselementes 2 mit dem Werkstück 3. Dabei werden nur die wesentlichen Unterschiede zu der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert. Wie aus den 3 und 4 hervorgeht, besteht die Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus dem Werkzeug 1 und dem Stempel 4, der bewegbar in dem Werkzeug 1 gelagert ist. Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als Formwerkzeug für das Innenhochdruckumforrnen des Werkstücks 3 ausgebildet. Wie in der 3 gezeigt, definiert der Stempel 4 in seiner zurückgezogenen Position eine Aussparung, in der das Funktionselement 2 eingesetzt werden kann. Das Funktionselement 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ähnlich wie das Funktionselement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildet und liegt mit seiner Außenfläche an der zugehörigen Fläche des Stempels 4 an. Die Tiefe der durch den zurückgezogenen Stempel 4 gebildeten Aussparung in dem Werkzeug ist gemäß der Dicke des Funktionselementes 2 ausgelegt, so daß das Funktionselement 2 in Kontakt mit der Außenfläche des anliegenden Werkstücks 3 ist, wie dies in 3 gezeigt ist.
Ähnlich wie bei dem Funktionselement des ersten Ausführungsbeispiels ist an dem Umfangsabschnitt des Funktionselementes 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Hinterschneidungsabschnitt ausgebildet, der dem Werkstück 3 zugewandt ist. Dieser Hinterschneidungsabschnitt ist an einem äußeren Umfangsabschnitt des Funktionselementes 2 angeordnet und nach innen zu einer Mittelachse des Funktionselementes 2 gerichtet. Wird das Funktionselement 2 beispielsweise als kreisscheibenförmiges Element ausgebildet, so richtet sich der Hinterschneidungsabschnitt im Wesentlichen radial nach innen, so daß eine im wesentlichen kreisförmige konzentrische Hinterschneidungskante vorgesehen ist. Im Gegensatz zu dem Funktionselement, wie es im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, weist das Funktionselement 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel keinen umlaufenden flächigen Anlagebereich mit der Außenfläche des Werkstücks 3 auf.
Ähnlich wie bei dem bereits erläuterten ersten Ausführungsbeispiel wird auch beim dem gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel das Funktionselement 2 an dem Werkzeug 1 positioniert. Dabei ist die Außenfläche des Werkstücks 3 in Kontakt mit der Innenfläche des Werkzeugs 1. Radial innenliegend ist an dem Funktionselement 2 ein Raum vorgesehen, um eine Hinterschneidung zwischen dem Werkstück 3 und dem Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes auszubilden. Weiterhin wird radial außenliegend zwischen dem Hinterschneidungsabschnitt und dem Werkstück 3 ein Raum definiert, der durch eine umlaufende Fläche des Werkstücks 3, eine schräge Fläche an dem Funktionselement 2 und der zylindrischen Führungsfläche für den Stempel 4 in dem Werkzeug 1 begrenzt wird, wie dies in 3 gezeigt ist.
Nachdem das Funktionselement 2 positioniert ist, wird durch den Stempel 4 eine Fügekraft mechanisch auf die dem Stempel 4 zugewandte Fläche des Funktionselementes 2 aufgebracht. Dieser Fügekraft durch den Stempel 4 wird eine Gegenkraft durch das Druckfluid entgegengesetzt, wobei ein entsprechender Druck P des Fluides eingestellt wird. Die Fügekraft und die entsprechende Gegenkraft bewirken eine plastische Verformung des Werkstücks 3, wie dies in 4 gezeigt ist. Durch die plastische Verformung des Werkstücks 3 greift dieses in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 ein, wobei der verformt Bereich des Werkstücks 3 in die oben genannten Räume bewegt wird. Die Gegenkraft zu der mechanisch aufgebrachten Fügekraft wird durch das Druckfluid auf das Werkstück 3 aufgebracht.
Bei diesem Verbindungsverfahren wird das Funktionselement 2 an der Außenseite des Werkstücks 3 angebracht, wobei ein kontinuierlicher Übergang zwischen der Außenfläche des Werkstücks 3 und der entsprechenden Außenfläche des Funktionselementes 2 sichergestellt ist. Durch die plastische Verformung des Werkstücks im Bereich des Verbindungsabschnitts, wie dies in 4 gezeigt ist, wird eine hochfeste Verbindung zwischen dem Funktionselement 2 und dem Werkstück 3 gewährleistet.
Bei dem gezeigten Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Funktionselement bewegbar in dem Werkzeug gehalten und während dem Verbindungsverfahren in das Werkstück 3 gedrückt. Durch die Positionieung des Funktionselementes 2 in dem Werkzeug 1, insbesondere der konzentrischen Positionierung des Funktionsele mentes in der Führungsöffnung des Stempels 4, ist eine hochgenaue Positionierung des Funktionselementes 2 an der Außenfläche des Werkstücks 3 möglich. Mit dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in 3 und 4 gezeigt, ist eine Verbindung eines Funktionselementes 2 an einem Werkstück 3 an dessen Außenseite möglich. Weiterhin wird mit dem Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Bauteil, bestehend aus Funktionselement 2 und Werkstück 3, geschaffen, bei dem eine durchgängige, im Wesentlichen ebene Außenkontur erreicht werden kann.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung mit einer Bewegung des Werkzeuges in Form des Fügestempels 4 und des Funktionselementes 2, so daß diese Ausführungsform als Aktiv-Variante bezeichnet werden kann, wobei die Fügekraft durch den Stempel 4 aufgebracht wird und eine entsprechende Gegenkraft als Abstützkraft durch das Druckfluid auf das Werkstück 3 aufgebracht wird.
Fügekraft und Gegenkraft werden gleichzeitig auf das Funktionselement 2 und das Werkstück 3 aufgebracht, so dass das Verfahren einstufig durchgeführt werden kann. Das Funktionselement 2 wird dabei bewegt und in das Werkstück 3 eingedrückt, wobei lediglich der Verformungsbereich des Werkstückes 3 bewegt wird um die Hinterschneidung zu bilden.
Die 5 und 6 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes 2 mit einem Werkstücks 3 und erläutern das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Verbinden des Funktionselementes 2 mit dem Werkstück 3. Das dritte Ausführungsbeispiel, wie es in den 5 und 6 gezeigt ist, ist ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, wobei die Verbindung mit Bewegung des Werkzeugs in Form des Fügestempels 4 und des Funktionselementes 2 erfolgt, so daß dieses dritte Ausführungsbeispiel ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel als Aktiv-Variante bezeichnet werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Fügekraft durch den Fügestempel 4 aufgebracht, und die entsprechende Gegenkraft wird als Abstützkraft durch das Druckfluid auf das Bauteil aufgebracht.
Wie aus dem Vergleich der 3 und 4 mit den 5 und 6 ersichtlich, entspricht das dritte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, so daß auf die obigen Erläuterungen Bezug genommen wird. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die Konfiguration des Funktionselements 2, wie dies aus den 5 und 6 im Vergleich mit den 3 und 4 ersichtlich ist. Bei diesem Funktionselement 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Hinterschneidungsabschnitt im Wesentlichen mittig angeordnet, so daß das Funktionselement 2, das im Wesentlichen scheiben- oder plattenförmig ausgebildet ist, mit einer Anlagefläche an dem Stempel 4 anliegt und einer mittigen Anlagenfläche an der Außenfläche des Werkstücks 3 anliegt, wie dies in 5 gezeigt ist. Der Hinterschneidungsabschnitt bei dem Funktionselement 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen radial nach außen gerichtet, so daß ein umlaufender konzentrischer Raum zwischen dem Funktionselement 2 und der Außenfläche des Werkstücks 3 gebildet wird, um die Hinterschneidung zwischen dem Werkstück 3 und dem Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 auszubilden.
Nachdem das Funktionselement 2, wie in 5 gezeigt, positioniert ist, wird die Fügekraft durch den Stempel 4 auf das Funktionselement 2 aufgebracht, wobei eine Gegenkraft zur Fügekraft durch das Druckfluid auf das Werkstück 3 aufgebracht wird. Durch die plastische Verformung des Werkstücks 3 greift dieses in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 ein, wobei der verformte Bereich des Werkstücks 3 in den obengenannten Raum bewegt wird. Weiterhin ist an dem Funktionselement eine radial außen liegende umlaufende Kante vorgesehen, die als Zentrierkante in das Werkstück 3 gedrückt wird, wie dies aus den 5 und 6 ersichtlich ist.
Ähnlich wie bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist auch bei dem Verfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine hochgenaue Positionierung des Funktionselementes 2 an der Außenfläche des Werkstücks 3 möglich, wobei eine bündige Außenkontur des entsprechenden Bauteils gebildet werden kann.
Fügekraft und Gegenkraft werden gleichzeitig auf das Funktionselement 2 und das Werkstück 3 aufgebracht, so dass das Verfahren einstufig durchgeführt werden kann. Das Funktionselement 2 wird dabei bewegt und in das Werkstück 3 eingedrückt, wobei lediglich der Verformungsbereich des Werkstückes 3 bewegt wird um die Hinterschneidung zu bilden.
Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Funktionselement als starres Element gezeigt, das sich bei dem Fügeprozeß nicht wesentlich verformt. Die Festigkeit des Funktionselementes ist in entsprechender Weise an die Fügekraft und die Gegenkraft angepaßt und somit entsprechend höher als die Festigkeit des Werkstücks.
Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen kann das Funktionselement auch plastisch verformbar ausgebildet sein. Dabei ist die Festigkeit des Funktionselementes derart gewählt, daß eine plastische Verformung durch die Fügekraft und die Gegenkraft erfolgt. Eine derartige plastische Verformung kann sich auch auf Teile des Funktionselementes, insbesondere den Hinterschneidungsabschnitt oder Teile des Hinterschneidungsabschnitts beschränken. Dabei können ein Funktionselement und ein Werkstück miteinander verbunden werden, die jeweils gleiche oder nahezu gleiche Festigkeitseigenschaften aufweisen.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele zeigen ein Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes 2 mit einem Werkstück 3, wobei das Funktionselement 2 zumindest einen Hinterschneidungsabschnitt aufweist. Dieses Verfahren umfasst das Positionieren des Funktionselementes 2 Werkstück 3, und das Aufbringen einer Fügekraft und einer Gegenkraft auf das Funktionselement 2 und das Werkstück 3, wobei die Fügekraft und/oder die Gegenkraft durch ein Druckfluid auf das Funktionselement 2 und/oder das Werkstück 3 aufgebracht wird und das Werkstück 3 durch die Fügekraft oder die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt wird und in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 eingreift. Der Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 ist dem Werkstück 3 zugewandt, wenn das Funktionselementes 2 an dem Werkstück 3 positioniert ist. Das Funktionselement 2 ist durch ein Werkzeug 1 gehalten und das Werkstück 3 ist vor dem Aufbringen der Fügekraft in Anlage mit einer Fläche des Werkzeugs 1.
Als ein vorgelagerter Verfahrensschritt wird das Werkstück 3 durch das Druckmedium plastisch verformt und in Anlage mit der Fläche des Werkzeugs 1 gebracht.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Funktionselement 2 in seiner Position gehalten, während die Fügekraft durch das Druckfluid aufgebracht wird. Ein Abschnitt einer Innenfläche des Funktionselementes 2 liegt an einem Abschnitt der Außen fläche des Werkstücks 3 an und diesen Abschnitt der Außenfläche des Werkstücks 3 wird in Position gehalten, während die Fügekraft aufgebracht wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Gegenkraft durch das Druckfluid aufgebracht und das Funktionselement 2 wird durch die Fügekraft in Richtung auf das Werkstück 3 bewegt. Die Fügekraft wird mechanisch auf das Funktionselement 2 aufgebracht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Fügekraft auf eine Außenfläche des Funktionselements aufgebracht und das Funktionselement 2 wird in Richtung auf das Werkstück 3 in eine Position bewegt, bis ein kontinuierlicher Übergang von der Außenfläche des Funktionselementes 2 zu einer Außenfläche des Werkstücks 3 erreicht ist. Die Außenfläche des Funktionselementes 2 bildet mit der Außenfläche des Werkstücks 3 eine Ebene, wenn das Funktionselement 2 mit dem Werkstück 3 verbunden ist.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele zeigen einen Hinterschneidungsabschnitt, der an einem Umfangsabschnitt des Funktionselementes 2 angeordnet ist. Diese Ausführungsbeispiele zeigen einen Hinterschneidungsabschnitt der nach innen zu einer Mittelachse des Funktionselementes 2 gerichtet ist. Alternative Ausführungsbeispiele zeigen einen Hinterschneidungsabschnitt an einem Mittenabschnitt des Funktionselementes 2 angeordnet ist. Insbesondere ist der Hinterschneidungsabschnitt nach außen zu einem Umfangsabschnitte des Funktionselementes 2 gerichtet.
Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen wird das Funktionselement 2 durch die Fügekraft und die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt. Dabei wird beispielsweise das Funktionselement 2 zumindest teilweise im Bereich des Hinterschneidungsabschnitts plastisch verformt.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele zeigen weiterhin eine Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes 2 mit einem Werkstück 3. Das Funktionselement 2 weist zumindest einen Hinterschneidungsabschnitt auf. Ein Werkzeug 1 ist zum Positionieren des Funktionselementes 2 an dem Werkstück 3 vorgesehen. Weiterhin ist eine Krafterzeugungseinrichtung zum Aufbringen einer Fügekraft und einer Gegenkraft auf das Funktionselement 2 und das Werkstück 3 vorgesehen, wobei die Fügekraft und/oder die Gegenkraft durch ein Druckfluid auf das Funktionselement 2 und/oder das Werkstück 3 aufgebracht wird und das Werkstück 3 durch die Fügekraft oder die Gegenkraft zumin dest teilweise plastisch verformt wird und in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 eingreift. Das Werkzeug 1 positioniert den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes 2 dem Werkstück 3 zugewandt. Das Werkzeug 1 weist eine Anlagefläche auf und das Werkstück 3 ist vor dem Aufbringen der Fügekraft in Anlage mit der Anlagefläche des Werkzeugs 1. Das Werkzeug 1 weist eine Aufnahmeaussparung zur Aufnahme des Funktionselementes 2 und zum Halten des Funktionselementes 2 in seiner Position auf, während die Fügekraft durch das Druckfluid aufgebracht wird.
Alternativ ist die Krafterzeugungseinrichtung zur Erzeugung der Gegenkraft durch das Druckfluid vorgesehen, und ein Stempel 4 ist zum Aufbringen der Fügekraft auf das Funktionselement 2 vorgesehen.

Claims

Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3), wobei das Funktionselement (2) zumindest einen Hinterschneidungsabschnitt aufweist, mit den folgenden Schritten: Positionieren des Funktionselementes (2) an dem Werkstück (3), und Aufbringen einer Fügekraft und einer Gegenkraft auf das Funktionselement (2) und das Werkstück (3), wobei die Fügekraft und/oder die Gegenkraft durch ein Druckfluid auf das Funktionselement (2) und/oder das Werkstück (3) aufgebracht wird und das Werkstück (3) durch die Fügekraft oder die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt wird und in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes (2) eingreift.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 1, wobei der Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes (2) dem Werkstück (3) zugewandt ist, wenn das Funktionselementes (2) an dem Werkstück (3) positioniert ist.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Funktionselement (2) durch ein Werkzeug (1) gehalten wird und das Werkstück (3) vor dem Aufbringen der Fügekraft in Anlage mit einer Fläche des Werkzeugs (1) ist.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 3, wobei das Werkstück (3) durch das Druckmedium plastisch verformt wird und in Anlage mit der Fläche des Werkzeugs (1) gebracht wird.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Funktionselement (2) in seiner Position gehalten wird, während die Fügekraft durch das Druckfluid aufgebracht wird.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 5, wobei ein Abschnitt einer Innenfläche des Funktionselementes (2) an einem Abschnitt der Außenfläche des Werkstücks (3) anliegt und diesen Abschnitt der Außenfläche des Werkstücks (3) in Position hält, während die Fügekraft aufgebracht wird.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gegenkraft durch das Druckfluid aufgebracht wird und das Funktionselement (2) durch die Fügekraft in Richtung auf das Werkstück (3) bewegt wird.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 7, wobei die Fügekraft mechanisch auf das Funktionselement (2) aufgebracht wird.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Fügekraft auf eine Außenfläche des Funktionselements aufgebracht wird und das Funktionselement (2) in Richtung auf das Werkstück (3) in eine Position bewegt wird, bis ein kontinuierlicher Übergang von der Außenfläche des Funktionselementes (2) zu einer Außenfläche des Werkstücks (3) erreicht ist.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 9, wobei die Außenfläche des Funktionselementes (2) mit der Außenfläche des Werkstücks (3) eine Ebene bildet, wenn das Funktionselement (2) mit dem Werkstück (3) verbunden ist.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Hinterschneidungsabschnitt an einem Umfangsabschnitt des Funktionselementes (2) angeordnet ist.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 11, wobei der Hinterschneidungsabschnitt nach innen zu einer Mittelachse des Funktionselementes (2) gerichtet ist.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Hinterschneidungsabschnitt an einem Mittenabschnitt des Funktionselementes (2) angeordnet ist.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 13, wobei der Hinterschneidungsabschnitt nach außen zu einem Umfangsabschnitte des Funktionselementes (2) gerichtet ist.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Funktionselement (2) durch die Fügekraft und die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt wird.
Verfahren zum Verbinden eines Funktionselementes mit einem Werkstück nach Anspruch 15, wobei das Funktionselement (2) zumindest teilweise im Bereich des Hinterschneidungsabschnitts plastisch verformt wird.
Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3), wobei das Funktionselement (2) zumindest einen Hinterschneidungsabschnitt aufweist, mit einem Werkzeug (1) zum Positionieren des Funktionselementes (2) an dem Werkstück (3), und einer Krafterzeugungseinrichtung zum Aufbringen einer Fügekraft und einer Gegenkraft auf das Funktionselement (2) und das Werkstück (3), wobei die Fügekraft und/oder die Gegenkraft durch ein Druckfluid auf das Funktionselement (2) und/oder das Werkstücks (3) aufgebracht wird und das Werkstück (3) durch die Fügekraft oder die Gegenkraft zumindest teilweise plastisch verformt wird und in den Hinterschneidungsabschnitt des Funktionselementes (2) eingreift.
Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 17, wobei das Werkzeug (1) den Hinterschnei dungsabschnitt des Funktionselementes (2) dem Werkstück (3) zugewandt positioniert.
Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Werkzeug (1) eine Anlagefläche aufweist und das Werkstück (3) vor dem Aufbringen der Fügekraft in Anlage mit der Anlagefläche des Werkzeugs (1) ist.
Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Werkstück (3) nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Werkzeug (1) eine Aufnahmeaussparung aufweist zur Aufnahme des Funktionselementes (2) und zum Halten des Funktionselementes (2) in seiner Position, während die Fügekraft durch das Druckfluid aufgebracht wird.
Vorrichtung zum Verbinden eines Funktionselementes (2) mit einem Verbindungsabschnitt eines Werkstücks (3) nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Krafterzeugungseinrichtung zur Erzeugung der Gegenkraft durch das Druckfluid vorgesehen ist, und einen Stempel (4) zum Aufbringen der Fügekraft auf das Funktionselement (2) vorgesehen ist.