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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Verbindungsanordnung von wenigstens zwei Bauteilen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
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Ein solches Verfahren sowie eine solche Verbindungsanordnung sind beispielsweise der
DE 10 2007 033 126 B4 als bekannt zu entnehmen. Im Rahmen des Verfahrens wird ein erstes Bauteil mit wenigstens einem zweiten Bauteil mittels zumindest eines Nagels verbunden. Ein solches Verfahren wird üblicherweise auch als „Bolzensetzen” bezeichnet. Das Bolzensetzen ist eine Fügetechnik, bei welcher die Bauteile mittels eines Nagels beziehungsweise eines Bolzens miteinander verbunden werden. Der Bolzen beziehungsweise der Nagel wird an einer Fügestelle in die Bauteile eingetrieben. Ferner wird bei dem Verfahren zumindest an der Fügestelle ein Spalt zwischen den Bauteilen vorgesehen. Dieser Spalt wird dabei zeitlich vor dem Eintreiben des Nagels in die Bauteile vorgesehen beziehungsweise eingestellt.
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Ferner offenbart die
DE 10 2011 114 801 A1 ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zweiflächigen Fügepartnern, insbesondere Karosseriebauteilen, in einem Verbindungsbereich, in welchem die Fügepartner zumindest abschnittsweise an einander zugewandten Verbindungsflächen aneinander anliegen. Bei dem Verfahren wird an mindestens einem der Fügepartner im Verbindungsbereich ein Dicken-Reduktionsbereich erzeugt, in dem die Dicke dieses Fügepartners lokal reduziert wird. Mindestens einer der Fügepartner wird im Bereich der Verbindungsflächen mit einem Klebstoff versehen. Die Fügepartner werden so mit ihren Verbindungsflächen aneinander gelegt, dass der Dicken-Reduktionsbereich des einen Fügepartners an der Verbindungsfläche des anderen Fügepartners zu liegen kommt. Ferner wird ein Fügeelement in den Verbindungsbereich eingetrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders hohe Prozesssicherheit realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem sich eine besonders hohe Prozesssicherheit realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Spalt an der Fügestelle zeitlich vor dem Eintreiben des Fügeelements, insbesondere des Nagels oder der Schraube, durch eine Vertiefung zumindest eines der Bauteile und/oder durch Abstandshalteelemente gebildet wird. Mit anderen Worten wird der Spalt lokal an der Fügestelle zumindest teilweise durch die Vertiefung des einen Bauteils gebildet. Durch diese Vertiefung ist ein Oberflächenbereich des einen Bauteils gegenüber sich an die Vertiefung anschließenden, weiteren Oberflächenbereichen des einen Bauteils vom anderen Bauteil weg zurückversetzt. Dies bedeutet, dass das eine Bauteil an der Fügestelle einen größeren Abstand von dem anderen Bauteil aufweist als in sich an die Fügestelle anschließenden Bereichen des einen Bauteils, wobei dieser größere Abstand durch die Vertiefung bewirkt ist.
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Durch den gezielt und lokal an der Fügestelle erzeugten Spalt wird also ein Abstand zwischen den Bauteilen an der Fügestelle erzeugt, wodurch keine oder nur eine geringe Kraft von einem der Bauteile, in das das Fügeelement, insbesondere der Nagel oder die Schraube, zuerst eingetrieben wird, auf das andere Bauteil übertragen werden kann im Vergleich zu einem Verfahren, bei welchem der Spalt lokal an der Fügestelle nicht vorgesehen beziehungsweise vergrößert ist. Dadurch kann ein besonders großes Prozessfenster des Verfahrens realisiert werden. Das sogenannte Prozessfenster bezeichnet den Bereich zwischen dem sogenannten Kopfüberstand und dem Durchschlag.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit besonders prozesssicher durchgeführt werden, da auch beispielsweise bei Auftreten von Prozessschwankungen die Gefahr, dass es zu einem Kopfüberstand oder zu einem Durchschlag des Fügeelements, insbesondere des Nagels oder der Schraube, kommt, besonders gering ist. Dadurch kann beispielsweise eine besonders schnelle Parametrierung eines Fügedrucks, mit welchem das Fügeelement, insbesondere der Nagel oder die Schraube eingetrieben wird, erfolgen. Da das Verfahren besonders prozesssicher und somit stabil durchgeführt werden kann, kann die Gefahr von fehlerhaften Durchführungen des Verfahrens vermieden werden. Somit kann beispielsweise der Ausschuss gering gehalten werden. Darüber hinaus kann der Aufwand zum Durchführen von Nacharbeiten gering gehalten oder vermieden werden. Ferner lässt sich die Qualitätsprüffrequenz deutlich reduzieren. Darüber hinaus ist es möglich, ein besonders breites Materialspektrum zu fügen. Dies bedeutet, dass es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist, auch besonders dünne Bauteile, das heißt Bauteile mit nur geringer Wanddicke, zu fügen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit insbesondere dazu, um Bauteile von Fahrzeugen, insbesondere Kraftwagen und insbesondere Personenkraftwagen, miteinander zu fügen. Insbesondere kann es sich bei den Bauteilen um Karosseriebauteile handeln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es ferner, die Bauteile auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise miteinander zu verbinden. Das Verfahren macht sich dabei die positiven Eigenschaften des sogenannten „Bolzensetzens” zu Nutze, wobei es sich um eine Fügetechnik handelt, bei welcher ein Bolzen als der Nagel verwendet wird, um die Bauteile miteinander zu verbinden.
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Dabei wird der Bolzen beziehungsweise Nagel mit einem vorgebbaren Fügedruck in die Bauteile eingetrieben. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Fügedruck in einem Bereich von einschließlich 3 bar bis einschließlich 10 bar liegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Vertiefung durch eine Sicke des einen Bauteils gebildet. Hierdurch kann die Vertiefung auf besonders einfache Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann die Sicke durch eine Prägung, insbesondere Einprägung, des einen Bauteils hergestellt werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Vertiefung durch eine Ausnehmung des einen Bauteils gebildet wird. Bei der Ausnehmung handelt es sich um eine Materialaussparung, welche beispielsweise beim Urformen, insbesondere beim Gießen, des einen Bauteils hergestellt werden kann. Auch hierdurch lässt sich die Vertiefung besonders einfach und kostengünstig herstellen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Spalt an der Fügestelle mittels der Vertiefung mit einer größeren Breite versehen wird als in sich an die Fügestelle anschließenden Bereichen des Spalts. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass sich der Spalt über die Fügestelle hinaus erstreckt, wobei der Spalt an der Fügestelle eine größere Breite aufweist als in den sich an die Fügestelle anschließenden Bereichen. Hierdurch kann die zuvor erwähnte Kraftübertragung im Bereich der Fügestelle vom einen Bauteil auf das andere Bauteil zwischen den Bauteilen besonders gering gehalten werden, so dass sich eine besonders hohe Prozesssicherheit realisieren lässt.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Spalt an der Fügestelle eine Breite in einem Bereich von einschließlich 0,5 Millimeter bis einschließlich 5 Millimeter, insbesondere 2 Millimeter, aufweist. Hierdurch lässt sich die beschriebene Kraftübertragung besonders geringhalten. Gleichzeitig lässt sich eine besonders feste Verbindung zwischen den Bauteilen realisieren.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Spalt ein Fluid, insbesondere ein Klebstoff, vorzugsweise ein Strukturklebstoff, angeordnet. Dadurch können die Bauteile besonders fest und stabil miteinander verbunden werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Spalt mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllt ist. Dadurch können die Bauteile auf besonders einfache und kostengünstige Weise miteinander verbunden werden. Darüber hinaus kann das Gewicht einer die Bauteile umfassenden Verbindungsanordnung gering gehalten werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Spalt mit einem Festkörper gefüllt ist.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Spalt mit einer Mischung aus einem Fluid und/oder einem Gas und/oder einem Festkörper gefüllt ist.
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Zur Erfindung gehört auch eine Verbindungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art, wobei es zur Realisierung einer besonders hohen Prozesssicherheit, mit welcher die Bauteile miteinander verbunden werden können, erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Spalt an der Fügestelle durch eine Vertiefung zumindest eines der Bauteile gebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei dienen 1 und 4a–c zur Veranschaulichung des Hintergrunds der Erfindung.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Schnittansicht zweier Bauteile, welche durch Bolzensetzen miteinander verbunden werden;
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2 eine schematische Schnittansicht zweier Bauteile, die durch Bolzensetzen mittels zumindest eines Nagels miteinander verbunden werden, welcher an einer Fügestelle in die Bauteile eingetrieben wird, wobei zumindest an der Fügestelle ein Spalt zwischen den Bauteilen vorgesehen wird und wobei der Spalt an der Fügestelle zeitlich vor dem Eintreiben des Nagels durch eine durch eine Sicke gebildete Vertiefung eines der Bauteile gebildet wird;
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3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch die Bauteile gemäß 2, wobei die Vertiefung durch eine Ausnehmung des einen Bauteils gebildet wird;
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4a–c: jeweils ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Verbindungsanordnung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil, bei welcher die Bauteile durch Bolzensetzen miteinander verbunden sind;
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4d–f: jeweils ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Verbindungsanordnung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil, bei welcher die Bauteile mittels eines an einer Fügestelle angeordneten und in die Bauteile eingetriebenen Nagels miteinander verbunden sind, wobei zumindest an der Fügestelle ein Spalt zwischen den Bauteilen vorgesehen und wobei der Spalt an der Fügestelle durch eine Vertiefung eines der Bauteile gebildet ist; und
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5–c: jeweils ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht zweier Bauteile gemäß 2.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein erstes Bauteil 10 und ein zweites Bauteil 12, welche zumindest in einem jeweiligen Teilbereich 14 zumindest im Wesentlichen flächig ausgebildet sind. Die Bauteile 10 und 12 werden im Rahmen eines entsprechenden Verfahrens miteinander verbunden. Als Fügetechnik zum Verbinden der Bauteile 10 und 12 miteinander wird das sogenannte „Bolzensetzen” eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein Nagelverfahren, bei welchem die Bauteile 10 und 12 mittels zumindest eines Fügeelements 16, insbesondere eines Nagels, miteinander verbunden werden. Der Nagel 16 wird auch als „Bolzen” oder als „Fügebolzen” bezeichnet und weist einen Schaft 18 mit einer Spitze 20 sowie einen Kopf 22 auf. Der Kopf 22 ist mit dem Schaft 18 verbunden. Insbesondere ist der Kopf 22 einstückig mit dem Schaft 18 ausgebildet.
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Die Bauteile 10 und 12 werden übereinander angeordnet, so dass das Bauteil 10 auf dem Bauteil 12 aufliegt beziehungsweise ist über dem Bauteil 12 angeordnet. Somit wird das Bauteil 12 auch als „Basisbauteil” bezeichnet. Zum Verbinden der Bauteile 10 und 12 miteinander wird der Nagel 16 an einer Fügestelle 24 in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben. Hierbei wird der Nagel 16 von Seiten des Bauteils 10 aus in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben. Dies bedeutet, dass der Nagel 16 zuerst in das Bauteil 10 und dann in das Bauteil 12 eingetrieben wird. Im Rahmen des Verfahrens durchdringt der Nagel 16 sowohl das Bauteil 10 als auch das Bauteil 12.
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Zeitlich vor dem Eintreiben des Nagels 16 in die Bauteile 10 und 12 werden die Bauteile 10 und 12 derart angeordnet, dass sich zumindest die jeweiligen Teilbereiche 14 gegenseitig überdecken beziehungsweise überlappen. Ferner wird zeitlich vor dem Eintreiben des Nagels 16 zumindest an der Fügestelle 24 ein Spalt 26 zwischen den Bauteilen 10 und 12 vorgesehen. Mit anderen Worten werden die Bauteile 10 und 12 derart angeordnet, dass sich zeitlich vor dem Eintreiben des Nagels 16 ein Spalt 26 zwischen den Bauteilen 10 und 12 ausbildet.
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Gemäß 1 werden zum Erzeugen des Spalts 26 Abstandshalteelemente 28 verwendet. Mittels der Abstandshalteelemente 28 wird das Bauteil 10 in einem definierten Abstand zu dem Bauteil 12 gehalten. Vorliegend sind die Abstandshalteelemente 28 separat vom Bauteil 10 und separat vom Bauteil 12 ausgebildet und voneinander lose. Bei den Abstandshalteelementen 28 kann es sich beispielsweise um Perlen, insbesondere um Glasperlen, oder Kugeln handeln. Alternativ ist es möglich, als Abstandshalteelemente Noppen des Bauteils 10 und/oder des Bauteils 12 zu verwenden, weil diese Noppen von einer jeweiligen, sich an die Noppen anschließenden Oberfläche des Bauteils 10 beziehungsweise 12 abstehen.
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2 zeigt die Bauteile 10 und 12, welche ebenfalls durch Bolzensetzen beziehungsweise Nageln miteinander verbunden werden. 2 dient dabei zur Veranschaulichung eines Verfahrens, bei welchem die Bauteile 10 und 12 mittels des Nagels 16 miteinander verbunden werden, wobei der Nagel 16 an der Fügestelle 24 in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben wird. Auch bei dem anhand von 2 veranschaulichten Verfahren ist es vorgesehen, dass zeitlich vor dem Eintreiben des Nagels 16 in die Bauteile 10 und 12 zumindest an der Fügestelle 24 ein Spalt 30 zwischen den Bauteilen 10 und 12 vorgesehen beziehungsweise erzeugt wird.
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Bei dem anhand von 2 veranschaulichten Verfahren ist es jedoch vorgesehen, dass der Spalt 30 an der Fügestelle 24 zeitlich vor dem Eintreiben des Nagels 16 durch eine Vertiefung 32 des Bauteils 12 gebildet wird. Gemäß 2 wird die Vertiefung 32 durch eine Sicke 33 des Bauteils 12 gebildet. Die Sicke 33 wird beispielsweise durch Prägen im Bauteil 12 ausgebildet. Durch die Vertiefung 32 ist ein Teilbereich 34 einer dem Bauteil 10 zugewandten Oberfläche 36 des Bauteils 12 gegenüber sich an die Vertiefung 32 anschließenden, weiteren Teilbereichen 38 der Oberfläche 36 vom Bauteil 10 weg zurückversetzt. Somit weist das Bauteil 12 im Teilbereich 34 und somit an der Fügestelle 24 einen größeren Abstand vom Bauteil 10 auf als in den Teilbereichen 38.
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Erstreckt sich der Spalt 30 über die Fügestelle 24 hinaus, beispielsweise in die Teilbereiche 38, so ist durch die an der Fügestelle 24 vorgesehene Vertiefung 32 vorzugsweise bewirkt, dass der Spalt 30 an der Fügestelle 24 eine größere Breite beziehungsweise Spaltbreite, das heißt eine größere zwischen den Bauteilen 10 und 12 verlaufende Erstreckung aufweist als in sich an die Fügestelle 24 anschließenden Bereichen des Spalts 30, beispielsweise in den Teilbereichen 38.
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Durch den gezielt an der Fügestelle 24 durch die Vertiefung 32 erzeugten Spalt 30 wird also ein Abstand, insbesondere ein lokal vergrößerter Abstand, zwischen den Bauteilen 10 und 12 an der Fügestelle 24 erzeugt. Durch diesen Abstand kann keine oder eine nur sehr geringe Kraft auf das Basisbauteil (Bauteil 12) vom darüber liegenden Bauteil 10 übertragen werden. Hierdurch lässt sich eine besonders hohe Prozesssicherheit des Verfahrens realisieren, da die Gefahr, dass der Nagel 16 nicht weit genug in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben wird (Kopfüberstand) oder dass der Nagel 16 zu weit in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben wird (Durchschlag), besonders gering gehalten werden kann. Mit anderen Worten kann ein besonders großes Prozessfenster des Verfahrens realisiert werden. Das Prozessfenster ist der Bereich zwischen dem Kopfüberstand und dem Durchschlag. Zu dem Kopfüberstand kommt es, wenn der Nagel 16 nicht weit genug in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben wird. Zum Durchschlag kommt es, wenn der Nagel 16 zu weit in die Bauteile 10 und 12 eingetrieben wird. Die Herstellung der Vertiefung 32 durch die Sicke 33 eignet sich insbesondere dann, wenn das Bauteil 12 als Blechbauteil ausgebildet ist.
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3 zeigt die Bauteile 10 und 12, welche mittels des anhand von 2 veranschaulichten Verfahren miteinander verbunden werden. Gemäß 3 wird die Vertiefung 32 jedoch nicht durch eine Sicke des Bauteils 12, sondern durch eine Ausnehmung 40 des Bauteils 12 gebildet. Die Herstellung beziehungsweise Erzeugung der Vertiefung 32 durch die Ausnehmung 40 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil 12 als Gussbauteil ausgebildet ist. Die Ausnehmung 40 kann beispielsweise bereits beim Gießen des Bauteils 12 hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass das Gussbauteil an der Fügestelle 24 dünner ist, als wenn die Ausnehmung 40 nicht vorgesehen wäre. Dennoch lässt sich ein besonders stabiler Prozess realisieren, da die Impulsbelastung an der Fügestelle 24 besonders gering ist. Dadurch kann das Bauteil 12 auch dann mittels Bolzensetzens gefügt werden, wenn es nur eine relativ geringe Steifigkeit aufweist, bei welcher die Bauteile 10 und 12 mittels des Nagels 16 miteinander gefügt sind.
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4a–c zeigen Verbindungsanordnungen, die mittels eines Verfahrens hergestellt sind, bei welchem an der Fügestelle 24 kein Spalt durch eine Vertiefung eines der Bauteile 10 oder 12 vorgesehen wurde. Bei dem Verfahren zum Herstellen der Verbindungsanordnung gemäß 4a wurde der Nagel 16 mit einer Druckstufe beziehungsweise einem Druck von 5,6 bar eingetrieben, wobei der Druck auch als „Fügedruck” bezeichnet wird. Aus 4a ist erkennbar, dass es bei dem Verfahren zu einem Kopfüberstand gekommen ist. Die in 4b gezeigte Verbindungsanordnung wurde mit einem Fügedruck von 6 bar hergestellt, wobei weder ein Kopfüberstand noch ein Durchschlag entstanden ist. Die in 4c gezeigte Verbindungsanordnung wurde mittels eines Verfahrens hergestellt, bei welchem der Nagel 16 mit einem Fügedruck von 6,6 bar eingetrieben wurde. Hierbei ist es zum Durchschlag gekommen.
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4d–f zeigen jeweils eine Verbindungsanordnung des Bauteils 10 am Bauteil 12, wobei die in 4d–f gezeigten Verbindungsanordnungen mittels des anhand von 2 und 3 veranschaulichten Verfahrens hergestellt wurden. Hierbei wurde der an der Fügestelle 24 vorgesehene Spalt 30 mit einer Breite beziehungsweise Spaltbreite von 3 Millimetern versehen. Gemäß 4d wurde der Nagel 16 mit einem Fügedruck von 5,6 bar eingetrieben. Wie zu erkennen ist, ist es im Gegensatz zu der Verbindungsanordnung gemäß 4a nicht zu einem Kopfüberstand gekommen. Gemäß 4e wurde der Nagel 16 mit einem Fügedruck von 8,4 bar eingetrieben. Hierbei kam es weder zu einem Kopfüberstand, noch zu einem Durchschlagen. Gemäß 4f wurde der Nagel 16 mit einem Fügedruck von 9,6 bar eingetrieben, wobei es nicht zu einem Durchschlag gekommen ist. Dies bedeutet, dass das Prozessfenster des anhand von 2 und 3 veranschaulichten Verfahrens wesentlich größer ist als das Prozessfenster einer herkömmlichen „Bolzensetz”-Fügeverbindung ohne einen gezielt an der Fügestelle 24 vorgesehenen Spalt 30.
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5a zeigt die Bauteile 10 und 12 gemäß 2, wobei die Breite des Spalts 30 1 Millimeter beträgt. Gemäß 5b beträgt die Breite des Spalts 30 2 Millimeter und gemäß 5c beträgt die Breite des Spalt 30, das heißt die sich zwischen den Bauteilen 10 und 12 erstreckende Erstreckung des Spalts 30, 3 Millimeter. Die Fügestelle 24 weist beispielsweise eine zumindest im Wesentlichen parallel zu den Bauteilen 10 und 12 verlaufende Erstreckung b von 14 Millimetern auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007033126 B4 [0002]
- DE 102011114801 A1 [0003]
