DE102012013750A1 - Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen.
- Im Automobilbau werden Bauteile heutzutage immer öfter durch plastische Verformung, beispielsweise durch Crimpen, miteinander verbunden. Dabei besteht die Anforderung an diese Bauteile, immer leichter, d. h. beispielsweise dünnwandiger oder mit einem geringeren Querschnitt, ausgebildet zu werden. Dadurch kommt es, insbesondere beim Verbinden der Bauteile durch plastische Verformung, zu Beschädigungen an den Bauteilen, die beispielsweise die Sicherheit der resultierenden Verbindung beeinträchtigen können.
- Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
- Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen durch plastische Verformung, bei dem bei mindestens einem Bauteil, vor dessen plastischer Verformung, der Verformungsbereich, vorzugsweise vollständig erwärmt wird.
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels plastischer Verformung. Derartige Verfahren sind im Stand der Technik, beispielsweise als Crimpen, Flaren, Knickbauchen oder Bördeln, bekannt. Dabei wird beispielsweise ein Bauteil in ein anderes Bauteil hineingesteckt und dann eines der Bauteile so plastisch verformt, dass diese Verbindung irreversibel ist. Erfindungsgemäß erfolgt die Verformung an einem vorher erwärmten Bauteil, wobei die Erwärmung vorzugsweise in dem gesamten zu verformenden Bereich erfolgt. Beispielsweise wird das Bauteil an seinem gesamten inneren und/oder äußeren Umfang jedoch nur lokal in dem Bereich, in dem die Verbindung und/oder die Verformung realisiert werden soll, d. h. nicht über die gesamte Länge des Bauteils, erwärmt. Diese Art der Erwärmung ist insbesondere für das Crimpen oder Bördeln bevorzugt. Die Erwärmung kann aber auch nur in einem Teilbereich des Umfangs erfolgen. Die anschließende plastische Verformung kann im noch erwärmten Zustand des Verformungsbreichs erfolgen. Durch die Erwärmung ist das Bauteil lokal weicher und kann dadurch verformt werden, ohne dass sich beispielsweise Risse bilden. Die Verformung kann aber auch im wieder zumindest teilweise abgekühlten Zustand des Bauteils erfolgen. Dabei wird durch die Erwärmung, insbesondere jedoch durch die Abkühlung eine Gefügeänderung in dem Material bewirkt, so dass die Struktur des Bauteils in dem Verformungsbereich dauerhaft geschwächt ist und sich dadurch leichter verformt und es kommt zu keiner Rissbildung beim Verformen. Insbesondere bei einer vollumfänglichen Erwärmung kann sich bei der plastischen Verformung der gesamte Umfang des Bauteils verformen und es kommt zu keiner lokalen Überbeanspruchung des Materials. Die Erwärmung ist vorzugsweise ringförmig, insbesondere kreisringförmig oder kreissegmentförmig.
- Alternativ ist es aber auch möglich durch die Erwärmung und/oder Abkühlung die Struktur des Materials des Bauteils zu verfestigen.
- Durch die Erwärmung ist es auch möglich lokale Spannungen auf oder abzubauen.
- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise eine Lagerstelle für eine Feder insbesondere eine Torsionsfeder in einem Rohr geschaffen werden und/oder die Feder mit dem Rohr verbunden werden.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise metallische Bauteile miteinander verbunden. Vorzugsweise wird als Wärmequelle Strahlung, insbesondere ein Laser, eingesetzt. Vorzugsweise wird die Strahlung einer Strahlungsquelle mit einem optischen Mittel so umgelenkt, dass sie auf den gesamten Umfang des Bauteils, insbesondere in dem Bereich, der verformt werden soll, gleichzeitig auftrifft. Das Bauteil ist dabei vorzugsweise stationär, d. h. es wird beim Erwärmen nicht bewegt, beispielsweise gedreht. Dadurch wird Zeit gespart und/oder das Erwärmen erfolgt gleichmäßiger. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Mittel um einen Spiegel, insbesondere einen Ringspiegel und/oder ein Kegelspiegel und/oder um eine Linse. Des Weiteren kommt als optisches Mittel insbesondere ein strahlungsdurchlässiger Spiegel zum Einsatz. Durch das optische Mittel kann auch erreicht werden, dass keine Wärme, insbesondere keine Strahlung, an die Umwelt gelangt. Dadurch kann auf eine Einkapselung der Erwärmungszone verzichtet werden.
- Alternativ oder zusätzlich wird das Bauteil beim Erwärmen gedreht. Bei der Verwendung von Strahlung als Wärmequelle, wird die Erwärmung in diesem Fall vorzugsweise gekapselt.
- Die Erwärmung des Bauteils kann „inline” erfolgen. Insbesondere beim Verformen von bereits wieder abgekühlten Bauteilen, kann die Erwärmung aber auch „offline” erfolgen.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Erwärmung durch Induktion.
- Vorzugsweise wird die Erwärmung des Bauteils mittels eines Sensors, beispielsweise einer Kamera, insbesondere einer Infrarotkamera, und/oder einem Pyrometers überprüft und die Wärmequelle, insbesondere die Strahlungsquelle und/oder das optische Mittel, mittels des Signals des Sensors geregelt.
- Vorzugsweise wird das erwärmte Bauteil nach dessen Verbund mit dem anderen Bauteil so gekühlt, dass es anschließend bestimmte, gewünschte Materialeigenschaften aufweist. Beispielsweise findet durch die Abkühlung eine Gefügeänderung statt.
- Weiterhin bevorzugt weist, insbesondere das zu erwärmende Bauteil, unterschiedliche Materialeigenschaften auf. Beispielsweise kommt in dem Verbindungsbereich ein Material mit einer besonderen Härte zum Einsatz, während der Rest des Bauteils aus einem Material mit einer geringeren Härte gefertigt ist.
- Nach dessen Erwärmung wird das erwärmte Bauteil, vorzugsweise sofort, verformt, um die Verbindung mit dem anderen Bauteil einzugehen.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand der
1 –5 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. -
1 zeigt eine Bindung mit Crimpen und Bördeln. -
2 zeigt eine Verbindung zwischen einem Querträger und einem Seitenteil eines Fahrzeugsitzes. -
3 zeigt das Erwärmen des Bauteils. -
4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
1 zeigt die Verbindung zwischen einem ersten Bauteil1 , hier einem Rohr, mit zwei zweiten Bauteilen2 ,3 . Das Rohr1 wird in die beiden Bauteile2 ,3 , wie durch den Pfeil dargestellt, geschoben und sodann plastisch verformt, so dass das Rohr fest mit den Bauteilen2 ,3 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Rohr1 und dem Bauteil2 erfolgt durch Crimpen5 , während das Bauteil3 durch eine Bördelung4 des Endes des Rohres1 an diesem befestigt wird. Beim Crimpen bzw. Bördeln wird das Rohr1 plastisch so verformt, dass die Bauteile2 ,3 form- und/oder kraftschlüssig mit dem Rohr verbunden sind. Während das Bauteil2 drehmomentübertragend an dem Rohr1 gelagert ist, kann sich das Rohr1 innerhalb des Seitenteils3 drehen. -
2 zeigt eine Anwendung der Verbindung gemäß1 . Es ist zu erkennen, dass es sich bei dem Rohr1 um den Querträger des Rahmens eines Sitzteils eines Fahrzeugsitzes handelt, der zum einen mit dem Seitenteil3 dieses Rahmens und zum anderen mit einem Teil2 der Höhenverstellung des Fahrzeugsitzes verbunden wird. - In
3 wird die erfindungsgemäße Erwärmung des Rohres zur Herstellung der Verbindung mit einem anderen Bauteil gezeigt. Zur Erwärmung wird das Rohr1 mittels eines Antriebs6 , hier zwei Rollen, durch eine Erwärmung7 transportiert, in der das Rohr gleichzeitig vollumfänglich an einer, hier mehreren, Stelle(n), die vorzugsweise beabstandet voneinander vorgesehen sind, erwärmt. Das Rohr wird an seinem gesamten Umfang gleichzeitig sowie gleichmäßig erwärmt. Vorzugsweise bewegt sich das Rohr bei dessen Erwärmung nicht. Die Erwärmung erfolgt in dem vorliegenden Fall im Bereich des Kreisrings8 . Der Kreisring8 am äußeren Umfang des Rohres wird dabei gleichzeitig und/oder gleichmäßig erwärmt. Unmittelbar anschließend erfolgt die Verformung des Rohres zur Herstellung der Crimp-Verbindung bzw. der Bördelung. Die Erwärmung des Kreisrings8 am äußeren Umfang des Rohres1 erfolgt in dem vorliegenden Fall durch einen Laser-Strahl, der mittels mehrerer optischer Mittel, insbesondere einem Kegelspiegel, in eine ringförmige Strahlung umgewandelt wird, in die das zu erwärmende Bauteil, hier das Rohr1 , platziert wird, um es lokal, an seinem gesamten Umfang gleichzeitig aufzuwärmen. Das zu erwärmende Bauteil kann relativ zu dem Kegelspiegel verschoben werden, so dass axial voneinander beabstandete Bereiche erwärmt werden können. Bei der eigentlichen Erwärmung des Erwärmungsbereichs8 steht das Rohr1 aber vorzugsweise still. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine Kamera auf, mit der die Temperatur des Rohrs an dem erwärmten Umfang gemessen wird. Das Signal dieser Kamera wird zur Regelung des Lasers eingesetzt. - In
4 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Bauteil1 wird mit einem Erwärmungsmittel7 , beispielsweise einem Ringlaser lokal, hier kreisringförmig auf eine Temperatur T1 erwärmt, was mit dem Bezugszeichen8 gekennzeichnet ist. Danach wird das Bauteil1 , hier von einem Roboter aus der Erwärmung7 entnommen und mit den Bauteilen2 ,3 durch Crimpen und Bördeln verbunden. Durch die Erwärmung des Verformungsbereichs ist die Kraft ΔF, die für die Verformung benötigt wird, im Vergleich zu einem nicht erwärmten Verformungsbereich reduziert. Erst danach wird das Bauteil auf die Temperatur T2 runtergekühlt. Das Kühlen kann so erfolgen, dass es eine Gefügeänderung in dem erwärmten und/oder verformten Bereich zur Folge hat. - In
5 ist eine alternative Verfahrensführung dargestellt. Nach dem Erwärmen werden die erwärmten Bereiche so gezielt abgekühlt, dass die Struktur des Bauteils, insbesondere durch eine Gefügeänderung gezielt lokal geschwächt wird. Erst nachdem das Bauteil abgekühlt worden ist, erfolgt die Verformung, hier durch Crimpen und Bördeln, was bereits oben beschrieben wurde. Dadurch, dass die Struktur des Bauteils in den Verbindungsbereichen gezielt geschwächt wurde kann die Verformung leichter und/oder ohne Rissbildung erfolgen. Die Erwärmung/Abkühlung kann inline oder offline erfolgen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bauteil, Querträger
- 2
- Bauteil, Höhenverstellung
- 3
- Bauteil, Seitenteil
- 4
- Formung, Bördelung
- 5
- Formung, Crimpung
- 6
- Antrieb
- 7
- Erwärmungsmittel
- 8
- erwärmter Bereich, Erwärmungsbereich, Kreisring, Kreisring am äußeren Umfang eines Rohres
- 9
- geschwächter Bereich durch Material-, Gefügeumwandlung
- ΔT
- Abkühlung
- T1
- erhöhte Temperatur
- T2
- reduzierte Temperatur, Umgebungstemperatur
- ΔF
- Kraft, die für die Verformung des Bauteils
1 benötigt wird.
Claims (10)
- Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen (
1 ,2 ,3 ) durch plastische Verformung, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Bauteil (1 ) vor dessen plastischer Verformung, der Verformungsbereich, vorzugsweise vollständig, erwärmt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung im erwärmten Zustand erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungsbereich vor dem Verformen abgekühlt wird.
- Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Erwärmung die Struktur des Bauteils lokal geschwächt wird.
- Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (
1 ,2 ,3 ) durch Crimpen oder Bördeln miteinander verbunden werden. - Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass metallische Bauteile (
1 ,2 ,3 ) miteinander verbunden werden. - Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle (
7 ) Strahlung, insbesondere ein Laser, und/oder Induktion eingesetzt wird. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (
7 ) einer Strahlungsquelle mit einem optischen Mittel so umgelenkt wird, dass sie auf den gesamten Umfang des Bauteils (1 ,2 ,3 ), insbesondere in dem Bereich, der verformt werden soll, auftrifft. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung auf dem Umfang des Bauteils gleichzeitig auftrifft.
- Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Bauteil (
1 ) nach dessen Verbund mit dem anderen Bauteil (2 ,3 ) so gekühlt wird, dass es anschließend bestimmte, gewünschte Materialeigenschaften aufweist.
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