-
Die Erfindung betrifft eine Montageeinheit mit einem Montageteil und einem Schweißelement sowie ein Verfahren zur Herstellung der Montageeinheit.
-
Die Fixierung eines Montageteils, beispielsweise eines blechartigen Karosserieteils an einer Grundkonstruktion eines Kraftfahrzeugs, erfolgt vielfach durch Punkt- oder Widerstandsschweißen. Insbesondere im Automobilbau werden etwa aus Gründen der Gewichtseinsparung Montageteile aus leichten Materialien wie Aluminium eingesetzt. Wenn sich dabei ein nicht verschweißbarer Materialmix ergibt, d. h., wenn sich das Material des Montageteils nicht mit dem Material der Grundkonstruktion verschweißen lässt, wird das Montageteil mit einem oder mehreren Schweißelementen bestückt, welche aus einem in schweißtechnischer Hinsicht mit dem Material der Grundkonstruktion kompatiblen Material, z. B. aus Stahl, bestehen. Das Schweißelement ist in einer Durchgangsbohrung des Montageteils fixiert, wobei letzteres eine Montageseite und eine von dieser weg weisende Außenseite besitzt. Wenn die Montageeinheit bzw. das Montageteil an einer im Folgenden mit Gegenfläche bezeichneten Fläche der Grundkonstruktion fixiert ist, ist die Montageseite dieser Gegenfläche zugewandt.
-
Bei herkömmlichen, beispielsweise aus
WO 2012/041515 A1 bekannten Verbindungen der in Rede stehenden Art ist ein scheibenförmiges Schweißelement vorgesehen, welches form- und/oder kraftschlüssig in der Durchgangsbohrung des Montageteils eingesetzt ist. Das als eine die Durchgangsbohrung im Wesentlichen vollständig ausfüllende Scheibe ausgebildete Schweißelement weist eine relativ große Masse auf, was sich insbesondere bei dicken Montageteilen als nachteilig auf das Gesamtgewicht der Montageeinheit auswirkt. Die durch die Verwendung eines Leichtbaumontageteils erzielte Gewichtseinsparung wird dadurch zumindest teilweise kompensiert. Darüber hinaus müssen der Dicke des Montageteils entsprechend unterschiedlich dicke Schweißelemente bzw. Schweißelement-Rohlinge eingesetzt werden.
-
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Montageeinheit vorzuschlagen, bei welcher der Einsatz von gewichtsreduzierten Schweißelementen möglich ist, ohne dabei aber die Festigkeit der Verbindung zwischen Montageeinheit und Schweißelement negativ zu beeinflussen. Außerdem sollen die Schweißelemente in ihrer Ausgangsform, also die Schweißelement-Rohlinge, problemlos herstellbar und für einen großen Dickenbereich der Montageteile einsetzbar sein.
-
Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein einfach durchzuführendes Verfahren für die Herstellung der Montageeinheit anzugeben.
-
Die erste Aufgabe wird durch eine Montageeinheit nach Anspruch 1 und die zweite Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst.
-
Eine erfindungsgemäße Montageeinheit umfasst zumindest ein als Hülse ausgebildetes Schweißelement, wobei das an der Außenseite des Montageteils angeordnete äußere Ende der Hülse einen Radial abstehenden Flansch trägt. Dieser stützt sich, zumindest mit einem Teil seiner Flanschunterseite an der Außenseite des Montageteils ab. Durch diese Ausgestaltung ist ein Formschluss zwischen dem Schweißelement und dem Montageteil in einer sich zur Außenseite hin erstreckenden Richtung gewährleistet.
-
Der sich von dem Flansch weg erstreckende Teil der Hülse, also deren aus der Flanschunterseite vorstehender Schaft, hat eine Länge, die mindestens so groß ist wie die Dicke des Montageteils im Lochrandbereich der Durchgangsbohrung. Das an der Montageseite angeordnete innere Ende des Schafts schließt daher bündig mit der Montageseite des Montageteils ab oder ragt mit einem Soll-Überstand über diese hinaus. Eine am inneren Ende des Schafts vorhandene Stirnfläche, welche als Schweißfläche zur Verschweißung mit der Gegenfläche der Grundkonstruktion dient, kann somit mit der Gegenfläche der Grundkonstruktion zum Zwecke der Herstellung einer Schweißverbindung in Kontakt gebracht werden.
-
Der Schaft der Hülse hat eine der Querschnittsform der Durchgangsbohrung entsprechende Umrissform, wodurch die Herstellung eines Formschlusses und/oder Reibschlusses zwischen der Wand der Durchgangsbohrung und der Außenwandung des Schafts, z. B. durch eine radiale Aufweitung des Schafts, erleichtert ist.
-
Der Schaft ist mit einem weiteren Formschluss in der Durchgangsbohrung gehalten, und zwar mit einem Formschluss in einer zur Montageseite weisenden, Richtung. Das Schweißelement ist dabei mit der für eine spätere Fixierung der Montageeinheit an der Grundkonstruktion erforderlichen Festigkeit in der Durchgangsbohrung des Montageteils fixierbar. Die Montageeinheit kann daher ohne Gefahr des Verlustes eines Schweißelements transportiert werden. Außerdem ist die spätere Montage an eine Grundkonstruktion insofern erleichtert, als die Montageeinheit nicht erst mit Schweißelementen bestückt werden muss, was mit einem entsprechenden logistischen und verfahrenstechnischen Aufwand verbunden wäre.
-
Durch die hülsenartige Ausgestaltung des Schweißelements ist dessen Materialmenge und dementsprechend dessen Gewicht gegenüber einem scheibenförmigen, die Durchgangsbohrung des Montageteils praktisch vollständig ausfüllenden Schweißelements reduziert. Die Festigkeit der Schweißverbindung ist dabei aber vergleichbar mit einem scheibenförmigen Schweißelement, welches mit einer zentralen Schweißzone mit der Grundkonstruktion verbunden ist, oder sogar höher. Zum einen steht mit der ringförmigen Stirnfläche eine ausreichend große Schweißfläche zur Verfügung. Zum anderen ergibt sich gegenüber einer zentralen punktförmigen Schweißfläche bzw. Schweißzone eine höhere Widerstandsfähigkeit der Schweißverbindung hinsichtlich einer Verkippung des Montageteils gegenüber der Mittellängsachse des Schweißelements bzw. der Durchgangsbohrung. D. h., bei der vorgeschlagenen Verbindung kann eine größere Durchzugskraft übertragen werden, da das Schweißelement an der Verbindungsstelle zum Montageteil nur auf Scherung und nicht noch zusätzlich auf Biegung beansprucht wird.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Montageeinheit wird eine Hülse als Schweißelement-Rohling bereitgestellt, die an ihrem einen Ende einen radial abstehenden Flansch trägt, wobei der aus der Flanschunterseite vorstehende Schaft der Hülse eine der Querschnittsform der Durchgangsbohrung entsprechende Umrissform und eine Länge, die mindestens so groß ist wie die Dicke des Montageteils im Lochrandbereich, aufweist. Der Schweißelement-Rohling wird so in die Durchgangsbohrung eingesteckt, dass der Flansch an der Außenseite des Montageteils anliegt und das montageseitige innere Ende des Schafts mit der Montageseite fluchtet oder mit einem Überstand aus dieser hervor steht. Ein weiterer Vorteil der hülsenartigen Ausgestaltung des Schweißelements ist, dass es auf einfache Weise mit Hilfe eines von der Montageseite her zugeführten Stempels formschlüssig mit dem Montageteil verbunden werden kann. Zu diesem Zweck wird zumindest ein sich von der Schweißfläche weg erstreckender Teilbereich des Hülsenschafts radial geweitet und dabei unter Ausbildung eines Formschlusses zwischen dem Schaft und dem Montageteil in einer sich von der Montageseite weg und zum Flansch hin erstreckenden Richtung plastisch verformt.
-
Die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen (überwiegend in Schnittdarstellung):
-
1A ein erstes Ausführungsbeispiel einer Montageeinheit, welche ein von einer Durchgangsbohrung durchsetztes Montageteil und ein hülsenförmiges, in die Durchgangsbohrung eingesetztes Schweißelement umfasst,
-
1B eine Draufsicht in Richtung des Pfeils IB von 1A,
-
2A–D die Herstellung der Montageinheit von 1A ausgehend von einem Schweißelement-Rohling und einem Montageteil,
-
3 den Ausschnitt III von 1A, welcher eine erste Variante des Formschlusses zwischen dem Schweißelement und der Montageinheit zeigt,
-
4 eine 3 entsprechende Abbildung, welche einen alternativen Formschluss zwischen Schweißelement und Montageteil aufzeigt,
-
5A, B eine Gegenüberstellung zweier Montageeinheiten mit unterschiedlich dicken Montageteilen,
-
6A–6D eine alternative Herstellungsweise für die Montageeinheit nach 1A,
-
7 eine Variante des Ausführungsbeispiels von 1,
-
8 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels von 1,
-
9A eine Ausführungsvariante der Monateeinheit von 1, welche ein Schweißelement mit einer zentralen Bohrung umfasst,
-
9B den Schweißelement-Rohling für die Monateeinheit von 9A
-
10A den Schweißelement-Rohling und das Montageteil für eine weitere Ausführungsvariante der Monateeinheit von 1,
-
10B die fertige Montageeinheit, also die Teile von 10A im Montagezustand,
-
11 das Verschweißen einer Montageeinheit mit einer Grundkonstruktion mit Hilfe von Schweißelektroden,
-
12A–12D die Herstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Montageeinheit,
-
13 eine Montageeinheit entsprechend 12D, jedoch mit einem Montageteil größerer Dicke,
-
14 das Verschweißen einer Montageeinheit nach 12D oder 13B mit einer Grundkonstruktion,
-
15 eine mit einer Grundkonstruktion verschweißte Montageeinheit.
-
Die in den Abbildungen gezeigten Montageeinheiten 1 umfassen ein Montageteil 2, welches beispielsweise ein blechartiges Formteil ist, das an eine Grundkonstruktion 5 (15), etwa eine Rahmenkonstruktion eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen fixiert werden soll. Das Montageteil 2 weist eine Montageseite 3 auf, die im Endmontagezustand, d. h., wenn die Montageeinheit 2 gem. 15 mit einer Gegenfläche 4 der Grundkonstruktion 5 verschweißt ist, der Grundkonstruktion bzw. der genannten Gegenfläche zugewandt ist. Das Montageteil 2 ist von wenigstens einer Durchgangsbohrung 6 durchsetzt. In der Durchgangsbohrung 6 ist ein in Form einer Hülse 7 ausgebildetes Schweißelement S formschlüssig fixiert. Die Hülse 7 weist an ihrem von der Montageseite 3 weg weisenden äußeren Ende 8 einen radial abstehenden Flansch 9 auf. Dieser erstreckt sich quer zur Mittellängsachse 26 der Durchgangsbohrung 6 bzw. des Schweißelements S und liegt mit seiner Flanschunterseite 10 vollständig oder, wie dies bei der Montageeinheit 1 von 11 der Fall ist, teilweise an der Außenseite 13 des Montageteils 2 an. Die Außenseite 13 verläuft zumindest im Lochrandbereich der Durchgangsbohrung 6 parallel zur Montageseite 3 sowie quer zu der genannten Mittellängsachse 26 und ist der Montageseite 3 abgewandt. Der sich von der Flanschunterseite weg ersteckende Teil der Hülse 7, deren Schaft 14, erstreckt sich in die Durchgangsbohrung 6 hinein und hat eine Umrissform, welche der Querschnittsform der Durchgangsöffnung 6 entspricht. Bei den in den Abbildungen gezeigten Ausführungsbeispielen hat die Durchgangsbohrung 6 eine kreisrunde Querschnittsform. Die Außenwandung 15 des Schafts 14 liegt überwiegend flächig an der Bohrungswand 16 an.
-
Die Länge 17 des Schafts 14 ist mindestens so groß wie die Dicke 18 des Montageteils 2 im Lochrandbereich der Durchgangsbohrung 6 (3). Wenn die Schaftlänge 17 größer ist als die Dicke 18, steht das im Bereich der Montageseite 3 angeordnete innere Ende 19 der Hülse 7 bzw. des Schafts 14 mit einem Soll-Überstand 20 aus der Montageseite 3 hervor. Die Größe des genannten Überstandes ist nicht zufällig, sondern ist vorgegeben, so dass im Endmontagezustand gemäß 15 zwischen dem Montageteil 2 und der Grundkonstruktion 5 ein definierter Zwischenraum 23 vorhanden ist, in dem z. B. eine Isolierschicht 24 angeordnet ist. Diese dient beispielsweise dazu, eine Kontaktkorrosion, indem sie einen direkten Kontakt zwischen Montageteil 3 und Grundkonstruktion 5 und das Eindringen von Feuchtigkeit in den Zwischenraum 23 verhindert. Ein Zwischenraum 23 zwischen dem Montageteil 3 und der Grundkonstruktion 5 ist jedoch nicht in jedem Fall, z. B. wenn eine Kontaktkorrosion nicht zu befürchten ist, erforderlich. Das innere Ende 19 der Hülse 7 fluchtet dann nahezu mit der Montageseite 3, so dass die an dem genannten Ende vorhandene Stirnfläche 25 zur Herstellung einer Schweißverbindung mit der Gegenfläche 4 der Grundkonstruktion in Kontakt gebracht und mit dieser verschweißt werden kann.
-
Die formschlüssige Fixierung des Schweißelements S in der Durchgangsbohrung 6 erfolgt mit Hilfe von zwei entgegengesetzt wirkenden Formschlüssen. Zum einen ist hier der Flansch 9 zu nennen, welcher an der Außenseite 13 des Montageteils 2 anliegt bzw. den außenseitigen Lochrandbereich der Durchgangsbohrung 6 radial überlappt. Auf diese Weise ist ein Formschluss in einer parallel zur Mittellängsachse 26 der Durchgangbohrung 6 verlaufenden und sich zur Außenseite 13 hin erstreckenden Richtung R1 gewährleistet. Im Endmontagezustand gemäß 15 weist die Richtung R1 im rechten Winkel auf die Gegenfläche 4 der Grundkonstruktion 5.
-
Ein zweiter, in eine der Richtung R1 entgegensetzten Richtung R2 wirksamer Formschluss wird dadurch erreicht, dass ein sich von der Montageseite 3 wegerstreckender Abschnitt der Bohrungswand 16 und die Außenwandung 15 zumindest des inneren Schaftendes 19 sich zur Montagefläche 3 des Montageteils 2 hin in komplementärer Weise konisch erweitert. Diese Ausgestaltung des Formschlusses ist dann zweckmäßig, wenn das Material des Montageteils 3 eine kleinere Härte aufweist bzw. leichter verformbar ist als das Material des Schweißelements S. Der Formschluss kann dann auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, dass zumindest das innere Ende 19 des Schweißelements S bzw. des ursprünglich zylindrischen Schafts 14' eines das spätere Schweißelement S bildenden Schweißelement-Rohlings mit einem Aufweitungswerkzeug im Wesentlichen konisch aufgeweitet wird, wobei dabei die ursprünglich zylindrische Bohrungswand 16 unter Aufweitung plastisch verformt wird und am Ende eine zur konischen Verformung des Schafts 14 komplementäre konische Form aufweist.
-
Eine andere Möglichkeit, einen Formschluss zwischen Montageteil 2 und Schweißelement S in Richtung R2 herzustellen, besteht darin, dass ein radial äußerer Bereich 27 des inneren Schaftendes 19 eine Hintergriffsfläche 28 des Montageteils 3 radial überlappt, wobei die Hintergriffsfläche 28 der Außenseite 13 der Montageteils 2 abgewandt ist und quer zur Mittellängsachse 26 der Durchgangsbohrung 6 verläuft (4). Diese Art des Formschlusses ist dann zweckmäßig, wenn das Material des Montageteils 2 eine größere Härte aufweist bzw. schwerer plastisch verformbar ist als das Material des Schweißelements S. Bei der Herstellung der Montageeinheit 1 wird das innere Ende 19 des in der Durchgangsbohrung 6 einliegenden Schafts mit einem Aufweitewerkzeug radial aufgeweitet. Dabei kommt es im Wesentlichen nur zu einer plastischen Verformung des Schafts 14 derart, dass der radial äußere Bereich 27 des Schafts 14 die Hintergriffsfläche 28 radial überlappt. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hintergriffsfläche ein sich von der Bohrungswand 16 wegerstreckender Bereich der Montageseite 3. Ein derartiger Formschluss ist auch möglich, wenn kein Soll-Überstand 20 des Schafts 14 vorgesehen ist. Die Hintergriffsfläche 28 ist dann z. B. eine Radialschulter innerhalb der Durchgangsbohrung 6 (nicht gezeigt).
-
Der Soll-Überstand 20 wird durch eine axiale Stauchung des Schweißelements eingestellt. Im Montagezustand liegt somit ein axial gestauchtes Schweißelements S vor, dessen Schaft 14 mit dem Soll-Überstand aus der Montageseite 3 des Montageteils 2 hervorsteht. Die Verwendung eines mehr oder weniger gestauchten Schweißelements S hat den Vorteil, dass je nach der Dicke 18 eines mit einer Grundkonstruktion 5 zu verbindenden Montageteils 2 ein einheitlicher Schweißelement-Rohling 40, also ein solcher mit ein und derselben Baugröße bzw. Schaftlänge 17' verwendet werden kann. Ein anfänglicher Überstand 46 des Schweißelements-Rohlings 40 (2C) kann in Anpassung an die jeweilige Dicke 18 des Montageteils 2 in einem solchen Ausmaß axial gestaucht werden, dass das innere Ende 19 des Schafts 14 im Montagezustand mit dem Soll-Überstand 20 aus der Montageseite 3 herausragt.
-
Bei der Montageeinheit von 1A ist das innere Ende 19 des Schafts 14 von einer Querwand 29 verschlossen. Ein Randbereich der Querwand 29 bildet mit der Hülsenwand 30 einen v-förmigen, sich zum äußeren Hülsenende 8 öffnenden Falz 33. Die Stirnfläche 25, welche als Schweißfläche dient, ist an dem Verbindungsbereich zwischen den v-förmig angeordneten Schenkeln des Falzes 33 angeordnet. Der sich radial innerhalb des Falzes 33 befindliche Zentralbereich 34 der Querwand 29 verläuft bei dem Ausführungsbeispiel von 1A in einer zur Montageseite 3 des Montageteils 2 parallelen Ebene. Das Schweißelement S liegt in einem axial gestauchten Zustand vor. Auf seiner der Außenseite 13 des Montageteils 2 abgewandten Seite ist eine von dem Zentralbereich 34 und dem Falz 33 umgrenzte Mulde 49 vorhanden.
-
Bei der Ausführungsvariante von 7 und 8 verläuft der Zentralbereich 34 der Querwand 29 nicht in einer Ebene, sondern ist in Form eines sich zur Außenseite 13 des Montageteils hin öffnenden Napfes 35 ausgebildet. Die der Außenseite 13 des Montageteils 2 abgewandte Unterseite 36 des Napfbodens fluchtet mit der Stirnfläche 25 der Hülse 7 und bildet eine zusätzliche Schweißfläche, mit welcher das Schweißelement S mit der Gegenfläche 4 der Grundkonstruktion 5 verschweißt werden kann. Bei der Ausführungsvariante von 8 ist der Zentralbereich 34 der Querwand 29 ebenfalls in Form eines Napfes 35 ausgebildet. Die Unterseite 36 des Napfes ist jedoch in Richtung zur Außenseite 13 des Montageteils 2 zurückversetzt, so dass zwischen der von der Stirnfläche 25 der Hülse 7 aufgespannten Ebene und der Unterseite 36 ein Axialabstand 37 vorhanden ist. Im Endmontagezustand entsprechend 15 wird durch den Abstand 37 ein Zwischenraum (nicht gezeigt) frei gehalten, der beispielsweise zur Aufnahme einer Klebeschicht 38 (8) dienen kann. Bei der Ausführungsvariante von 9A ist die Querwand 29 von einer zentralen Bohrung 39 durchsetzt. Es ist lediglich nur noch ein radial außenliegender Bereich der Querwand 29 vorhanden, welcher den radial inneren Schenkel des Falzes 33 bildet. Ein Zentralbereich 34 der oben erwähnten Art ist somit nicht vorhanden.
-
Bei der Herstellung eines Montageteils 1 wird zunächst eine Hülse 7' als Schweißelement-Rohling 40 bereitgestellt. Die Hülse 7' entspricht im Wesentlichen der späteren Hülse 7 des fertigen Montageteils 1. Ihre Hülsenwand 30' ist noch nicht radial aufgeweitet, weist somit noch die ursprüngliche zylindrische Form auf. An ihrem äußeren Ende 8 ist der oben schon beschriebene Flansch 9 angeformt. Das spätere innere Ende 19 der Hülse 7' ist von einer Querwand 29' verschlossen, welche sich in einer quer zur Mittellängsachse 43 des Schweißelement-Rohlings verlaufenden Ebene erstreckt. Es wird ein Montageteil 2 bereitgestellt, welches von wenigstens einer Durchgangsbohrung 6 durchsetzt ist. Die Durchgangsbohrung 6 weist eine kreiszylindrische Querschnittsform auf, wobei ihr Durchmesser 45 geringfügig größer ist als der Außendurchmesser 44 des Schafts 14'. Der Schaft 14' kann somit problemlos in die Durchgangsöffnung 6 eingesteckt werden. Am Ende des Einsteckvorgangs liegt der Flansch 9 mit seiner Flanschunterseite 10 an der Außenseite 13 des Montageteils 2 an (2C). Die Länge 17' des Schafts 14' ist so bemessen, dass der Schaft 14' mit einem Überstand 46 aus der Montageseite 3 des Montageteils 2 hervorsteht.
-
Als nächster Verfahrensschritt wird ganz allgemein eine Aufweitung und plastische Verformung eines sich von dem inneren Ende 19 wegerstreckenden Teilbereichs bzw. Axialabschnitts des Schafts 14' mit Hilfe eines von der Montageseite 13 her zugeführten Aufweitewerkzeugs, nämlich des Stempels 47, vorgenommen. Das Ergebnis dieser Maßnahme ist ein Formschluss zwischen dem radial geweiteten Schaft 14 und dem Montageteil 2 in einer zur Montageseite 13 weisenden Richtung R2. In dem in 2A–D gezeigten Fall ist das spätere innere Ende 19 des Schafts 14' von einer Querwand 29' verschlossen. Zur Ausbildung einer Montageeinheit 1 gemäß 1A wird ein Stempel 47 verwendet, der einen zentralen kreisförmigen Vorsprung 42 mit einer konisch verlaufenden Seitenwand 50 aufweist und der von einer ringförmigen Vertiefung 53 umgrenzt ist. Der Vorsprung 42 und die ihn umgrenzende Vertiefung 53 bilden zusammen eine Stempelfläche, die zu der der Außenseite 13 des Montageteils abgewandten Seite des Schweißelements 7, S komplementär ist.
-
Unter Mitwirkung eines am Flansch 9 angesetzten Gegenhalters 48 wird ein zentraler Bereich der Querwand 29' durch den Vorsprung 42 in das Innere der Hülse 14' hineingedrückt, wobei gleichzeitig auf Grund der konischen Seitenwand 50 des Vorsprungs 42 die Hülse 7' radial geweitet und der anfängliche Überstand 46 auf den Soll-Überstand 20 verkürzt wird. Das Ausmaß der jeweiligen Verkürzung des anfänglichen Überstands 46 ist abhängig von der Dicke 18 des Montageteils 2. Je dünner das Montageteil 2 ist, desto weiter wird die Querwand 29' des Schweißelement-Rohlings 40 von dem Stempel 47 zu der von dem Flansch 9 aufgespannten Ebene E hin gedrückt und desto tiefer ist die auf der der Außenseite 13 des Montageteils 2 abgewandten Seite der Querwand 29 durch die in Rede stehende plastische Verformung entstandene Mulde 49. Bei der Montageeinheit 1 von 5B mit dem dickeren Montageteil 2 ist zwischen der Ebene E und der Querwand 29 bzw. deren Zentralbereich 34 ein Axialabstand 54 vorhanden. Dahingegen fluchtet bei der Montageeinheit 1 von 5A mit dem dünneren Montageteil 2 der Zentralbereich 34 der Querwand 29 mit der Ebene E. Der Dickenunterschied zwischen den Montageteilen 2 wird somit mit Hilfe des sich bei der axialen Stauchung des Schweißelement-Rohlings 40 bildenden Falzes 33 ausgeglichen: Mit abnehmender Dicke 18 des Montageteils 2 nimmt die Länge des radial innen liegenden Schenkels 55 des Falzes zu, bis er entsprechend dem Zustand gem. 5A die gleiche Länge wie der radial außen liegende, von der Hülsenwand 30 gebildete Schenkel des Falzes 33 aufweist.
-
In dem in 2A–D dargestellten Beispiel ist das Material des Montageteils 2 weicher und damit verformbarer als das Material des Schweißelement-Rohlings 40. Dementsprechend wird die Bohrungswand 16 komplementär zur konischen Aufweitung der Hülsenwand 30 verformt, was deutlich der 3 zu entnehmen ist. Für den Fall, dass das Montageteil aus einem Material besteht, welches härter bzw. schwerer plastisch verformbar ist als das Schweißelement S, bietet sich eine alternative Herstellungsweise an, wie 6A–D zu entnehmen ist. Aufgrund des genannten Härteunterschieds kann der die Durchgangsbohrung 6 aufweisende Bereich eines Montageteils 2 als Ziehmatrize 55 zur Herstellung des Schweißelement-Rohlings 40 aus einem Blechzuschnitt 56 verwendet werden. Hierzu wird der Blechzuschnitt 56 auf die Durchgangsöffnung 6, und zwar konzentrisch zu deren Mittellängsachse 26 aufgelegt und mit Hilfe eines Tiefziehstempels 57 ein radial innerer Bereich des Blechzuschnitts 56 unter Ausbildung der Hülsenwand 30 und der Querwand 29' des Schweißelement-Rohlings 40 durch die Durchgangsöffnung 6 hindurch gepresst. Der Flansch 9 des Schweißelements S bildet sich aus einem radial außenliegenden Bereich des Blechzuschnitts 56, wobei dieser von einem flanschartigen radial überstehenden Teil 58 des Tiefziehstempels 57 flach an die Außenseite 13 des Montageteils 2 gepresst wird. Bei dieser Verfahrensvariante erfolgen somit die Formung des Schweißelement-Rohlings 40 und dessen Einbringen in die Durchgangsbohrung 6 in einem einzigen Verfahrensschritt.
-
Die plastische Verformung des Schweißelements-Rohlings 40 zum Zwecke der formschlüssigen Verbindung mit dem Montageteil 2 erfolgt gemäß 6C, also ebenso wie auf die oben beschriebene Art und Weise (siehe Beschreibung zu 2C und 2D). Allerdings wird aufgrund des härteren Materials des Montageteils 2 die Bohrungswand 16 der Durchgangsbohrung 6 nicht konisch geweitet. Es wird vielmehr der radial äußere Bereich 27 des inneren Schaftendes 19 des Schweißelements S durch den Stempel 47 radial nach außer verdrängt, wobei er die als Hintergriffsfläche 28 wirkende Montagefläche 13 unter Bildung des in Richtung R2 wirkenden Formschlusses radial überlappt (siehe auch 4).
-
Die Herstellung der Ausführungsvariante 9A kann auf die gleiche Weise wie oben beschrieben erfolgen. Es wird lediglich ein Schweißelement-Rohling 40 verwendet, dessen Querwand 29', wie in 9B gezeigt, von einer Zentralbohrung 39' durchsetzt ist. Auch für die Ausführungsvarianten nach 7 und 8 sind die oben beschriebenen Herstellungsverfahren anwendbar. Allerdings sind für die Ausformung des sich zur Außenseite 13 des Montageteils 2 hin öffnenden Napfes 35 ein mit einem komplementär geformten Vorsprungs (nicht gezeigt) und ein Stempel 47 mit einer entsprechenden Ausnehmung (nicht gezeigt) erforderlich.
-
In 10B ist eine Montageeinheit 1 gezeigt, bei der zwischen dem Flansch 9 und der Außenseite 13 des Montageteils 2 bzw. an der Flanschunterseite 10 eine Isolierschicht 59a vorhanden ist, um beispielsweise eine Kontaktkorrosion zu verhindern. Eine solche Isolierschicht 59b kann auch in einem Spalt zwischen dem Schaft 14 der Hülse 7 und der Bohrungswand 16 bzw. an der Außenwandung 15 des Schafts 14 vorhanden sein. Zweckmäßig ist eine Isolierung dieser Art insbesondere bei einem Montageteil, welches aus CFK besteht. Dieses Material – Kohlefaser verstärkter Kunststoff – verhält sich elektrochemisch wie ein edles Metall.
-
Zur Herstellung einer Montageeinheit 1 mit einer Isolierschicht 59a und/oder 59b können z. B. die entsprechenden Flächen des Schweißelement-Rohlings 40, also etwa die Flanschunterseite 10 und der Schaft 14 mit einer entsprechenden Beschichtung versehen werden. Wenn jedoch ein solcher Schweißelement-Rohling 40 in die Durchgangsbohrung des Montageteils 2 hinein gesteckt wird, besteht die Gefahr, dass außenseitig am Schaft 14' vorhandenes Isoliermaterial zumindest teilweise wieder abgeschabt wird. Um dies zu vermeiden wird ein Schweißelement-Rohling 40 eingesetzt, dessen Flanschunterseite 10 mit der Außenwandung 15 des Schafts 14' einen spitzen Winkel α bildet. Auf die Flanschunterseite 10 ist ein Isoliermaterial 59' mit einer Menge aufgetragen, welche größer ist, als dies zur Bildung der späteren Isolierschicht 59a zwischen Flansch 9 und Montageteil 2 erforderlich ist. Beim Einpressen des Rohlings 40 mit einer Vorgehensweise entsprechend 2A–D, kommt zunächst der der Außenrand 70 des Flansches 9 auf der Außenseite 13 des Montageteils 2 zur Anlage. Wenn der Flansch 9 im weiteren Fortgang des Herstellungsverfahrens mit seiner Flanschunterseite 10 gegen die Außenseite 13 gedrückt und dabei derart verformt wird, dass er sich in einer quer zur Mittellängsachse 26 der Durchgangsbohrung erstreckt, wird das Isoliermaterial 59'' an der Flanschunterseite 10 in einen zwischen dem Schaft 14 und der Bohrungswand 16 vorhandenen Spalt 60 unter Ausbildung der Isolierschicht 59b hinein gepresst. Damit ein Spalt 60 mit einer entsprechenden Aufnahmekapazität für das Isoliermaterial 59' vorhanden ist, sind der Außendurchmesser 44 des Schafts 14' und der Durchmesser 45 der Durchgangsbohrung 6 entsprechend aufeinander abgestimmt.
-
Das Verschweißen einer Montageeinheit 2 bzw. eines mit einem Montageteil 2 verbundenen Schweißelements S, 7 mit der Grundkonstruktion 5 erfolgt mit Hilfe einer an der Flanschseite des Schweißelements angesetzten ersten Schweißelektrode SE1, und einer mit der Grundkonstruktion kontaktierten zweiten Schweißelektrode SE2 (11 und 14). Die an der Flanschseite vorhandene Kontaktfläche 63, mit der die erste Schweißelektrode SE1 mit dem Schweißelement S, 7 in elektrischem Kontakt steht, weist eine größere Fläche auf als die Stirnfläche 25 des inneren Endes 19 des Schweißelements, welche als Schweißfläche dient, also mit der Grundkonstruktion verschweißt wird. Durch die genannte Flächenrelation ist gewährleistet, dass im Bereich der Stirnfläche 25 eine hohe Stromdichte herrscht, so dass ein Aufschmelzen der Metalle und ein Verschweißen im Bereich der Stirnfläche 25 stattfinden kann.
-
Bei dem in 11 gezeigten Beispiel ist die Kontaktfläche 63 an einem Ringwulst 71 des Flansches 9 vorhanden. Der Ringwulst 71 ist ein in der Richtung R2 vorgewölbter Bereich des Flansches 9. Im Gegensatz zu der Ausführungsvariante von 1A liegt nur ein sich vom Ringwulst 71 radial nach außen weg erstreckender Teilbereich 64 des Flansches 9 an der Montageseite 13 bzw. dem Lochrandbereich der Durchgangsbohrung 6 an, nicht jedoch die Unterseite des Ringwulstes 71. Der Effekt dieser Ausgestaltung ist, dass über das Montageteil 2 kein oder zumindest nur ein geringer Anteil des Schweißstroms fließt und somit der sich in der Draufsicht gemäß Pfeil 65 unterhalb des Flansches 9 befindliche Lochrandbereich sich nicht so stark erwärmt.
-
Bei dem oben beschriebenen Schweißelement S, 7 ist das innere Ende 19 des Schafts 14 mit einer Querwand 29 zumindest teilweise verschlossen. Bei einer weiteren Ausführungsvariante ist eine Querwand 129 am äußeren Ende 8 des Schafts 14 vorhanden (12 D). Dabei steht die Querwand 129 unter Bildung des Flansches 9 radial über den Schaft 14 hinaus. Wie bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsvariante mit innenseitiger Querwand 29, ist das Schweißelement aufgrund des den Rand der Durchgangsbohrung radial überlappenden Flansches und mit einem ersten Formschluss in Richtung R1 am Montageteil 2 bzw. in der Durchgangsbohrung fixiert.
-
Auch der zweite, in Richtung R2 wirkende Formschluss wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsvariante bewerkstelligt. Hierzu ist zumindest das innere Ende 19 der Hülse 7 bzw. des Schweißelements S radial geweitet, wobei ein Formschluss entsprechend 3 vorliegt, wenn das Schweißelement S, 7 gegenüber dem Montageteil 2 aus einem härteren, weniger leicht verformbaren Material besteht. Zumindest ein sich an die Stirnfläche 25 anschließender Längsabschnitt des Schafts 14 ist radial erweitert, wobei die Außenwandung 15 bzw. der genannte Längsabschnitt davon konisch ausgebildet ist. Die mit der Außenwandung zusammenwirkende Bohrungswand 16 bzw. ein Längsabschnitt davon ist komplementär verformt. Bei einem umgekehrten Materialmix liegt dagegen ein Formschluss gemäß 4 vor Die Herstellung einer Montageeinheit 2 mit einem Schweißelement S, 7 mit einer außenseitigen Querwand 129 erfolgt, wie 12B und 12C zeigen, prinzipiell auf die gleiche Weise wie weiter oben beschrieben. Die radiale Weitung des inneren Endes 19' des Schweißelement-Rohlings 40 erfolgt mit einem Stempel 47 der in 2C und 6C gezeigten Art. Dieser umfasst ebenfalls einen Vorsprung 42 mit einer konischen Seitenwand 50 und eine den Vorsprung umgrenzenden ringförmigen Vertiefung 53. Der zur axialen Stauchung des Schweißelement-Rohlings 40 erforderliche Gegenhalter 48 liegt zumindest am Flansch 9 flächig an. Wenn der Stempel 47 und der Gegenhalter 48 relativ aufeinander zu bewegt werden, wird der Schaft 14' des genannten Rohlings 40 axial gestaucht. Dabei erfolgt aufgrund der konischen Seitenfläche 50 des Vorsprungs 42 zusätzlich zur Axialstauchung eine radiale Weitung des inneren Endes 19' des Schafts 14' unter Ausbildung des in Richtung R2 wirksamen Formschlusses. Die Hülsenwand 30' des Schweißelement-Rohlings 40 wird dabei stauchungsbedingt verdickt. Der sich an die Stirnfläche 25 des Schweißelements S, 7 der Montageeinheit 1 anschließende Längsabschnitt der Hülsenwand 30 bildet einen verdickten Bereich 66, dessen Innenwandung 67 komplementär zur konischen Seitenwand 50 des Stempelvorsprungs 42 geformt ist.
-
Bei der Herstellung der in Rede stehenden Montageeinheit 1 wird ebenfalls ein Schweißelement-Rohling 40 verwendet, der für Montageteile 2 mit unterschiedlicher Dicke 18 geeignet ist. Die Axialerstreckung 68 des verdickten Bereichs 66 ist umso geringer, je größer die Dicke 18 des Montageteils 2 ist. So ist bei der Montageeinheit 1 von 12D mit dem dünneren Montageteil 2 die genannte Axialerstreckung 68 größer als bei der ein dickeres Montageteil 2 verwendenden Montageeinheit 1 von 13.
-
Die Verschweißung einer Montageeinheit nach 12D und 13 erfolgt wiederum mit zwei Schweißelektroden SE1, SE2 (14). Die Kontaktfläche 163, mit welcher das Schweißelement S, 7 mit der an dessen Flanschseite angesetzten ersten Schweißelektrode in Kontakt gebracht wird, ist wiederum größer als die Stirnfläche 25 des Schafts 14. Außerdem steht die Kontaktfläche 163 erhaben aus der dem Montageteil 2 abgewandten Seite der Querwand 129 erhaben hervor, wobei sie von der Oberfläche eines scheibenförmigen Vorsprungs 69 der Querwand 129 gebildet ist. Der Vorsprung überlappt nicht den Rand der Durchgangsbohrung 6, so dass der Schweißstrom nicht über den Lochrandbereich zur Schweiß- bzw. Stirnfläche 25 geleitet wird. Der in Richtung des Pfeils 65 gesehen unterhalb des Flansches 9 angeordnete Lochrandbereich des Montageteils 2 erfährt dadurch keine so starke Erwärmung.
-
15 zeigt eine Montageeinheit im Endmontagezustand, in dem sie an der Gegenfläche 4 einer Grundkonstruktion 5 mit Hilfe des Schweißelements S, 7 angeschweißt ist. Die mittelbare Verbindung des Montageteils 2 mit der Grundkonstruktion 5 ergibt sich einerseits durch die radiale Überlappung des Flansches 9 des Schweißelements S, 7 im Lochrandbereich der Durchgangsbohrung 6 und andererseits durch die Schweißverbindung 72 der Stirnseite 25 des Schweißelements S, 7 mit der Gegenfläche 4 der Grundkonstruktion 5. In dem Zwischenraum 23 zwischen Montageteil 2 und Grundkonstruktion 5 ist eine Materialschicht vorhanden, die z. B. als Isolierschicht 24 z. B. zur Vermeidung einer Kontaktkorrosion und/oder auch als Klebeschicht zur Erhöhung der Tragfähigkeit wirkt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Montageeinheit
- 2
- Montageteil
- 3
- Montageseite
- 4
- Gegenfläche
- 5
- Grundkonstruktion
- 6
- Durchgangsbohrung
- 7
- Hülse
- 8
- Äußeres Ende (von 7)
- 9
- Flansch
- 10
- Flanschunterseite
- 13
- Außenseite
- 14
- Schaft
- 15
- Außenwandung (von 14)
- 16
- Bohrungswand
- 17
- Länge (von 14)
- 18
- Dicke (von 2)
- 19
- Inneres Ende (von 7)
- 20
- Soll-Überstand
- 23
- Zwischenraum
- 24
- Isolierschicht
- 25
- Stirnfläche
- 26
- Mittellängsachse
- 27
- Radial äußerer Bereich (von 7)
- 28
- Hintergriffsfläche
- 29
- Querwand
- 31
- Innenseite (v. 29)
- 30
- Hülsenwand
- 33
- Falz
- 34
- Zentralbereich (v. 29)
- 35
- Napf
- 36
- Unterseite
- 37
- Abstand
- 38
- Klebeschicht
- 39
- Zentralbohrung
- 40
- Schweißelement-Rohling
- 42
- Vorsprung (an 47)
- 43
- Mittellängsachse (v. 40)
- 44
- Außendurchmesser (v. 7')
- 45
- Durchmesser (v. 6)
- 46
- Überstand
- 47
- Stempel
- 48
- Gegenhalter
- 49
- Mulde
- 50
- Seitenwand
- 53
- Vertiefung
- 54
- Axialabstand
- 55
- Ziehmatrize
- 56
- Blechzuschnitt
- 57
- Tiefziehstempel
- 58
- Teil (von 53)
- 59
- Isolierschicht
- 60
- Spalt
- 63
- Kontaktfläche
- 64
- Teilbereich
- 65
- Pfeil
- 66
- verdickter Bereich (v. 14)
- 67
- Innenwandung
- 68
- Axialerstreckung
- 69
- Vorsprung
- 70
- Außenrand
- 71
- Ringwulst
- 72
- Schweißverbindung
- 129
- Querwand
- 163
- Kontaktfläche
- S
- Schweißelement
- R1
- Richtung
- R2
- Richtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
