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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbringung eines Befestigungselements an einem Bauteil nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Anbringung eines Befestigungselements an einem Bauteil nach der im Oberbegriff von Anspruch 3 näher definierten Art.
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Im Kraftfahrzeug-Karosseriebau werden, insbesondere wenn Aluminium als Material für die Karosserie verwendet wird, häufig Hohlprofile eingesetzt, an welche Befestigungselemente, wie Schrauben oder Muttern, angebracht werden sollen, um andere Bauteile oder Gegenstände an der Karosserie befestigen zu können. Prinzipiell ist dies zwar durch das Einbringen von Gewinden in die Hohlprofile möglich, diese Vorgehensweise bringt jedoch nicht nur den Nachteil mit sich, dass hierfür zwei Bearbeitungsschritte erforderlich sind, sondern es können dadurch auch Späne in das Innere des Hohlprofils gelangen, was bei geschlossenen Strukturen solcher Hohlprofile ein sehr großes Problem darstellt.
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Ein weiteres großes Problem, das sich bei derartigen Bauteilen mit Hohlräumen ergibt, besteht darin, dass das Bauteil auf der nicht zugänglichen Seite nicht mit einem Gegenlager abgestützt werden kann, wodurch bestimmte Verfahren zur Verbindung eines Befestigungselements mit dem Bauteil nicht anwendbar sind.
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Ansätze, die genannten Probleme zu lösen, sehen unter anderem das Anbringen von Befestigungselementen an dem Bauteil mittels Reibschweißen vor, wie dies beispielsweise in der
WO 2006/018091 A1 und der
DE 10 2004 059 625 A1 beschrieben ist. Hierbei wird jeweils ein Bolzen mittels eines an demselben angreifenden Werkzeugs mit dem Bauteil reibverschweißt.
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Die
DE 10 2006 028 529 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anbringen einer Verbindungselementmutter an einem hydrogeformten Teil und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anbringen von Verbindungselementmuttern unterschiedlicher Form an einem hydrogeformten Teil. Dabei wird eine Verbindungselementmutter in das hydrogeformte Teil eingeführt und an der geforderten Anbringstelle befestigt, während das Teil in den geschlossenen Hydroformstempeln und noch unter dem internen Hydroformdruck bleibt. Dieses Verfahren macht jedoch einen sehr hohen Aufwand erforderlich, insbesondere was das Aufrechterhalten des Hydroformdrucks anbelangt.
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In der
DE 10 2005 041 350 A1 ist ein mit einem Loch einer Platte fluchtendes Mutterteil für ein darin einsetzbares Befestigungsmittel, insbesondere eine Schraube, mit einer an der Platte anlegbaren radialen Erweiterung beschrieben. Dabei ist das Mutterteil mit einer Antriebsaufnahme und eine Erweiterung auf ihrer einer Platte zugewandten Tragfläche mit einem das Mutterteil umgebenden Ring eines durch Rotationsreibung aufschmelzbaren Heißklebers versehen.
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Aus der
JP S61-56 789 A ist eine Vorrichtung zur Anbringung eines Befestigungselements an einem Bauteil mittels Reibverschweißen des Befestigungselements an dem Bauteil bekannt, wobei das Befestigungselement eine Durchgangsbohrung aufweist und ein durch die Durchgangsbohrung des Befestigungselements verlaufendes rotierendes Werkzeug vorgesehen ist, wobei das Befestigungselement eine Ausnehmung aufweist und das rotierende Werkzeug einen mit der Ausnehmung in Eingriff bringbaren Mitnehmer aufweist. Ein derartiger in Eingriff bringbarer Mitnehmer ist auch in der
US 2003/0192940 A1 beschrieben.
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In der
DE 25 52 665 B2 ist ein schnell um seine Achse drehbarer Dorn zum Bilden eines Loches in einer metallenen Platte durch Reibungswärme und Druck beschrieben.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung von Hahnlöchern in Metallröhren geht aus der
US 2 991 551 A hervor, wobei bei der Erzeugung des Hahnloches mittels des Schmiedewerkzeugs ein Metallklumpen im Inneren des Rohrs entsteht, der im weiteren Prozess entfernt werden muss.
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Aus der
DE 10 2004 034 498 A1 ist ein Verfahren zum Reibschweißen von Bauteilen bekannt, bei dem die beiden Bauteile während einer Erwärmungsphase unter gegenseitiger, von einem Presskraftaktuator erzeugten axialen Presskraft an der zu verschweißenden Stelle bei Stillstand eines stationären Bauteils und Drehung des angetriebenen Bauteils relativ zueinander gedreht werden.
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Bei den beschriebenen, mittels Reibverschweißen oder anderen Verbindungsraten an den Bauteilen angebrachten Bolzen ist jedoch der gegenüber einer Mutter meist größere Montageaufwand nachteilig.
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Wenn an ihrer Unterseite geschlossene Muttern eingesetzt werden sollen, so ergibt sich der Nachteil, dass beim Lackieren des Bauteils Lack in die Befestigungsmutter gelangen und aus derselben nicht ablaufen kann. Um dadurch entstehende Verstopfungen der Befestigungsmutter zu verhindern, müssen die Muttern abgedeckt werden, was einen erheblichen Mehraufwand zur Folge hat.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anbringung eines Befestigungselements an einem Bauteil sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welche eine möglichst einfache und prozesssichere Anbringung des Befestigungselements an dem Bauteil ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für ein Verfahren durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 3.
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Dadurch, dass das Befestigungselement erfindungsgemäß eine Durchgangsbohrung aufweist, kann verhindert werden, dass sich bei einem späteren Lackieren des Bauteils mit dem daran angebrachten Befestigungselement Lack in dem Befestigungselement ansammeln und dieses verstopfen kann, da dieser durch die Durchgangsbohrung abfließen kann. Dadurch kann auf aufwändige Maßnahmen zum Abdecken des Befestigungselements vor dem Lackieren verzichtet werden. Erfindungsgemäß wird das Loch in dem Bauteil durch das rotierende Werkzeug eingebracht, welches durch die Durchgangsbohrung des Befestigungselements verläuft. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Material, welches zur Bildung des Lochs in dem Bauteil verdrängt wird, unkontrolliert in einen Hohlraum innerhalb des Bauteils gelangen kann, da dieses an dem Bauteil verbleibt.
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Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Verwendung des rotierenden Werkzeugs zum Einbringen des Lochs in das Bauteil ergibt, besteht darin, dass über das Befestigungselement, welches im Bereich des Lochs an das Bauteil angeschweißt wird, eine sehr viel geringere Kraft eingeleitet werden muss, wodurch diese einfacher ausgeführt werden kann.
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Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass das Einbringen des Lochs in das Bauteil und das Reibverschweißen des Befestigungselements mit dem Bauteil in lediglich einem Arbeitsgang und ohne zusätzliche Werkzeuge möglich ist, was insbesondere bei profilintensiven Bauweisen von Fahrzeugkarosserien ein erhebliches Kostenpotenzial eröffnet. Ein weiterer Vorteil ist die geringere Masse des unten offenen Befestigungselements im Vergleich mit einem geschlossenen Befestigungselement.
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Insgesamt ergeben sich also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anbringung eines Befestigungselements an einem Bauteil, die besonders dann sehr große Vorteile aufweisen, wenn das Bauteil nur von einer Seite zugänglich ist, wie dies beispielsweise bei Hohlprofilen in Kraftfahrzeugkarosserien der Fall ist. In Abhängigkeit des an dem mit dem Bauteil verbundenen Befestigungselement anzubringenden Gegenstandes kann das Befestigungselement im Prinzip mit einer sehr großen Toleranz an dem Bauteil angebracht werden, wodurch sich Verfahrensabläufe erheblich vereinfachen.
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Wenn das Befestigungselement in einer vorteilhaften Weiterbildung als Befestigungsmutter ausgeführt ist, ergibt sich durch die Durchgangsbohrung in demselben der weitere Vorteil, dass das Befestigungselement eine nur durch das Bauteil selbst begrenzte Schraublänge aufweist, wodurch die Länge der darin einzubringenden Schraube weitaus weniger exakt angepasst werden muss als dies bei einer geschlossenen bzw. eine Sacklochbohrung aufweisenden Befestigungsmutter der Fall ist.
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Eine verbesserte Führung für das rotierende Werkzeug beim Einbringen des Lochs in das Bauteil ergibt sich, wenn die Durchgangsbohrung mit einer Führung für das rotierende Werkzeug versehen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann des weiteren vorgesehen sein, dass das rotierende Werkzeug eine Spitze zum Einbringen des Lochs in das Bauteil aufweist. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Einbringung des Lochs in das Bauteil gewährleistet, wobei außerdem mit einer besonders niedrigen axialen Kraft und einer sehr einfachen Verformbarkeit des Bauteils ohne das Entstehen von Spänen oder dergleichen gerechnet werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
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1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem ersten Schritt des Verfahrens zur Anbringung eines Befestigungselements an einem Bauteil;
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2 die Vorrichtung aus 1 in einem zweiten Verfahrensschritt; und
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3 die Vorrichtung aus 2 in einem dritten Verfahrensschritt.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1, welche zur Durchführung eines Verfahrens zur Anbringung eines Befestigungselements 2 an einem Bauteil 3 dient. Bei dem Bauteil 3 handelt es sich insbesondere um ein Karosserieteil eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, und hierbei insbesondere um ein aus Aluminium bestehendes Hohlprofil. Das Befestigungselement 2 ist vorzugsweise als Befestigungsmutter ausgebildet, welche ein Gewinde 4 aufweist und vorzugsweise ebenfalls aus Aluminium besteht. In das Gewinde 4 des Befestigungselements 2 kann eine nicht dargestellte Schraube eingebracht werden, um ein beliebiges weiteres, ebenfalls nicht dargestelltes Bauteil an dem Bauteil 3 anzubringen. Die Anbringung bzw. Verbindung des Befestigungselements 2 an bzw. mit dem Bauteil 3 erfolgt wie nachfolgend näher beschrieben mittels Reibverschweißen des Befestigungselements 2 an dem Bauteil 3.
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Hierfür weist die Vorrichtung 1 ein rotierendes Werkzeug 5 auf, welches durch eine Durchgangsbohrung 6 des Befestigungselements 2 hindurch verfahren wird, wie in 1 zu erkennen. Das rotierende Werkzeug 5, dessen zum Erreichen der Rotationsbewegung um die Längsachse vorgesehene Antriebseinrichtung nicht dargestellt ist und das beispielsweise aus Werkzeugstahl bestehen kann, um eine ausreichende Dauerfestigkeit desselben zu gewährleisten, ist in Form einer länglichen Stange ausgebildet und weist an seinem vorderen, dem Bauteil 3 zugewandten Ende, eine Spitze 7 auf, die zum Durchstoßen des Bauteils 3 dient. Um dieses Durchstoßen zu ermöglichen, ist zusätzlich zu der Antriebseinrichtung eine ebenfalls nicht dargestellte Einrichtung zum Aufbringen einer axialen Kraft auf das rotierende Werkzeug 5 in Richtung des Pfeils F vorgesehen. Beim Durchstoßen wird das Bauteil 3 lediglich umgeformt, sodass keine Späne oder dergleichen in einen Hohlraum des Bauteils 3 gelangen können. Das rotierende Werkzeug 5 kann daher auch als Fließformwerkzeug bezeichnet werden.
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Um das rotierende Werkzeug 5 mit dem Befestigungselement 2 in Eingriff zu bringen, weist das Befestigungselement 2 eine Ausnehmung 8 auf, in welche ein an dem rotierenden Werkzeug 5 angebrachter Mitnehmer 9 eingreift. Bei der Ausnehmung 8 kann es sich beispielsweise um einen Innentorx und bei dem Mitnehmer 9 um einen Außentorx handeln, es sind jedoch auch die verschiedensten anderen Ausführungsformen der Ausnehmung 8 und des Mitnehmers 9 möglich, wie beispielsweise ein Sechskant, ein Schlitz, ein Kreuzschlitz oder andere geeignete Arten der Verbindung der Ausnehmung 8 mit dem Mitnehmer 9. Auf diese Weise wird das Rotieren des Befestigungselements 2 mit dem rotierenden Werkzeug 5 sichergestellt. Sobald das rotierende Werkzeug 5 das Bauteil 3 durchdrungen und in demselben ein Loch 10 erzeugt hat, wird das Befestigungselement 2 durch seine von dem rotierenden Werkzeug 5 erzeugte Rotationsbewegung durch Reibverschweißen an dem Bauteil 3 befestigt. Die Rotationsbewegung des rotierenden Werkzeugs 5 ist dabei zum Durchstoßen des Bauteils 3 nicht zwingend erforderlich, sie wird vielmehr nur zum nachfolgenden Reibschweißen benötigt. Durch die Rotation des Befestigungselements 2 gegenüber dem Bauteil 3 und die zwischen diesen Teilen vorhandene Reibung entsteht Wärme, welche letztendlich die Reibschweißverbindung erzeugt. Durch Rotieren des rotierenden Werkzeugs 5 und Aufbringen einer axialen Kraft auf dasselbe wird also das Loch 10 in dem Bauteil 3 erzeugt und das Befestigungselement 2 an dem Loch 10 durch Reibschweißen mit dem Bauteil 3 verbunden. Den Zustand, in dem das rotierende Werkzeug 5 vollständig in das Bauteil 3 eingefahren wurde, zeigt 2. Um während des Erzeugens des Lochs 10 eine ausreichende Führung für das rotierende Werkzeug 5 zu erreichen, ist die Durchgangsbohrung 6 des Befestigungselements 2 mit einer im vorliegenden Fall durch einen umlaufenden Vorsprung gebildeten Führung 11 für das rotierende Werkzeug 5 versehen.
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Nach der erfolgten Reibverschweißung des Befestigungselements 2 an dem Bauteil 3 wird die Antriebseinrichtung gestoppt und das Rotieren des rotierenden Werkzeugs 5 beendet, woraufhin dieses aus dem Befestigungselement 2 herausgezogen werden kann, wie in 3 dargestellt.
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Alternativ zu der Ausbildung als Befestigungsmutter könnte bei dem Befestigungselement 2 auch auf das Gewinde 4 verzichtet werden, wenn der an dem Bauteil 3 anzubringende Gegenstand auf eine andere Art und Weise an dem Befestigungselement 2 angebracht werden könnte. Allerdings stellt die Ausführungsform des Befestigungselements 2 als Befestigungsmutter eine einfache Handhabung bei der Anbringung des Gegenstandes an dem Bauteil 3 sicher. Außerdem ergeben sich mit einer ein Gewinde aufweisenden Befestigungsmutter einfachere Montageprozesse. Selbstverständlich können sich an dem Bauteil 3 auch mehrere der Befestigungselemente 2 befinden.
