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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen über eine Schraubverbindung.
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Aus der Praxis ist es bekannt, einen Kraftfahrzeugrohbau aus Aluminium zu fertigen. Kraftfahrzeugrohbauten aus Aluminium verfügen gegenüber Kraftfahrzeugrohbauten aus Stahl über ein deutlich geringeres Gewicht.
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Zur weiteren Reduzierung des Gewichts von Kraftfahrzeugen ist wünschenswert Bauteile des Kraftfahrzeugrohbaus aus einem Magnesiumwerkstoff zu fertigen und mit Bauteilen des Kraftfahrzeugrohbaus, die aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt sind, zu verbinden. Bislang ist es aber nicht möglich, ein Bauteil aus einem Magnesiumwerkstoff und ein Bauteil aus einem Aluminiumwerkstoff unter Ausbildung des Kraftfahrzeugrohbaus automatisiert unter Gewährleistung eines ausreichenden Korrosionsschutzes miteinander durch Verschrauben zu verbinden.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine neuartige Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen über eine Schraubverbindung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst dieselbe eine Handhabungseinrichtung zum Ausbilden einer Schraubverbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil durch Festziehen einer Schraube zwischen den beiden Bauteilen unter Zwischenanordnung einer Unterlegscheibe zwischen einem Schraubenkopf der Schraube und dem zweiten Bauteil, wobei die Handhabungseinrichtung ein vorzugsweise klinkenartiges Führungselement umfasst, welchem die Schraube und die Unterlegscheibe getrennt zuführbar sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt mit einfachen Mitteln das Verbinden von Bauteilen über eine Schraubverbindung, insbesondere bei der Herstellung eines Kraftfahrzeugrohbaus mit einem Bauteil aus einem Magnesiumwerkstoff und einem Bauteil aus einem Aluminiumwerkstoff, die automatisiert unter Gewährleistung eines ausreichenden Korrosionsschutz durch die Schraubverbindung verbunden werden, wobei die Schraubverbindung eine Schraube aus Stahl und eine Unterlegscheibe aus einem Aluminiumwerkstoff umfasst.
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Durch die getrennte Zuführung von Schraube und Unterlegscheibe zu den zu verbindenden Bauteilen kann die Gefahr einer Beschädigung der Unterlegscheibe sowie eines Verkippens von Schraube und Unterlegscheibe bei der Ausbildung der Schraubverbindung zwischen den zu verbindenden Bauteilen vermieden werden.
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Vorzugsweise weist das vorzugsweise klinkenartige Führungselement einen ersten Führungsabschnitt zur Aufnahme und Führung der Schraube und einen zweiten Führungsabschnitt zur Aufnahme und Führung der Unterlegscheibe auf, wobei das Führungselement von einem ersten Zustand, in welches dasselbe Schraube und Unterlegscheibe getrennt hält, in einen zweiten Zustand, in welches dasselbe die Vereinigung von Schraube und Unterlegscheibe zulässt, überführbar ist. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist konstruktiv einfach und bevorzugt. Im ersten Zustand des Führungselements werden Schraube und Unterlegscheibe sicher voneinander separiert, so dass keine Gefahr besteht, dass die Schraube bei hohen Drehzahlen die Unterlegscheibe kontaktiert und so dieselbe beschädigt. Erst im zweiten Zustand lässt das Führungselement die Vereinigung von Schraube und Unterlegscheibe zu, so dass demnach Schraube und Unterlegscheibe erst bei geringen Drehzahlen der Schraube vereinigt werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 einen schematisierten Querschnitt durch einen Bereich eines Kraftfahrzeugsrohbaus;
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2 einen Querschnitt durch ein Detail einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen des Kraftfahrzeugsrohbaus; und
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3 einen gegenüber 2 um 90° gedrehten Querschnitt durch das Detail der 2.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen über eine Schraubverbindung. Insbesondere dient die Vorrichtung der Herstellung eines Kraftfahrzeugrohbaus, bei welchem ein erstes Bauteil des Kraftfahrzeugrohbaus aus einem Aluminiumwerkstoff, ein zweites Bauteil des Kraftfahrzeugrohbaus, welches mit dem ersten Bauteil durch die Schraubverbindung verbunden ist, aus einem Magnesiumwerkstoff, die Schraube der Schraubverbindung aus Stahl und die Unterlegscheibe der Schraubverbindung aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt ist. Obwohl nachfolgend die erfindungsgemäße Vorrichtung für diesen bevorzugten Anwendungsfall beschreiben wird, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch andere Bauteile aus anderen Werkstoffkombinationen über eine Schraubverbindung verbunden werden.
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1 zeigt schematisiert einen Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeugrohbau 10 eines Kraftfahrzeugs im Bereich eines ersten Bauteils 11 aus einem Aluminiumwerkstoff und eines mit dem ersten Bauteil 11 verbundenen zweiten Bauteils 12 aus einem Magnesiumwerkstoff.
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Die beiden Bauteile 11 und 12 des Kraftfahrzeugrohbaus 10 sind über eine Schraubverbindung 13, die eine Schraube 14 und eine Unterlegscheibe 15 umfasst, lösbar miteinander verbunden sind. Zusätzlich zu dieser Schraubverbindung 13 kann zwischen den Bauteilen 11 und 12 noch eine Klebverbindung ausgebildet sein, welche die Verbindung unlösbar macht. Das erste Bauteil 11 ist, wie bereits ausgeführt, vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff 11 gefertigt. Das zweite Bauteil 12 ist hingegen vorzugsweise aus einem Magnesiumwerkstoff gefertigt. Bei der Schraube 14, die der Ausbildung der Schraubverbindung 13 dient, handelt es sich um eine sogenannte Flow-Drill Schraube aus vorzugsweise Stahl, deren Schraubenkopf 16 und Schraubenschaft 17 aus Stahl gefertigt sind. Die Schraube 14 aus Stahl ist vorzugsweise mit einem Zinkwerkstoff beschichtet.
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Die Unterlegscheibe 15 der Schraubverbindung 13 ist vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt, wobei die Unterlegscheibe 15 zwischen dem Schraubenkopf 16 der Schraube 14 aus Stahl und dem zweiten Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff positioniert ist. Über die Unterlegscheibe 15 aus Aluminium kann ein guter Korrosionsschutz zwischen dem zweiten Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff und der Schraube 14 aus Stahl gewährleistet werden.
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Zum Herstellen eines solchen Kraftfahrzeugrohbaus 10 werden zunächst das erste Bauteil 11 aus dem Aluminiumwerkstoff und das zweite Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff bereitgestellt und über eine Klebverbindung unlösbar verbunden. Ebenso werden eine Schraube 14 aus Stahl und eine Unterlegscheibe 15 aus einem Aluminiumwerkstoff bereitgestellt, wobei anschließend das erste Bauteil 11 aus dem Aluminiumwerkstoff und das zweite Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff zusätzlich über eine Schraubverbindung 13 unter Verwendung der Schraube 14 und der Unterlegscheibe 15 miteinander verbunden werden.
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Die Unterlegscheibe 15 aus dem Aluminiumwerkstoff wird zwischen dem Schraubenkopf 16 der Schraube 14 aus Stahl und dem zweiten Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff positioniert.
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Bei der Ausbildung des Kraftfahrzeugrohbaus 10 werden die Schraube 14 und die Unterlegscheibe 15 den miteinander zu verbindenden Bauteilen 11 und 12 getrennt zugeführt und erst unmittelbar vor dem Ausbilden der Schraubverbindung 13 zusammengeführt.
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Durch diese zunächst getrennte Handhabung von Schraube 14 und Unterlegscheibe 15 kann gewährleistet werden, dass die Schraube 14 und die Unterlegscheibe 15 bei der Ausbildung der Schraubverbindung nicht verkippen. Weiterhin wird eine Beschädigungsgefahr für die Unterlegscheibe 15 bei der Ausbildung der Schraubverbindung 13 vermieden.
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Die Schraube 14 aus Stahl ist als sogenannte Flow-Drill Schraube ausgeführt. Bei der Ausbildung der Schraubverbindung 13 zwischen den beiden Bauteilen 11 und 12 über eine sogenannte Flow-Drill Schraube 14 wird so vorgegangen, dass ein zweites Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff bereitgestellt wird, welches eine Ausnehmung aufweist. Das bereitgestellte erste Bauteil 11 aus dem Aluminiumwerkstoff, welches mit dem zweiten Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff zu verbinden ist, weist keine entsprechende Ausnehmung auf.
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Um nun die Schraubverbindung 13 auszubilden, wird zunächst die Schraube 14, deren Schraubenschaft 17 das Aluminiumbauteil 11 kontaktiert und die Ausnehmung im Magnesiumbauteil 12 durchdringt, mit einer hohen Drehzahl angetrieben, um so das Aluminiumbauteil 11 durch Kontakt mit dem Schraubenschaft 17 aus Stahl aufzuschmelzen.
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Dann, wenn dies in ausreichendem Maß geschehen ist, wird der Schraubenschaft 17 durch eine translatorische Bewegung unter Reduzierung der Drehzahl der Schraube 14 in das erste Bauteil 11 aus dem Aluminiumwerkstoff eingedreht wird, nämlich derart, dass der Schraubenschaft 17 das erste Bauteil 11 aus dem Aluminiumwerkstoff vollständig durchdringt. Dadurch werden die Bauteile 11 und 12 über die Flow-Drill Schraube 14 miteinander verbunden.
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Da der Schraubenkopf der Schraube 14 aus Stahl erst kurz vor Ausbildung der Schraubverbindung auf die Unterlegscheibe 15 aus dem Aluminiumwerkstoff gedrückt wird, also dann, wenn nach ausreichendem Aufschmelzen des ersten Bauteils 11 aus dem Aluminiumwerkstoff die Schraube 14 bei reduzierter Drehzahl in das erste Bauteil 11 aus dem Aluminiumwerkstoff eingedreht wird, kann eine Beschädigungsgefahr für die Unterlegscheibe 15 aus dem Aluminiumwerkstoff vermieden werden.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die vorzugsweise zum Herstellen eines solchen Kraftfahrzeugrohbaus 10 verwendet wird, wobei 2 und 3 zwei um 90° zueinander versetzte, schematisierte Querschnitte durch ein Detail der Vorrichtung zeigen. So zeigen 2 und 3 eine Handhabungseinrichtung 18 zum Ausbilden der Schraubverbindung 13 zwischen dem ersten Bauteil 11 aus dem Aluminiumwerkstoff und dem zweiten Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff unter Verwendung einer Schraube 14 aus Stahl und einer Unterlegscheibe 15 aus einem Aluminiumwerkstoff, wobei die Handhabungseinrichtung 18 ein klinkenartiges Führungselement 19 umfasst.
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Dem klinkenartigen Führungselement 19 sind die Schraube 14 und die Unterlegscheibe 15 getrennt zuführbar, um zunächst die Schraube 14 und Unterlegscheibe 15 getrennt voneinander handzuhaben und erst kurz vor Ausbildung der eigentlichen Schraubverbindung 13 zusammenzuführen.
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Das klinkenartige Führungselement 19 verfügt über einen ersten Führungsabschnitt 20 zur Aufnahme und Führung der Schraube 14 sowie über einen zweiten Führungsabschnitt 21 zur Aufnahme und Führung der Unterlegscheibe 15.
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Das klinkenartige Führungselement 19 ist von einem in 2 und 3 gezeigten ersten Zustand, in welchem dasselbe Schraube 14 und die Unterlegscheibe 15 getrennt hält, durch Verschwenken relativ zueinander verschwenkbarer Halter 22 und 23 des Führungselements 19 in einen zweiten Zustand überführbar, in welchem dasselbe die Vereinigung von Schraube 14 und Unterlegscheibe 15 zulässt.
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2 kann entnommen werden, dass die beiden Halter 22 und 23 des klinkenartigen Führungselements 19 jeweils an einem Gelenk 24 bzw. 25 schwenkbar gelagert sind und durch Verlagerung im Sinne der Pfeile 26 vom ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt werden können.
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Wie 3 zeigt, verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich zu der Handhabungseinrichtung 18 über eine Scheibenzuführung 27, über welche Unterlegscheiben 15 im ersten Zustand des klinkenartigen Führungselements 18 dem zweiten Führungsabschnitt 21 desselben zugeführt werden können.
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In 3 sind insgesamt drei Unterlegscheiben 15 gezeigt, wobei eine derselben im zweiten Führungsabschnitt 21 des klinkenartigen Führungselements 19 aufgenommen ist und die beiden anderen sich noch im Bereich der Scheibenzuführung 27 befinden.
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Die Zuführrichtung der Unterlegscheiben 15 über die Scheibenzuführung 27 ist durch Pfeile 28 visualisiert.
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Die Schrauben 14 sind der Handhabungseinrichtung 18 über eine Schraubenzuführung 29 zuführbar. Dann, wenn eine Schraube 14 dem ersten Führungsabschnitt 20 des klinkenartigen Führungselements 19 über die Schraubenzuführung 29 zugeführt wurde, verschwenkt die Schraubenzuführung 29 im Sinne des Pfeils 30, nämlich von der Handhabungseinrichtung 18 weg, so dass dann eine nicht gezeigte Einrichtung die Schraube 14 zur Ausbildung der Schraubverbindung auf entsprechende Drehzahlen beschleunigen kann.
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Die Zuführung einer Schraube 14 über die Schraubenzuführung 29 in den Bereich des ersten Führungsabschnitts 20 des klinkenartigen Führungselements erfolgt erst dann, wenn bereits eine Unterlegscheibe 15 über die Scheibenzuführung 27 dem zweiten Führungsabschnitt 27 des klinkenartigen Führungselements 19 zugeführt wurde.
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Wie bereits ausgeführt, erfolgt die Zuführung von Unterlegscheibe 15 und Schraube 14 in den Bereich des klinkenartigen Führungselements 19 dann, wenn das klinkenartige Führungselement 19 den ersten Zustand einnimmt, in welchem dasselbe die Schraube 14 und Unterlegscheibe 15 getrennt hält.
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Im ersten Zustand des Führungselements 18 ist die Unterlegscheibe 15 dem zweiten Führungsabschnitt 21 des klinkenartigen Führungselements 19 über die Scheibenzuführung 27 zeitlich vor der Zuführung der Schraube 14 zum ersten Führungsabschnitt 20 zuführbar ist, wobei im ersten Zustand des Führungselements 18 die Schraube 14 dem ersten Führungsabschnitt 20 des klinkenartigen Führungselements 19 über die Schraubenzuführung 29 zeitlich nach der Zuführung der Unterlegscheibe 15 zum zweiten Führungsabschnitt 21 zuführbar ist.
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Ein gegebenenfalls vorhandener Niederhalter 31 dient der exakten Ausrichtung der Handhabungseinrichtung 19 relativ zu den miteinander zu verbinden Bauteilen.
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Dann, wenn im Sinne der 2 und 3 sowohl eine Unterlegscheibe 15 als auch eine Schraube 14 dem klinkenartigen Führungselement 19 im ersten Zustand desselben unter Trennung von Unterlegscheibe 15 und Schraube 14 zugeführt wurden, wird durch eine nicht gezeigte Vorrichtung die Schraubenzuführung 29 verschwenkt und die Schraube 14 ohne Kontakt mit der Unterlegscheibe 15 auf hohe Drehzahl beschleunigt, um, wie oben bereits ausgeführt, das erste Bauteil 11 aus Aluminium in einem solchen Abschnitt, in welchem die Schraubverbindung 13 ausgebildet werden soll, anzuschmelzen.
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Erst dann, wenn dies in ausreichendem Maß geschehen ist und die Drehzahl der Schraube 14 reduziert wurde, wird durch diese Einrichtung die Schraube 14 translatorisch in das erste Bauteil 11 aus dem Aluminiumwerkstoff eingedreht, wobei in 2 und 3 die Schraube 14 translatorisch nach unten verlagert wird, nämlich derart, dass hierbei passiv die beiden Halter 22 und 23 des klinkenartigen Führungselements 19 im Sinne der Pfeile 26 verschwenkt werden, so dass dann die Schraube 14 weiter in die Unterlegscheibe 15 eingeführt und die Unterlegscheibe 15 sowie die Schraube 14 durch Überführen des klinkenartigen Führungselements 18 vom ersten Zustand in den zweiten Zustand freigegeben werden, so dass dieselben dann bei Ausbildung der Schraubverbindung 13 vereinigt werden können.
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Dabei kommt dann letztendlich die Unterlegscheibe 15 aus einem Aluminiumwerkstoff zwischen dem Schraubenkopf der Schraube 14 aus Stahl und dem zweiten Bauteil 12 aus dem Magnesiumwerkstoff zur Anlage.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, ist der erste Führungsabschnitt 20 des klinkenartigen Führungselements 19, welcher der Aufnahme und Führung der Schraube 14 dient, vorzugsweise trichterartig bzw. im Querschnitt rampenartig konturiert.
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Hierdurch kann bei translatorischer Verlagerung der Schraube 14 das Verschwenken der beiden Halter 22 und 23 im Sinne der Pfeile 26 zur Überführung des klinkenartigen Führungselements vom ersten Zustand in den zweiten Zustand desselben einfach gewährleistet werden.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden demnach die Schraube 14 aus Stahl und die Unterlegscheibe 15 aus dem Aluminiumwerkstoff automatisiert und getrennt voneinander der Handhabungseinrichtung 18 zugeführt, wobei die Vereinigung von Schraubenkopf und Unterlegscheibe und damit ein Kontaktaufbau zwischen Schraube 14 und Unterlegscheibe 15 erst kurz vor Beendigung der Ausbildung der Schraubverbindung 13 zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen 11 und 12 erfolgt. Hierdurch kann eine Beschädigungsgefahr für die Unterlegscheibe 15 aus Aluminium bei der Ausbildung der Schraubverbindung 13 vermieden werden.
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Durch die getrennte Handhabung von Unterlegscheibe 15 und Schraube 14 wird weiterhin eine Verkippgefahr für Schraube 14 und Unterlegscheibe 15 bei der Ausbildung der Schraubverbindung 13 vermieden. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass bedingt dadurch, dass ausschließlich der Schraubenkopf 16 der Schraube 14 für die Überführung des klinkenartigen Führungselements 19 vom ersten Zustand in den zweiten Zustand verantwortlich ist, ein Klinkenöffnungswinkel klein gehalten werden kann, da der Durchmesser des Schraubenkopfs 16 der Schraube 14 kleiner ist als der Durchmesser der Unterlegscheibe 15.
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Eine gemeinsame Handhabung von Unterlegscheibe 15 und Schraube 14 würde zu größeren Klinkenöffnungswinkeln und damit zu einer Verkippgefahr führen.
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Ferner ist es durch entsprechende Ansteuerung der Scheibenzuführung 27 möglich, wechselweise Schraubverbindung 13 mit und ohne Unterlegscheibe 15 auszubilden.
