DE102011009700A1 - Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Werkstücken - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Werkstücken (2, 3) mittels eines Niets/Kopfbolzens (4), bei dem – der Niet/Kopfbolzen (4) mittels einer Stanzelektrode (6) soweit durch das erste Werkstück (2) gestanzt wird, bis er in Kontakt mit dem zweiten Werkstück (3) tritt, – an den Niet/Kopfbolzen (4) und an das zweite Werkstück (3) eine Spannung angelegt und dadurch ein Fuß (5) des Niets/Kopfbolzens (4) mit dem zweiten Werkstück (3) verschweißt wird. Hierdurch kann eine schnelle, zuverlässige und thermisch unproblematische Schweißnietverbindung (1) geschaffen werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Werkstücken mittels eines Niets. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schweißnietverbindung.
  • In der modernen Automobiltechnik kommen zunehmend Leichtbauwerkstoffe, wie beispielsweise Aluminium oder faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz, die jedoch zur Entfaltung ihrer Wirkung oftmals an Stahlstrukturen angebunden werden müssen. Gerade diese Verbindung zwischen Kunststoffen bzw. Aluminium und einer aus Stahl bestehenden Fahrzeugkarosserie verursacht jedoch häufig Probleme aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffe. Mit dem Stanznieten beispielsweise lassen sich bislang nur bedingt Leichtbauwerkstoffe an Stahlstrukturen anbinden, wobei die Verfahrensgrenzen hierbei die hohe Festigkeit der Stahlwerkstoffe darstellen. Die Anbindung von faserverstärkten Kunststoffen an Stahlstrukturen ist bislang ebenfalls nur bedingt durchführbar, da die Fasern beim Stanzprozess lokal getrennt und dadurch zerstört werden können.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Werkstücken unterschiedlicher Werkstoffe anzugeben, das rationell, kostengünstig und zugleich zuverlässig ist.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwei Werkstücke unterschiedlichen Werkstoffs mittels einer Schweißnietverbindung miteinander zu verbinden. Hierzu wird ein Niet mittels einer Stanzelektrode soweit durch das erste Werkstück gestanzt, bis er in Kontakt mit dem zweiten Werkstück tritt. Anschließend wird sowohl an den Niet als auch an das zweite Werkstück eine Spannung angelegt und dadurch ein Nietfuß des Niets mit dem zweiten Werkstück verschweißt. Dies bedingt selbstverständlich, dass das zweite Werkstück aus einem elektrisch leitenden Werkstoff besteht. Die dadurch hergestellte Verbindung ist somit eine Kombination einer bekannten Nietverbindung sowie einer ebenfalls bekannten Schweißverbindung, wobei der Niet mit seinem Nietkopf das erste Werkstück fixiert und über seinen Nietfuß mit dem zweiten Werkstück verschweißt ist, so dass durch die damit hergestellte Verbindung insbesondere die Anbindung von Leichtbauwerkstoffen, wie beispielsweise faserverstärkten Kunststoffen, an Stahl problemlos möglich ist. Zugleich erfolgt durch das lediglich lokal begrenzte Verschweißen des Niets mit dem zweiten Werkstück an dessen Nietfuß keine thermische Schädigung des ersten Werkstücks, wodurch insbesondere die bisher große Gefahr von thermischen Schädigungen bei reinen Schweißverbindungen ausgeschlossen werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich zudem ein schneller Fügeprozess und damit eine deutliche Verkürzung der Taktzeiten realisieren, was zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und einer Reduzierung der Anlagenkomplexität und der Anlagenkomponenten führt.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird als Niet ein sogenannter Zahnniet verwendet. Ein derartiger Zahnniet besitzt an seinem Nietfuß wurzelähnliche Fortsätze, die ein punktuelles Verschweißen beim Herstellen der erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung mit dem zweiten Werkstück ermöglichen. Selbstverständlich soll dabei der Begriff des Niets generell auch einen Kopfbolzen umfassen, der im Unterschied zum Niet eigentlich nicht umgeformt, sondern ausschließlich durch das erste Werkstück hindurch gestanzt wird und zwar soweit, bis er mit dem zweiten Werkstück in Kontakt tritt.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch:
  • 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung vor dem Herstellen derselben,
  • 2 die Schweißnietverbindung während des Herstellens.
  • Entsprechend der 2, weist eine erfindungsgemäße Schweißnietverbindung 1 zwei aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehende Werkstücke 2, 3, nämlich ein erstes Werkstück 2 und ein zweites Werkstück 3 auf, die mit einem Niet 4 verbunden sind. Der Niet 4 kann dabei generell auch als sogenannter Kopfbolzen ausgebildet sein und einen angeschärften Fuß besitzen, der ein Durchstanzen des Kopfbolzens bzw. des Niets 4 durch das erste Werkstück 2 erlaubt. Wie der 2 weiter zu entnehmen ist, ist der Niet/Kopfbolzen 4 soweit durch das erste Werkstück 2 hindurchgestanzt, dass er Kontakt mit dem zweiten Werkstück 3 hat. An seinem Fuß bzw. Nietfuß 5 ist der Niet/Kopfbolzen 4 mit dem zweiten Werkstück 3 verschweißt.
  • Das Herstellen der erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung 1 erfolgt dabei wie folgt:
    Zunächst wird der Niet 4 bzw. Kopfbolzen mittels einer Stanzelektrode 6 soweit durch das erste Werkstück 2 hindurchgestanzt, bis er in Kontakt mit dem zweiten Werkstück 3 tritt. Anschließend wird an den Niet 4 und an das zweite Werkstück 3 eine Spannung angelegt und dadurch der Nietfuß 5 des Niets 4/des Kopfbolzens mit dem zweiten Werkstück 3 verschweißt. Zum Verschweißen kann hierbei eine weitere Elektrode 7 an das zweite Werkstück 3 angelegt werden, wobei das zweite Werkstück 3 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus Metall oder Leichtmetall, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium besteht. Das erste Werkstück 2 hingegen kann auch aus einem nichtelektrisch leitenden Werkstoff, wie beispielsweise Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, bestehen, da zur Herstellung der Schweißverbindung am Nietfuß 5 ein Stromfluss über den Niet/Kopfbolzen 4 erfolgt. Als Niet 4 wird beispielsweise ein sogenannter Zahnniet verwendet.
  • Mit der erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung 1 ist ein einfaches und zugleich zuverlässiges Fügen von Leichtbauwerkstoffen, insbesondere im Karosseriebereich, beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe und Aluminium mit hochfesten Stahlstrukturen möglich. Durch das Einstanzen des Niets 4, der beispielsweise als Zahn- oder Hohlniet ausgebildet sein kann, erfolgt zudem kein vollständiges Trennen der Fasern bei der Verwendung von faserverstärktem Kunststoff für das erste Werkstück 2, wobei die erfindungsgemäße Schweißnietverbindung 1 zugleich hohe Festigkeiten gewährleistet. Ebenfalls sind ein schneller Fügeprozess und dadurch kurze Taktzeiten möglich, wodurch eine hohe Wirtschaftlichkeit erzielt werden kann. Die Anlagenkomplexität sowie die Anlagenkomponenten sind im Vergleich zu bisherigen deutlich reduziert. Von besonderem Vorteil ist auch, dass keine thermische Schädigung des ersten Werkstücks 2 auftritt.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Werkstücken (2, 3) mittels eines Niets/Kopfbolzens (4), bei dem – der Niet/Kopfbolzen (4) mittels einer Stanzelektrode (6) soweit durch das erste Werkstück (2) gestanzt wird, bis er in Kontakt mit dem zweiten Werkstück (3) tritt, – an den Niet/Kopfbolzen (4) und an das zweite Werkstück (3) eine Spannung angelegt und dadurch ein Fuß (5) des Niets/Kopfbolzens (4) mit dem zweiten Werkstück (3) verschweißt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste Werkstück (2) ein Werkstoff aus Metall oder aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, verwendet wird, während für das zweite Werkstück (3) ein elektrisch leitender Werkstoff, insbesondere Metall oder Leichtmetall, wie z. B. Stahl oder Aluminium, verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Niet/Kopfbolzen (4) ein Zahnniet oder ein Hohlniet verwendet wird.
  4. Schweißnietverbindung (1) zweier Werkstücke (2, 3) mit einem Niet/Kopfbolzen (4), der mittels einer Stanzelektrode (6) soweit durch das erste Werkstück (2) gestanzt ist, dass er Kontakt mit dem zweiten Werkstück (3) hat und wobei der Niet/Kopfbolzen (4) mit seinem Fuß (5) mit dem zweiten Werkstück (3) verschweißt ist.
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