DE102013201265A1

DE102013201265A1 - Vormontage zum flow-drill-schrauben von teilen

Info

Publication number: DE102013201265A1
Application number: DE102013201265A
Authority: DE
Inventors: Amanda Kay Freis
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-08-01
Also published as: US9151307B2; US20130195579A1; CN103240578A; US8857040B2; US20150003933A1

Abstract

Ein Verfahren zum Aneinanderbefestigen mehrerer Teile mit einer Flow-Drill-Schraube. Auf einer Seite eines ersten Teils wird eine Vertiefung ausgebildet, und ein zweites Teil wird in Eingriff mit der Seite des ersten Teils montiert, wobei die Vertiefung zum zweiten Teil weist. Die Flow-Drill-Schraube wird durch die Vertiefung eingeführt und Material wird von dem Teil in einen durch die Vertiefung definierten Hohlraum verdrängt. Zwei oder mehr Platten oder Teile können durch Ausrichten einer Flow-Drill-Schraube auf durch Vertiefungen gebildete Hohlräume ausgerichtet werden, die durch Prägen einer oder mehrerer Platten gebildet werden.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vormontage und eine Anordnung zum Aneinanderbefestigen von Teilen mit einer Flow-Drill-Schraube in einem Flow-Drill-Schraubvorgang.
Flow-Drill-Schrauben ist ein einseitiges Verbindungsverfahren, das zum Aneinanderbefestigen von leichten Materialien und verschiedenartigen Materialien verwendet werden kann. Viele andere mechanische Befestigungstechnologien, wie zum Beispiel Stanznieten oder Durchsetzfügen, sind zweiseitige Verbindungsverfahren und erfordern somit größere Zugänglichkeit zu den Komponenten zur Verbindung. Unabhängig von dem Verbindungsverfahren ist es wünschenswert, dass die Passteile bündig sind und Spalte zwischen den Teilen vermieden oder minimiert werden, um eine robuste und qualitativ hochwertige Verbindung zu gewährleisten.
Durch Flow-Drill-Schrauben werden Teile dadurch miteinander verbunden, dass die Schraube direkt in die Montagefläche geschraubt wird. Die Schraube wird mit einer hohen Drehzahl, zum Beispiel 3000–5000 U/min, und einer Kraft im Bereich von zwei bis vier kN gedreht, um eine lokalisierte Erwärmung der Komponenten zur Verbindung zu verursachen. Nach ausreichender Erwärmung dringt die Schraube in die Fläche ein und auf der gegenüberliegenden Seite der Verbindung wird ein extrudierter Ansatz gebildet. Die Spitze der Schraube wird dann mit einer niedrigeren Drehzahl von zum Beispiel 500 bis 2000 U/min gedreht, um eine gewindegewalzte Fläche zu erzeugen. Dann wird die Drehgeschwindigkeit weiter reduziert, um die Schraube zu ihrer Sitzposition zu treiben. Obgleich der Flow-Drill-Schraubprozess mit einem oder ohne ein Durchgangsloch durchgeführt werden kann, neigt bei ohne ein Durchgangsloch verbundenen Teilen das Material dazu, in den Bereich zwischen den Teilen zu fließen. Material, das in den Bereich zwischen den Teilen fließt, kann ein Voneinandertrennen von Passteilen verursachen. Somit kann zwischen den Teilen infolge des Materials, das zwischen die miteinander verbundenen Teile fließt, ein Spalt erzeugt werden. Solche Spalte zwischen den verbundenen Teilen sind wahrscheinlich unerwünscht.
Diese Offenbarung bezieht sich auf die obigen Probleme und andere Probleme, die beim Miteinanderverbinden von Teilen in einem Flow-Drill-Schraubprozess angetroffen werden, insbesondere wenn es vor der Durchführung des Flow-Drill-Schraubprozesses kein Durchgangsloch gibt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Aneinanderbefestigen mehrerer Teile offenbart, das Bilden einer Vertiefung auf einer Seite eines ersten Teils, Montieren eines zweiten Teils in Eingriff mit der Seite des ersten Teils, wobei die Vertiefung dem zweiten Teil zugewandt ist, und Einführen einer Flow-Drill-Schraube in das erste Teil und das zweite Teil durch die Vertiefung umfasst.
Gemäß anderen Aspekten des Verfahrens wird Material von dem ersten und dem zweiten Teil in die Vertiefung verdrängt. Das Verfahren kann weiterhin Montieren eines dritten Teils an das zweite Teil und Einführen der Flow-Drill-Schraube in das dritte Teil umfassen. Gemäß dem Verfahren kann die Vertiefung eine erste Vertiefung sein und kann das Verfahren weiterhin Bilden einer zweiten Vertiefung in einem zweiten Teil umfassen, und wobei bei dem Montageschritt die erste und die zweite Vertiefung aufeinander ausgerichtet werden. Der Ausbildungsschritt kann weiterhin einen Prägeschritt umfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung wird eine Vormontage bereitgestellt, die ein erstes Teil, das eine ununterbrochene Platte ist, die keine Vorbohrung enthält, ein zweites Teil, das eine ununterbrochene Platte ist, die keine Vorbohrung enthält, und eine Flow-Drill-Schraube, die zum Einführen in das erste Teil an einer Stelle ausgerichtet ist, enthält, wobei das erste Teil oder das zweite Teil einen geprägten Hohlraum auf einer Innenseite definiert, der zu dem jeweils anderen, dem ersten oder dem zweiten, Teil weist, und wobei der geprägte Hohlraum auf die Flow-Drill-Schraube ausgerichtet ist.
Gemäß anderen Aspekten der Vormontage kann der geprägte Hohlraum am ersten Teil vorgesehen sein. Als Alternative dazu kann der geprägte Hohlraum am zweiten Teil vorgesehen sein. Der geprägte Hohlraum kann zwei geprägte Hohlräume enthalten, wobei ein erster geprägter Hohlraum am ersten Teil und ein zweiter geprägter Hohlraum am zweiten Teil vorgesehen ist. Statt eines geprägten Hohlraums könnte der Hohlraum durch maschinelle Bearbeitung zum Abtragen von Material aus dem Hohlraumbereich gebildet werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung wird eine Anordnung bereitgestellt, die ein erstes Teil mit einer ersten zugewandten Fläche, ein zweites Teil mit einer zweiten zugewandten Fläche, die an die erste zugewandte Fläche des ersten Teils montiert ist, und eine Flow-Drill-Schraube, die sich durch das erste Teil und das zweite Teil erstreckt, umfasst. Das erste oder das zweite Teil definiert einen Hohlraum zwischen den Teilen, durch den die Flow-Drill-Schraube eingeführt wird, und wobei Material von dem ersten Teil in den Hohlraum geleitet wird, wenn die Flow-Drill-Schraube durch das erste Teil eingeführt wird.
Gemäß anderen Aspekten der Offenbarung kann die Anordnung weiterhin ein drittes Teil umfassen, das an eine erste zugewandte Fläche des zweiten Teils montiert ist. Das dritte Teil kann einen Hohlraum zwischen dem zweiten Teil und dem dritten Teil definieren. Der Hohlraum kann durch das erste Teil und/oder das zweite Teil definiert werden.
Die obigen Aspekte der Offenbarung und andere Aspekte werden angesichts der angehängten Zeichnungen und ausführlichen Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen besser verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Teilansicht eines Prägewerkzeugs und eines Teils nach dem Prägen eines Bereichs des Teils;
2 ist eine als Querschnitt ausgebildete perspektivische Teilansicht der beiden aneinander montierten Teile mit einem bzw. einer durch Prägen eines der Teile gebildeten Hohlraum oder Vertiefung;
3 ist eine Querschnittsansicht einer Flow-Drill-Schraube in Position über zwei aneinander montierten Teilen, mit einem durch Prägen der zweiten zugewandten Fläche des zweiten Teils gebildeten Hohlraum;
4 ist eine Querschnittsansicht einer Flow-Drill-Schraube, die zwei aneinander montierte Teile verbindet, mit einem durch Prägen des zweiten Teils gebildeten Hohlraum;
5 ist eine Querschnittsansicht einer Flow-Drill-Schraube in Position über zwei aneinander montierten Teilen, mit einem durch Prägen der ersten zugewandten Fläche des oberen Teils gebildeten Hohlraum;
6 ist eine Querschnittsansicht einer Flow-Drill-Schraube, die zwei aneinander montierte Teile verbindet, mit einem durch Prägen des oberen Teils gebildeten Hohlraum;
7 ist eine Querschnittsansicht einer Flow-Drill-Schraube in Position über zwei aneinander montierten Teilen, mit einem durch Prägen der ersten zugewandten Fläche des oberen Teils und der zweiten zugewandten Fläche des zweiten Teils gebildeten Hohlraum;
8 ist eine Querschnittsansicht einer Flow-Drill-Schraube, die zwei aneinander montierte Teile verbindet, mit einem durch Prägen der ersten zugewandten Fläche des oberen Teils und der zweiten zugewandten Fläche des zweiten Teils gebildeten Hohlraum;
9 ist eine Querschnittsansicht einer Flow-Drill-Schraube in Position über drei aneinander montierten Teilen, mit einem durch Prägen der ersten zugewandten Fläche des oberen Teils und der ersten zugewandten Fläche des Zwischenteils und der zweiten zugewandten Fläche des dritten Teils gebildeten Hohlraum und
10 ist eine Querschnittsansicht einer Flow-Drill-Schraube, die drei aneinander montierte Teile verbindet, mit einem durch Prägen der ersten zugewandten Fläche des oberen Teils und der zweiten zugewandten Fläche des dritten Teils gebildeten Hohlraum.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unten wird eine ausführliche Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die offenbarten Ausführungsformen sind Beispiele für die Erfindung, die in unterschiedlichen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind in der vorliegenden Anmeldung offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann die Ausübung der Erfindung zu lehren.
Auf 1 Bezug nehmend, wird eine geprägte Platte 10 oder ein geprägtes Teil gezeigt, wobei ein Prägewerkzeug 12 zum Bilden einer Vertiefung 16 in der geprägten Platte 10 verwendet wird. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff "geprägt" auf das Bilden einer Vertiefung in der Fläche eines Objekts, wie zum Beispiel einer Platte 10, oder eines Teils. Obgleich der Begriff "geprägt" für den Bezug auf eine umgekehrte Vertiefung verwendet werden könnte, wird der Einfachheit halber der Begriff "geprägt" für beide Fälle verwendet. Des Weiteren werden die Begriffe "obere" und "untere" für den Bezug auf die Teile und Flächen wie dargestellt verwendet, und es versteht sich, dass die Teile bei der tatsächlichen Produktion in einer beliebigen Ausrichtung angeordnet sein können, wie zum Beispiel seitwärts, winkelförmig ausgerichtet oder sogar umgekehrt, wobei sich das erste Teil über dem zweiten Teil befindet.
Auf 2 Bezug nehmend, wird die geprägte Platte 10 mit einer flachen Platte 18 gezeigt, die aneinander montiert sind, um einen Hohlraum 22 an der Stelle der Vertiefung 16 zu bilden. Eine erste zugewandte Fläche 26 der flachen Platte 18 und eine zweite zugewandte Fläche 28 der geprägten Platte 10 definieren den Bereich des Hohlraums 22. Ein Vorsprung 30 ist infolge der Materialverdrängung, die durch das die Vertiefung 16 in der geprägten Platte 10 bildende Prägewerkzeug 12 verursacht wird, auf der Seite der geprägten Platte 10 ausgebildet, die der Vertiefung 16 gegenüberliegt. Der Hohlraum 22 könnte auch in einem herkömmlichen maschinellen Bearbeitungsprozess, in dem Material aus dem Bereich abgetragen wird, der die Flow-Drill-Schraube aufnehmen soll, maschinell herausgearbeitet werden, und wenn dies der Fall ist, würde kein Vorsprung 30 gebildet werden.
Auf 3 Bezug nehmend, weist die Flow-Drill-Schraube 32 in der Darstellung eine Achse 36 auf, die der Drehachse der Flow-Drill-Schraube 32 entspricht. Die Flow-Drill-Schraube 32 weist einen Kopf 38 auf und kann auch einen Flansch 40 aufweisen. Der Flansch 40 vergrößert die Fläche der flachen Platte 18, die durch die Flow-Drill-Schraube 32 bedeckt wird. Eine Schraubenspitze 42 ist an der Flow-Drill-Schraube 32 am Ende eines Gewindeschafts 46 vorgesehen.
Wie in 3 gezeigt, ist die Flow-Drill-Schraube 32 in der Darstellung so angeordnet, dass ihre Achse 36 auf den durch Montieren der geprägten Platte 10 an eine flache Platte 18 gebildeten Hohlraum 22 ausgerichtet ist. Die erste zugewandte Fläche der flachen Platte 18 und die zweite zugewandte Fläche 28 der geprägten Platte 10 befinden sich in der Darstellung nebeneinander und in Eingriff miteinander. Auf 4 Bezug nehmend, wird ein Querschnitt der Flow-Drill-Schraube 32, die die flache Platte 18 und die geprägte Platte 10 miteinander verbindet, gezeigt. Ein Flusshohlraum 48 ist in dem Kopf 38 ausgebildet, der sich auch in den Flansch 40 der Flow-Drill-Schraube 32 erstrecken kann. Die Schraubenspitze 42 der Flow-Drill-Schraube 32 erstreckt sich in der Darstellung von der geprägten Platte 10 nach außen. Der Gewindeschaft 46 der Flow-Drill-Schraube 32 nimmt in der Darstellung durch Einführen der Flow-Drill-Schraube 32 ein in die Seiten der in den Platten 10 und 18 gebildeten Öffnungen gewalztes Gewinde in Eingriff. In dem Flusshohlraum 48 wird beim Einführen der Flow-Drill-Schraube 32 in die Platten 10 und 18 Rückflussmaterial 50 aufgenommen. Vorwärtsflussmaterial 52 fließt durch die Rückseite 54 der geprägten Platte 10. Zwischenflussmaterial 56 fließt in den zwischen der geprägten Platte 10 und der flachen Platte 18 definierten Hohlraum 22.
Auf die 5 und 6 Bezug nehmend, wird eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der eine umgekehrte geprägte Platte 60 mit einer umgekehrten Vertiefung 62 versehen ist. Es werden für Bezugnahme auf die Flow-Drill-Schraube 32 und die anderen ähnlichen Elemente bei den Ausführungsformen der 5–10 die gleichen Bezugszahlen, die bei der Beschreibung der Ausführungsformen der 1–4 verwendet wurden, verwendet.
Auf 5 Bezug nehmend, ist die Achse 36 der Flow-Drill-Schraube 32 in der Darstellung auf den durch die umgekehrte Vertiefung 62 in der umgekehrten geprägten Platte 60 und der flachen Platte 18 definierten Hohlraum 22 ausgerichtet. Wie in 6 gezeigt, wird die Flow-Drill-Schraube 32 in der Darstellung durch die umgekehrte geprägte Platte 60 und die flache Platte 18 eingeführt.
Rückflussmaterial 50 und der Vorsprung 30, das bzw. der in 5 gezeigt werden, sind in der Darstellung in den durch den Kopf 38 und den Flansch 40 der Flow-Drill-Schraube 32 definierten Flusshohlraum 48 verdrängt worden. In dem in 4 gezeigten Hohlraum 22 befindet sich in der Darstellung von der flachen Platte 18 verdrängtes Zwischenflussmaterial 56. Zusätzliches Material fließt als Vorwärtsflussmaterial 52 von der Rückseite 54 der flachen Platte 18 nach außen. Auf 7 Bezug nehmend, ist in der Darstellung eine Flow-Drill-Schraube 32 mit einer Achse 36 über einer umgekehrten geprägten Platte 60 und einer geprägten Platte 10 angeordnet. Die umgekehrte geprägte Platte 60 definiert eine umgekehrte Vertiefung 62. Die geprägte Platte 10 enthält eine Vertiefung 16. Die Vertiefung 16 und die umgekehrte Vertiefung 62 bilden zusammen einen Doppelhohlraum 66 zwischen der geprägten Platte 10 und der umgekehrten geprägten Platte 60. Die Vorsprünge 30 werden bei Ausbildung der Vertiefungen 62 und 16 in den jeweiligen Platten gebildet.
Auf 8 Bezug nehmend, ist in der Darstellung eine Flow-Drill-Schraube 32 in der geprägten Platte 10 und der umgekehrten geprägten Platten 60 (in 7 gezeigt) eingeführt. Die Flow-Drill-Schraube 32 ist in der Darstellung vollständig durch die Platten 10, 60 eingeführt. Rückflussmaterial 50 ist in der Darstellung in dem Flusshohlraum 48 aufgenommen, wie zuvor beschrieben. Vorwärtsflussmaterial 52 erstreckt sich in der Darstellung von der gegenüberliegenden Seite der geprägten Platte 10. Zwischenflussmaterial 56 fließt in den Doppelhohlraum 66.
Auf 9 Bezug nehmend, wird eine andere alternative Ausführungsform gezeigt, bei der zwei umgekehrte geprägte Platten 60 gezeigt werden, wobei der Vorsprung 30 der umgekehrten geprägten Platte 60 in der umgekehrten Vertiefung 62 der oberen umgekehrten geprägten Platte 60 aufgenommen ist, wie in 9 gezeigt. Die geprägte Platte 10 befindet sich in der Darstellung unter den beiden umgekehrten geprägten Platten. Die Flow-Drill-Schraube 32 weist eine Achse 36 auf, die auf die Vertiefung 62 in der umgekehrten geprägten Platte 60 und die Vertiefung 16 in der geprägten Platte 10 ausgerichtet ist. Ein Doppelhohlraum 66 ist zwischen der geprägten Platte 10 und der unteren umgekehrten geprägten Platte 60 definiert. Wenn die Flow-Drill-Schraube 32 durch die drei in 9 gezeigten Platten eingeführt ist, sammelt sich durch den Flow-Drill-Schraubprozess verdrängtes Material in dem im Kopf 38 und Flansch der Flow-Drill-Schraube 32 definierten Flusshohlraum 48 an. Vorwärtsflussmaterial 52 wird wieder durch die Außenseite der geprägten Platte 10 bewegt, und während des Flow-Drill-Schraubprozesses verdrängtes Material sammelt sich auch in dem Doppelhohlraum 66 an.
Auf 10 Bezug nehmend, wird eine andere alternative Ausführungsform gezeigt, bei der eine umgekehrte geprägte Platte 60 an eine flache Platte 18 und eine geprägte Platte 10 montiert ist. Die Flow-Drill-Schraube 32 weist eine Drehachse 36 auf, die auf den durch die Vertiefung 16 in der geprägten Platte 10 definierten Hohlraum 22 und den durch die umgekehrte Vertiefung 62 in der umgekehrten geprägten Platte 60 definierten umgekehrten Hohlraum 68 ausgerichtet ist. Ein Vorsprung 30 ist oben auf der umgekehrten geprägten Platte 60 ausgebildet. Der Vorsprung 30 ist auch auf der Seite der geprägten Platte 10 ausgebildet, die der Vertiefung 16 gegenüberliegt.
In jedem der obigen Fälle definiert die Vertiefung 16 und die umgekehrte Vertiefung 62 die Hohlräume 22, Doppelhohlräume 66 oder umgekehrten Hohlräume 68, die Material aufnehmen sollen, das beim Einführen der Flow-Drill-Schraube 32 durch die Platten 10, 60 ohne Bilden einer Vorbohrung gebildet wird. Das sich in den Hohlräumen 22, 66 und 68 ansammelnde Material wird in den Hohlräumen aufgenommen und neigt nicht dazu, die Platten zu trennen, die die Flow-Drill-Schraube 32 verbinden soll. Gemäß dem offenbarten Prozess werden unerwünschte Abstände oder Spalte zwischen den Platten vermieden. Obgleich die Verbindung von zwei Platten und drei Platten dargestellt wird, ist man der Ansicht, dass die Erfindung auch auf vier oder mehr Platten und auch auf Teile, bei denen es sich nicht um Blechplatten handelt, angewandt werden kann. Zum Beispiel kann der Prozess auf die Verbindung einer Blechplatte mit einem Gussteil oder dergleichen angewandt werden, ohne von dem offenbarten Konzept abzuweichen.
Obgleich beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibende und nicht einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Vormontage, die Folgendes umfasst: ein erstes Teil, das eine ununterbrochene Platte ist, die kein Durchgangsloch definiert; ein zweites Teil, das eine ununterbrochene Platte ist, die kein Durchgangsloch definiert; und eine Flow-Drill-Schraube, die zum Einführen in das erste Teil an einer Stelle ausgerichtet ist, wobei das erste Teil oder das zweite Teil einen geprägten Hohlraum auf einer Innenseite definiert, die zu dem jeweils anderen, dem ersten oder dem zweiten, Teil weist, und wobei der geprägte Hohlraum auf die Flow-Drill-Schraube ausgerichtet ist.
Vormontage nach Anspruch 1, wobei der geprägte Hohlraum am ersten Teil vorgesehen ist.
Vormontage nach Anspruch 1, wobei der geprägte Hohlraum am zweiten Teil vorgesehen ist.
Vormontage nach Anspruch 1, wobei ein erster geprägter Hohlraum am ersten Teil und ein zweiter geprägter Hohlraum am zweiten Teil vorgesehen ist, und wobei der erste geprägte Hohlraum und der zweite geprägte Hohlraum auf der ersten und zweiten Innenseite des ersten Teils und des zweiten Teils vorgesehen sind.
Anordnung, die Folgendes umfasst: ein erstes Teil mit einer ersten zugewandten Fläche; ein zweites Teil mit einer zweiten zugewandten Fläche, die an die erste zugewandte Fläche des ersten Teils montiert ist; und eine Flow-Drill-Schraube, die sich durch das erste Teil und das zweite Teil erstreckt, wobei das erste oder das zweite Teil einen Hohlraum zwischen den Teilen definiert, durch den die Flow-Drill-Schraube eingeführt wird, und wobei Material von dem ersten Teil oder dem zweiten Teil in den Hohlraum geleitet wird, wenn die Flow-Drill-Schraube durch die Anordnung eingeführt wird.
Anordnung nach Anspruch 5, die ein drittes Teil umfasst, das an das zweite Teil montiert ist.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei das dritte Teil einen Hohlraum zwischen dem zweiten und dem dritten Teil definiert.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei der Hohlraum durch das erste Teil definiert wird.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei der Hohlraum durch das zweite Teil definiert wird.
Anordnung nach Anspruch 5, die weiterhin ein drittes Teil umfasst, das zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil montiert ist, und wobei das erste Teil mit dem dritten Teil einen ersten Hohlraum definiert und das zweite Teil mit dem dritten Teil einen zweiten Hohlraum definiert, und wobei Material in den ersten Hohlraum und den zweiten Hohlraum geleitet wird, wenn die Flow-Drill-Schraube in die Anordnung eingeführt wird.