DE102014101740A1

DE102014101740A1 - Verfahren zum Verbinden von Bauteilen und Verbindungselement

Info

Publication number: DE102014101740A1
Application number: DE102014101740.4A
Authority: DE
Inventors: Geert Verhaeghe
Original assignee: Faurecia Automotive GmbH
Current assignee: Faurecia Automotive GmbH
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: DE102014101740B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen (1, 2), mit mindestens den folgenden Schritten: Bereitstellen eines ersten Bauteils (1) und eines mindestens zweiten Bauteils (2) sowie eines Verbindungselementes (7) zum Verbinden der Bauteile (1, 2), Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung zwischen den Bauteilen (1, 2) unter Verwendung des Verbindungselementes (7), und Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Bauteilen (1, 2) mit einem Klebstoff (6) sowie ein Verbindungselement. Erfindungsgemäß wird dabei der Klebstoff (6) nach dem Ausbilden der formschlüssigen Verbindung von außen durch das Verbindungselement (7) hindurch in einen Zwischenraum (Z) zwischen den Bauteilen (1, 2) geleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, insbesondere zum Ausbilden einer formschlüssigen und stoffschlüssigen Verbindung und ein dabei zu verwendendes Verbindungselement.
Derartige Verfahren zum Fügen von Bauteilen sind überall dort anwendbar, wo eine formschlüssige und stoffschlüssige Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen hergestellt werden soll, und Scherkräfte und Kräfte in senkrechter Richtung auf die zu verbindenden Bauteile wirken.
Verfahren zum Fügen von Bauteilen sind bereits bekannt, wobei zum Fügen in einfachster Form ein Niet vorgesehen ist, der einen Nietkopf an einem Ende eines zylinderförmigen Nietschafts aufweist. Die zu verbindenden Bauteile weisen dabei jeweils eine Bohrung auf, wobei der Durchmesser der Bohrungen größer ist als der Durchmesser des Nietschafts und kleiner als der Durchmesser des Nietkopfes.
Der Niet wird vor dem Fügen in die Bohrungen der Bauteile eingesetzt, so dass der Nietkopf an der einen Seite auf einer Oberfläche des Bauteils anliegt und der Nietschaft auf der anderen Seite der Bauteile aus diesen hinausragt. Anschließend wird der hinausragende Nietschaft, beispielsweise mit einem Hammer oder einer Nietvorrichtung, derartig radial nach außen verformt, dass sich dessen Durchmesser vergrößert und sich ein sogenannter Schließkopf ausbildet, der sich an die Oberfläche des Bauteils anlegt. Dadurch wird eine Klemmwirkung zwischen dem Nietkopf auf der einen Seite und dem Schließkopf auf der anderen Seite der zu verbindenden Bauteile ausgebildet; dies führt zu einer formschlüssigen Verbindung.
Sind die Bauteile nur von einer Seite zugänglich, werden Blindniete eingesetzt. Blindniete weisen einen hohlen Nietschaft und an dessen einem Ende einen Nietkopf auf. Durch den hohlen Nietschaft hindurch verläuft ein Dorn, der aus einem Loch im Nietkopf hinausragt. An dem dem Nietkopf gegenüberliegenden Ende des Nietschafts ragt ein mit dem Dorn verbundener Dornkopf heraus, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des hohlen Nietschafts.
Vorzugsweise wird in einem Nietverfahren mit einem Blindniet der Blindniet zunächst in die Bohrungen der zu verbindenden Bauteile eingesetzt, wobei der Nietkopf an der einen Seite der Bauteile anliegt und der Dornkopf und ein Teil des Nietschafts auf der anderen Seite der Bauteile hinausragt. Mit einer Nietvorrichtung wird der Dorn anschließend so aus dem Blindniet gezogen, dass der Dornkopf durch die Zugkraft den hinausragenden Teil des Nietschafts radial nach außen verformt. Dadurch bildet sich ein Schließkopf am Ende des Nietschafts und es kommt zu einer Klemmwirkung zwischen Nietkopf und Schließkopf; die Bauteile sind formschlüssig verbunden.
Die formschlüssige Nietverbindung wirkt dabei hauptsächlich in Richtung des Niets, d. h. im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Bauteile. Das heißt, eine senkrecht zur Oberfläche gerichtete Kraft kann durch den Niet abgefangen werden. Kommt es auch zu Scherkräften, d. h. zu Kräften, die parallel zu den Bauteilen verlaufen, kann zusätzlich z. B. eine Klebstoffverbindung vorgesehen sein, um diese Kräfte abzufangen.
Die DE 10 2004 016 712 A1 zeigt ein Blindnietsystem, das mit einem Klebstoff verkapselt werden kann. Dabei ist ein herkömmlicher Blindniet mit einem hohlen Nietschaft und einem darin befindlichen Dorn vorgesehen, wobei in der Außenwandung des Nietschafts gleichmäßig verteilte Löcher angeordnet sind. In dem Zwischenraum, der durch die Außenwandung des Nietschafts und der Außenfläche des Dorns definiert ist, ist der Klebstoff eingelassen. Während des Nietvorgangs, bei dem der Zwischenraum durch die Verformung des Nietschafts verkleinert wird, wird der Klebstoff durch die Löcher in einen Bereich zwischen die Passflächen der zu fügenden Bauteile gepresst. Zum Nieten ist ein Einbauwerkzeug mit einer Dichtung vorgesehen, die dafür sorgt, dass der Klebstoff während des Nietvorgangs nicht nach oben aus dem Nietschaft austritt.
Aus der DE10 2004 020 586 B4 sind weiterhin ein Blindniet mit Klebstoff und ein Klebstoffbefüllungsverfahren bekannt. Dabei wird der Klebstoff mit dem Klebstoffbefüllungsverfahren vor dem Nietverfahren in den hohlen Nietschaft des Blindniets eingelassen. In den Außenflächen des Nietschafts sind Löcher vorgesehen, so dass der Klebstoff während des Nietverfahrens aus dem Blindniet zwischen die Passflächen der zu fügenden Bauteile und einen Zwischenraum gepresst werden kann.
In DE 10 2008 026 356 A1 ist eine Verfahren zum Nieten offenbart, bei dem ein Klebstoff vor dem Setzen eines Nietes auf eine Unterseite eines Nietkopfes per Hand oder mit einer automatisiert arbeitenden Klebstoffauftrageinrichtung aufgebracht wird. Nach dem Setzen des Nietes verteilt sich der Klebstoff in einem Zwischenraum zwischen Nietkopf und den zu verbindenden Bauteilen, so dass eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird und die Bauteile nicht mehr verrutschen können.
Nachteilig bei diesen Verfahren zum Verbinden von Bauteilen ist, dass der Klebstoff vor dem Nietvorgang in den Niet eingefüllt bzw. aufgetragen werden muss. Dadurch kann es zu einem Austreten kleinerer Mengen des Klebstoffs aus dem Niet schon vor dem Einsetzen kommen, wodurch Oberflächen der Bauteile verunreinigt werden können. Desweiteren kann der eingefüllte Klebstoff nach längerem Liegen oder ungünstigen Temperaturbedingungen im Niet vorzeitig aushärten oder seine Klebewirkung verlieren, wodurch die gewollte Klebverbindung zwischen den Bauteilen nachteilig beeinflusst wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Verbindungselement zum Verbinden von Bauteilen zu schaffen, mit dem mit geringem Aufwand und hohem Durchsatz eine zuverlässige Verbindung herstellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verbindungselement mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist somit vorgesehen, mindestens zwei Bauteile durch ein Verbindungselement zunächst formschlüssig miteinander zu verbinden und anschließend nach dem Verbindungsvorgang einen Klebstoff von außen durch das Verbindungselement hindurch zwischen die Bauteile zu leiten und den Klebstoff danach auszuhärten, um eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen auszubilden. Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass Fügeflächen der Bauteile vor dem Einlassen des Klebstoffes zunächst separiert werden, so dass sich zwischen den Fügeflächen ein Zwischenraum ausbildet, in den der Klebstoff einfließen kann. Als Fügeflächen werden dabei die aufeinanderliegenden Oberflächen der zu verbindenden Bauteile verstanden, die zumindest teilweise durch den Klebstoff miteinander verklebt werden sollen.
Durch den Stoffschluss zwischen den Bauteilen kann der Vorteil erreicht werden, dass auch Kräfte, die parallel zu den zu verbindenden Bauteilen und somit senkrecht zum Verbindungselement wirken, abgefangen werden können; somit kann die Zuverlässigkeit der ausgebildeten Verbindung erhöht werden. Durch die Anwendung des Klebstoffs kann weiterhin erreicht werden, dass Bauteile aus unterschiedlichen Materialien, z. B. Stahl und Nicht-Stahl, zuverlässig zusammengefügt werden können. Vorteilhafterweise kann durch den vorher ausgebildeten Formschluss auch gewährleistet werden, dass die Bauteile während des Aushärtens des Klebstoffes bei Raumtemperatur nicht verrutschen und somit ein weitestgehend zuverlässiger Stoffschluss ausgebildet werden kann.
Als Verbindungselemente sind dabei unterschiedliche Ausführungsformen möglich, wobei vorzugsweise Niete als Verbindungselemente verwendet werden und ein Nietvorgang zum Ausbilden der formschlüssigen Verbindung durchgeführt wird. Sind die zu verbindenden Bauteile von beiden Seiten zugänglich, so kann ein hinreichend bekannter, leicht modifizierter Vollniet verwendet werden, während bei lediglich einseitiger Zugänglichkeit ein herkömmlicher Blindniet vorgesehen ist, der an die Verwendung mit einem Klebstoff angepasst ist. Es sind aber auch weitere Verbindungselemente denkbar, die entsprechend angepasst werden müssen.
Gemäß einer Ausführungsform wird somit vorgeschlagen, einen Vollniet zu verwenden. Als Vollniet wird dabei ein Niet mit einem Nietkopf und einem Nietschaft verstanden, wobei der Nietschaft aus einem Vollmaterial, z. B. Stahl, besteht. Im Nietvorgang wird der Vollniet an seinem dem Nietkopf gegenüberliegenden Ende umgeformt, z. B. durch einen Hammer, so dass sich an diesem Ende ein Schließkopf ausbilden kann und die zu verbindenden Bauteile zwischen Nietkopf und Schließkopf eingeklemmt werden können.
Zusätzlich sind entweder an dem dem Nietkopf gegenüberliegenden Ende des Nietschafts oder am Nietkopf mindestens eine Zuführöffnung und in einer Wandung des Nietschafts mindestens eine Austrittsöffnung vorgesehen, die durch einen vorzugsweise rohrförmigen Zuführkanal miteinander verbunden sind. Die Austrittsöffnung ist dabei vorzugsweise in etwa in dem Bereich der Wandung angeordnet, der später in Höhe der separierten Fügeflächen liegt. Durch die mindestens eine Zuführöffnung kann der Klebstoff in den Vollniet eingefüllt werden und gelangt durch die Zuführkanäle und die Austrittsöffnungen zwischen die separierten Fügeflächen. Die Zuführöffnungen und die Zuführkanäle sind dabei so ausgebildet, dass der Klebstoff auch nach dem Nietvorgang noch von außen zugeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Blindniet vorgesehen sein, der in seinem hohl ausgeführten Nietschaft Zuführkanäle und Austrittsöffnungen aufweist. Die Zuführöffnungen sind aufgrund der lediglich einseitigen Zugänglichkeit im Nietkopf angeordnet, so dass der Klebstoff durch die Zuführöffnung, die Zuführkanäle und die Austrittsöffnungen zwischen die separierten Fügeflächen geleitet werden kann. Die Wandung des hohlen Nietschafts ist dabei so stark ausgeführt, dass Zuführkanäle mit Durchmessern eingebracht werden können, die den Klebstoff je nach Zähigkeit zuverlässig zu den Austrittsöffnungen leiten können.
Zum Ausbilden des Zwischenraums zwischen den Fügeflächen sind Abstandselemente vorgesehen. Diese können unterschiedlich ausgebildet werden:
Zum einen können die Abstandselemente in einem oder beiden Bauteilen bereits integriert sein, z. B. indem die Bauteile in einem Bereich, in dem später die Verbindungselemente gesetzt werden, dicker ausgeführt sind, so dass sich beim Aufeinanderlegen der Bauteile ein Zwischenraum ausbildet. Die Abstandselemente weisen dabei Durchflussöffnungen auf, so dass der Klebstoff aus den Austrittsöffnungen der Verbindungselemente durch die Abstandselemente in den Zwischenraum gelangen kann.
Zum anderen kann vorgesehen sein, dass der Zwischenraum erst während des Verbindungsvorgangs, z. B. des Nietvorgangs, ausgebildet wird, indem ein am Verbindungselement angeordnetes Abstandselement zwischen die Bauteile gedrückt wird. D. h. die Bauteile werden mit ihren Fügeflächen zunächst aufeinandergelegt und anschließend das Verbindungselement gesetzt. Beim Verbindungsvorgang wird dann durch die ausgeübte Kraft z. B. ein im Bereich der Fügeflächen angeordnetes, verformbares Abstandselement so verformt, z. B. verbogen, dass sich dieses zwischen die Bauteile schiebt, und die Bauteile somit separiert werden.
Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass das Material des Verbindungselementes im Bereich der Austrittsöffnungen so geschwächt ist, dass dieses bei Krafteinwirkung gestaucht wird, d. h. in diesem Bereich ist eine Sollstauchstelle ausgebildet. Beim Verbindungsvorgang wird das Verbindungselement an der Sollstauchstelle so gestaucht, dass sich dieses zwischen die Bauteile legt und ein Zwischenraum ausgebildet wird. Die Sollstauchstelle fungiert somit in diesem Fall als Abstandselement. Der in die Zuführöffnungen eingelassene Klebstoff gelangt dann über die in der Sollstauchstelle angeordneten Auslassöffnungen in den Zwischenraum, so dass die Bauteile über den Klebstoff stoffschlüssig verbunden werden können.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann somit weiterhin der Vorteil erreicht werden, dass der Klebstoff nicht vor dem Verbindungsvorgang bereits in das Verbindungselement eingelassen werden muss und dort auslaufen oder austrocknen kann. Vielmehr wird der Klebstoff erst dann eingeführt, wenn er zum Verkleben gebraucht wird.
Als Werkzeug zum Verbinden kann ein Werkzeug vorgesehen sein, das beispielweise einen oder mehrere Adapter aufweist, die passend auf die Zuführöffnungen aufgesetzt werden können. Die Adapter können dabei vorzugsweise eine Dichtung und einen Stutzen aufweisen, so dass der Klebstoff zuverlässig in die Zuführöffnung gelangen kann, ohne dass Klebstoff an ungewollten Stellen austreten und das Verbindungselement oder die Bauteile verkleben kann. Die Adapter können dabei über röhrenförmige Kapillaren mit mindestens einem Klebstoff-Reservoir verbunden sein, in dem der Klebstoff sicher und dicht gelagert ist. Das Klebstoff-Reservoir kann dabei nachfüllbar oder auswechselbar ausgeführt sein, so dass es bei Nichtbenutzung entsprechend abgenommen und/oder geleert werden kann und somit der Klebstoff nicht aushärten kann.
Das Werkzeug kann dabei beispielsweise zur Verwendung bei einer Nietverbindung als ein herkömmliches Nietwerkzeug ausgeführt sein, an dem das Klebstoff-Reservoir und die Kapillaren sowie die Adapter angeordnet sind. Der Klebstoff kann dann durch entsprechendes Aufsetzen der Adapter auf die Zuführöffnungen dem Niet zugeführt werden. Somit ist zum Ausbilden der formschlüssigen und stoffschlüssigen Verbindung nur ein Werkzeug nötig, so dass vorteilhafterweise zum Verbinden der Bauteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Aufwand und Material gespart werden kann.
Vorteilhafterweise kann auch eingestellt werden, welche Menge des Klebstoffes in das Verbindungselement eingelassen wird. Dadurch kann für Verbindungselemente und Bauteile unterschiedlicher Größen, die Menge variabel verändert werden, so dass kein überflüssiger Klebstoff an ungewollten Stellen austreten kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Blindniet in einer Schnittansicht zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren vor einem Nietvorgang,
1a, b Detailansichten von Abstandselementen gemäß 1,
1c ein Nietwerkzeug zum Verbinden der Bauteile,
2 den Blindniet gemäß 1 nach dem Nietvorgang,
3, 4 einen Blindniet gemäß einer zweiten Ausführungsform vor und nach einem Nietvorgang,
5a–e einen Vollniet gemäß einer weiteren Ausführungsform in verschiedenen Schritten des Nietvorgangs, und
6 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von Bauteilen.
Gemäß den Ausführungsformen sind als Verbindungselemente ein Blindniet 7, 107 sowie ein Vollniet 207 zum Verbinden von Bauteilen 1, 2, 101, 102, 201, 202 vorgesehen.
Gemäß 1 ist ein erstes Bauteil 1 sowie ein zweites Bauteil 2 in einer Schnittansicht dargestellt, die jeweils eine Bohrung 3, 4 mit in etwa identischen Durchmessern aufweisen. Die beiden Bauteile 1,2 sind so aufeinander gelegt, dass die Bohrungen 3, 4 fluchtend übereinander liegen und Fügeflächen 1.1, 2.1 der beiden Bauteile 1, 2 zueinander zugewandt sind, wobei die Fügeflächen 1.1, 2.1 so ausgeführt sind, dass sie im Bereich der Bohrungen 3, 4 ein Abstandselement 5 aufweisen, das gemäß dieser Ausführungsform einteilig mit dem ersten Bauteil 1 gefertigt ist. Die erste Fügefläche 1.1 ist dazu so geformt, dass sie im Bereich der ersten Bohrung 3 geringfügig dicker ist, so dass sich neben dem Abstandselement 5 ein Abstand d zwischen den Fügeflächen 1.1, 2.1 und somit einen Zwischenraum Z zwischen den Bauteilen 1, 2 ausbildet.
In den 1a und 1b sind dazu unterschiedliche Ausführungen des Abstandselementes 5 im Bereich der ersten Bohrung 3 gezeigt. Demnach ist das Abstandselement 5 nicht planar ausgeführt, sondern weist eine gewölbte oder abgerundete Oberfläche 5.1 auf, die gemäß 1b auch zahnförmig ausgeführt sein kann. Dadurch wird in einem späteren Verfahrensschritt das Einlassen eines Klebstoffs 6 unterstützt.
In beide Bohrungen 3, 4 ist gegenkraftfrei ein Blindniet 7 eingesteckt. Der Blindniet 7 weist einen zylindrischen Nietschaft 8 und einen Nietkopf 9 auf und ist in seinem Inneren hohl ausgeführt, so dass ein Hohlraum 10 ausgebildet wird, der axial durch den gesamten Blindniet 7 verläuft.
In dem Hohlraum 10 ist ein Dorn 11 mit einem Dornschaft 12 und einem Dornkopf 13 so eingesteckt, dass der Dornkopf 13 aus einer unteren Öffnung 7.1 des Blindniets 7 herausragt und der Dornschaft 12 aus einem oberen Ende 7.2 des Blindniets 7. Der Dornkopf 13 weist dabei einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Hohlraums 10. In etwa mittig ist auf dem gesamten Umfang des Dornschafts 12 eine Kerbe 14 ausgebildet, die als Sollbruchstelle dient.
Soweit ist der Blindniet 7 als ein bereits hinreichend bekannter Niet ausgeführt.
Zusätzlich verlaufen allerdings in einer Wandung 15 des Nietschafts 8 und durch den Nietkopf 9 mehrere vorzugsweise rohrförmige Zuführkanäle 16, die im Nietkopf 9 in Zuführöffnungen 17 und im Bereich der Fügeflächen 1.1, 2.1 der Bauteile 1, 2 bzw. dem Abstandselement 5 in Auslassöffnungen 18 münden. Die Auslassöffnungen 18 sind dabei in radialer Richtung und die Zuführöffnungen 17 in axialer Richtung bezüglich des Nietschafts 8 ausgerichtet. Die Anzahl der Zuführkanäle 16 richtet sich dabei nach den Abmessungen des Nietschafts 8. Vorzugsweise sind die Zuführkanäle 16 gleichmäßig auf dem Umfang des Nietschafts 8 verteilt, so dass die radial verlaufenden Auslassöffnungen 18 ein gleichmäßiges Auslassen des Klebstoffes 6 auf dem gesamten Umfang erlauben.
Zum Verbinden der beiden Bauteile 1, 2 ist im erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen, nach dem Bereitstellen der Bauteile 1, 2 und des Blindniets 7 in einem ersten Schritt St1 einen herkömmlichen Nietvorgang durchzuführen. Im Nietvorgang wird dabei z. B. mit einem in 1c dargestellten Nietwerkzeug 19 der aus der oberen Öffnung 7.2 des Blindniets 7 hinausragende Teil des Dornschafts 12 mit einer Kraft Fz gezogen. Dadurch wird der damit verbundene Dornkopf 13 ebenfalls mit einer Kraft Fz nach oben gezogen, wodurch sich der Nietschaft 8 verformt und, wie in 2 gezeigt, ein Schließkopf 20 ausgebildet wird. Sobald durch die Verformung des Nietschafts 8 eine bestimmte Kraft Fz zum Ziehen des Dornschafts 12 überschritten wird, bricht die Sollbruchstelle 14 und der Nietvorgang ist abgeschlossen; die Bauteile 1, 2 sind nach dem Nietvorgang zwischen dem Nietkopf 9 und dem Schließkopf 20 eingeklemmt und somit eine formschlüssige Verbindung ausgebildet.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt St2 der Klebstoff 6 aus dem Nietwerkzeug 19 in die Zuführöffnungen 17 eingelassen. Dazu ist am Nietwerkzeug 19 gemäß 1c ein Klebstoff-Reservoir 19.1 vorgesehen, aus dem der Klebstoff 6 über Kapillaren 19.2 in die Zuführöffnungen 17 geleitet werden kann, wobei z. B. ein Druck aufgebaut werden kann, so dass der Klebstoff 6 durch die Kapillaren 19.2 hindurch in die Zuführkanäle 16 gedrückt wird. Der Druck kann dabei je nach Viskosität und Durchmesser der Kapillaren 19.2 gewählt werden.
Zwischen den Kapillaren 19.2 und den Zuführöffnungen 17 sind außerdem Adapter 19.3 vorgesehen, die abdichtend wirken und somit dafür sorgen, dass der Klebstoff 6 nicht seitlich austreten kann und den Blindniet 7 und/oder die Bauteile 1, 2 ungewollt verklebt. Die Adapter 19.3 können dabei beispielsweise als Stutzen ausgeführt sein, so dass ein zuverlässiger Übergang zwischen den Kapillaren 19.2 im Nietwerkzeug 19 und den Zuführöffnungen 17 im Blindniet 7 geschaffen werden kann.
Von den Zuführkanälen 16 wird der Klebstoff 6 durch die auf dem gesamten Umfang des Nietschafts 8 verteilten radial ausgerichteten Auslassöffnungen 18 und durch die gewölbten oder abgerundeten Oberflächen 5.1 des Abstandselementes 5 gleichmäßig in den Zwischenraum Z geleitet. Dort kann der Klebestoff 6 aushärten, um eine stoffschlüssige Verbindung auszubilden. Damit der Klebstoff 6 möglichst vollständig in den Zwischenraum Z fließt, wird der Durchmesser des Nietschafts 8 nur geringfügig kleiner gewählt als der Durchmesser der Bohrungen 3, 4, so dass zwischen Nietschaft 8 und den Bauteilen 1, 2 bzw. dem Abstandselement 5 nur ein geringer Abstand ausgebildet ist und somit der Klebestoff 6 nahezu vollständig in den Zwischenraum Z fließen kann. Zudem kann die Viskosität des Klebstoffes 6 so gewählt werden, dass dieser lediglich durch größere Zwischenräume fließt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 3 und 4 gezeigt ist, ist vorgesehen, dass das Abstandselement 105 nicht an einem der Bauteile 101, 102 angeordnet ist, sondern an dem Blindniet 107. Weiterhin ist der Durchmesser der ersten Bohrung 103 im ersten Bauteil 101 etwas größer als der Durchmesser der zweiten Bohrung 104 im zweiten Bauteil 102.
Der Blindniet 107 weist, wie auch im vorherigen Ausführungsbeispiel, einen Nietschaft 108 und einen Nietkopf 109 mit einem Hohlraum 110 auf, in den ein Dorn 111 eingesteckt ist. Der Dorn 111 mit einem Dornschaft 112 und einem Dornkopf 113 weist am Dornschaft 112 eine Kerbe 114 als Sollbruchstelle auf. In der Wandung 115 des Nietschafts 108 sind mehrere Zuführkanäle 116 mit axial ausgerichteten Zuführöffnungen 117 und radial ausgerichteten Auslassöffnungen 118 angeordnet. Zusätzlich ist an der Wandung 115 des Nietschafts 108 das Abstandselement 105 in Form eines keilförmigen Zinkens angeformt. Das Abstandselement 105 ist dabei einteilig mit der Wandung 115 des Nietschafts 108 ausgebildet und steht von diesem leicht ab. Das Abstandselement 105 beschreibt somit mit seinem spitzen Ende 105.1 einen größeren Durchmesser als der übrige Teil des Nietschafts 108 und insbesondere auch der Bohrung 104 des zweiten Bauteils 102. Dadurch wird der Blindniet 107 vor dem Nietvorgang über das Abstandselement 105 auf der Fügefläche 102.1 des zweiten Bauteils 102 abgestützt und ragt zunächst noch aus dem ersten Bauteil 101 hinaus, so dass der Nietkopf 109 nicht, wie in der ersten Ausführungsform, auf dem ersten Bauteil 101 aufliegt.
Im Verfahren zum Verbinden der Bauteile 101, 102 mit diesem Blindniet 107 ist dabei nach dem Bereitstellen der Bauteile 101, 102 und des Blindniets 107 in einem ersten Schritt St1 vorgesehen, den Niet in die Bohrungen 103, 104 einzusetzen (s. 3) und in einem Nietvorgang die Bauteile 101, 102 formschlüssig zu verbinden. Dabei wird der Dornschaft 112 mit dem Nietwerkzeug 19 mit einer Kraft Fz gezogen, so dass sich wie in der ersten Ausführungsform ein Schließkopf 120 am unteren Teil des Nietschafts 108 ausbildet.
Ergänzend wird, wie in 4 gezeigt, durch die auf den Dornschaft 112 ausgeübte Zugkraft Fz das leicht abstehende Abstandselement 105 nach außen verformt, so dass der Durchmesser der spitzen Enden 105.1 vergrößert wird, und zwischen die Bauteile 101, 102 geschoben, so dass die Fügeflächen 101.1, 102.1 separiert werden. Dadurch wird das erste Bauteil 101 nach oben an den Nietkopf 109 gedrückt, während das zweite Bauteil 102 zwischen dem Abstandselement 105 und dem Schließkopf 120 eingeklemmt wird; somit werden beide Bauteile 101, 102 mit einem Abstand zueinander formschlüssig verbunden und gleichzeitig voneinander separiert. Die Auslassöffnungen 118 verschieben sich dabei ebenfalls leicht, so dass diese nach dem Nietvorgang im Zwischenraum Z angeordnet sind.
Ist die formschlüssige Verbindung ausgebildet, wird in einem nachfolgenden Schritt St2 der Klebstoff 6 in die Zuführöffnungen 117 eingelassen, wobei dazu das selbe Nietwerkzeug 19 verwendet werden kann wie in der ersten Ausführungsform. Da sich die Abstandselemente 105 im Nietvorgang so verformen, dass sich die Auslassöffnungen 118 in den Zwischenraum Z verschieben, kann eine zuverlässige und gleichmäßige Zuführung des Klebstoffs 6 in den Zwischenraum Z gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 5a bis 5e in unterschiedlichen Verfahrensschritten gezeigt ist, ist die Verwendung eines Vollniets 207 vorgesehen. Der Vollniet 207 weist dabei einen Nietschaft 208 mit einem Nietkopf 209 auf, wobei der Nietschaft 208 vorzugsweise aus einem Vollmaterial, z. B. Stahl, gefertigt ist und Zuführkanäle 216 mit axial verlaufenden Zuführöffnungen 217 und radial verlaufenden Auslassöffnungen 218 aufweist.
Im vorgesehen Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen 201, 202 mit einem derartigen Vollniet 207 ist zunächst vorgesehen, den Vollniet 207 in eine Bohrung 204 des zweiten Bauteils 202 einzustecken, so dass der Nietkopf 209 an der Oberfläche des zweiten Bauteils 202 anliegt und der Nietschaft 208 aus der Fügefläche 202.1 des zweiten Bauteils 202 hinausragt. Anschließend wird z. B. mit einem Hammer eine Kraft Fz auf einen oberen Bereich 208.1 des Nietschafts 208 ausgeübt. Die Verwendung eines Hammers zum Verformen eines Vollniets 207 ist dabei im Stand der Technik hinreichend bekannt.
Dadurch, dass im mittleren Bereich 208.2 des Nietschafts 208 die Auslassöffnungen 218 und ein Teil der Zuführkanäle 216 verlaufen, ist das Vollmaterial des Vollniets 207 geschwächt, so dass in diesem Bereich eine Sollstauchstelle 214 ausgebildet wird. Zusätzlich können weitere Schwachstellen in den Nietschaft 208 eingebracht werden, so dass der mittlere Bereich 208.2 des Nietschafts 208 sich bei einer Krafteinwirkung Fz leicht verformen lässt. Die Sollstauchstelle 214 wird bei axialer Krafteinwirkung Fz auf den oberen Bereich 208.1 des Nietschafts 208 also derartig gestaucht, dass sich, wie in 5c gezeigt, ein als Abstandselement 205 ausgeführter Stauchbereich ausbildet. Durch die Stauchung verschieben sich ebenfalls die Auslassöffnungen 218 radial nach außen und die Zuführkanäle 216 werden geringfügig enger, da diese mit gestaucht werden.
Anschließend wird das erste Bauteil 201 mit seiner Bohrung 203 auf den Nietschaft 208 aufgesetzt. Das erste Bauteil 201 ist dabei vom zweiten Bauteil 202 durch den gestauchten Teil des Nietschafts 208 separiert; der Stauchbereich wirkt somit als Abstandselement 205. Zum endgültigen Ausbilden der Nietverbindung wird in einem letzten Schritt der aus dem ersten Bauteil 201 nach oben heraus ragende Teil des Nietschafts 208 beispielsweise mit dem Hammer zu einem Schließkopf 220 geformt, wobei darauf geachtet wird bzw. der obere Teil 208.1 des Nietschafts 208 so gefertigt ist, dass die Zuführöffnungen 217 dabei nicht verschlossen werden. Somit ist eine formschlüssige Verbindung mit einem Abstandselement 205 hergestellt.
In einem folgenden Schritt St2 kann, wie in den beiden vorherigen Ausführungsformen, mit einem entsprechend ausgeführten Nietwerkzeug 19 der Klebstoff 6 in die Zuführöffnungen 217 eingelassen werden. Das Nietwerkzeug 19 kann in diesem Fall lediglich aus einem Klebstoff-Reservoir 19.1 und Kapillaren 19.2 mit Adaptern 19.3 ausgeführt sein, da das Nietwerkzeug 19 gemäß dieser Ausführungsform lediglich zum Einfüllen des Klebstoffs 6 verwendet wird.
In allen Ausführungsformen kann der Klebstoff 6 aus zwei Komponenten bestehen, die entweder im Klebstoff-Reservoir 19.1 bereits gemischt werden oder aber erst in den Kapillaren 19.2, wobei in dem Fall das Klebstoff-Reservoir 19.1 zweiteilig ausgeführt ist, so dass die beiden Klebstoff-Komponenten unabhängig voneinander in die Kapillaren 19.2 eingelassen werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004016712 A1 [0008]
DE 102004020586 B4 [0009]
DE 102008026356 A1 [0010]

Claims

Verfahren zum Verbinden von Bauteilen (1, 2; 101, 102; 201, 202), mit mindestens den folgenden Schritten: Bereitstellen eines ersten Bauteils (1; 101; 201) und mindestens eines zweiten Bauteils (2; 102; 202) sowie eines Verbindungselementes (7; 107; 207) zum Verbinden der Bauteile (1, 2; 101, 102; 201, 202) (St1), Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung zwischen den Bauteilen (1, 2; 101, 102; 201, 202) unter Verwendung des Verbindungselementes (7; 107; 207) (St2), und Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Bauteilen (1, 2; 101, 102; 201, 202) mit einem Klebstoff (6) (St3), dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (6) nach dem Ausbilden der formschlüssigen Verbindung von außen durch das Verbindungselement (7; 107; 207) hindurch in einen Zwischenraum (Z) zwischen den Bauteilen (1, 2; 101, 102; 201, 202) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1, 2; 101, 102; 201, 202) vor dem Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung separiert werden zum Ausbilden des Zwischenraums (Z) für den Klebstoff (6).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Separieren der Bauteile (1, 2; 101, 102; 201, 202) ein Abstandselement (5; 105; 205) vorgesehen ist, das entweder vor dem Ausbilden der formschlüssigen Verbindung zwischen den Bauteilen (1, 2; 101, 102; 201, 202) positioniert oder bei dem Ausbilden der formschlüssigen Verbindung zwischen die Bauteile (1, 2; 101, 102; 201, 202) gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7; 107; 207) als ein Niet ausgeführt ist und zum Ausbilden der formschlüssigen Verbindung ein Nietvorgang durchgeführt und anschließend der Klebstoff (6) von außen durch den Niet in den Zwischenraum (Z) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Nietvorgang als Verbindungselement (7; 107) ein Blindniet mit mindestens einem Nietkopf (9; 109), einem Nietschaft (8; 108) und einem in den Nietschaft (8; 108) eingesteckten Dorn (11; 111) mit mindestens einem Dornschaft (12; 112) und einem Dornkopf (13; 113) verwendet wird, wobei der Blindniet (7; 107) zunächst in fluchtend übereinanderliegende Bohrungen (3, 4; 103, 104) der Bauteile (1, 2; 101, 102) eingesteckt wird, anschließend eine Kraft (Fz) auf den Dorn (11; 111) ausgeübt wird zum Ausbilden eines Schließkopfes (20; 120), so dass die Bauteile (1, 2; 101, 102) zwischen dem Nietkopf (9; 109) und dem Schließkopf (20; 120) formschlüssig verbunden werden, und anschließend der Klebstoff (6) in Zuführöffnungen (17; 117) am Nietkopf (9; 109) eingelassen wird, wobei die Zuführöffnungen (17; 117) über im Nietschaft (9; 109) verlaufende Zuführkanäle (16; 116) in Auslassöffnungen (18; 118) münden, aus denen der Klebstoff (6) in den Zwischenraum (Z) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (105) am Blindniet (107) angeordnet ist und das Abstandselement (105) beim Ausbilden der formschlüssigen Verbindung durch die Kraft (Fz) so verformt wird, dass sich das Abstandselement (105) zwischen die Bauteile (101, 102) schiebt und dadurch der Zwischenraum (Z) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Nietverfahren als Verbindungselement (207) ein Vollniet mit mindestens einem Nietkopf (209) und einem Nietschaft (208) mit einer Sollstauchstelle (214) vorgesehen ist, wobei der Vollniet (207) zunächst in eine Bohrung (204) des zweiten Bauteils (202) eingesteckt wird und anschließend die Sollstauchstelle (214) durch Ausüben einer Kraft (Fz) auf das obere Ende (208.1) des Nietschafts (208) gestaucht wird, so dass sich ein Abstandselement (205) ausbildet, anschließend das erste Bauteil (201) mit der Bohrung (203) auf den Nietschaft (208) aufgesetzt wird und unter Ausübung einer Kraft (Fz) auf das obere Ende (208.1) des Nietschafts (208) ein Schließkopf (220) ausgebildet wird, so dass die beiden Bauteile (201, 202) formschlüssig miteinander verbunden werden und das Abstandselement (205) einen Zwischenraum (Z) zwischen den beiden Bauteilen (201, 202) definiert, und anschließend ein Klebstoff (6) in Zuführöffnungen (217) am Nietkopf (209) oder am Schließkopf (220) eingelassen wird, wobei die Zuführöffnungen (217) über im Nietschaft (208) verlaufende Zuführkanäle (216) in Auslassöffnungen (218) münden, aus denen der Klebstoff (6) in den Zwischenraum (Z) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (6) über ein Nietwerkzeug (19) von außen in das Verbindungselement (7; 107; 207) eingelassen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des eingelassenen Klebstoffes (6) vorher eingestellt wird, um eine geeignete Dosierung zu erreichen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (6) zum Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung bei Raumtemperatur ausgehärtet wird, wobei die formschlüssige Verbindung die Bauteile (1, 2; 101, 102; 201, 202) während dem Aushärten zusammen hält.
Verbindungselement in Form eines Niets zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in seinem Schaft (8, 208) mindestens zwei sich axial erstreckende Zuführkanäle (16, 216) angeordnet sind, deren eines Ende (17, 217) in den Setzkopf (9, 209) oder Schließkopf (20, 220) mündet und deren anderes Ende (18, 218) abgewinkelt vom axialen Verlauf in die Schaftaußenwandung mündet.