DE102014115370A1

DE102014115370A1 - Montageeinheit mit einem Montageteil und einem Schweißelement sowie Verfahren zur Herstellung der Montageeinheit

Info

Publication number: DE102014115370A1
Application number: DE201410115370
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Schneider
Original assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Richard Bergner Holding & Co Kg De GmbH
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-04-30
Also published as: US20150190880A1; CN104551367A; CN104551367B; US9744616B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Montageeinheit (1) mit einem eine Montageseite (6) und eine von dieser weg weisende Außenseite (7) aufweisenden Montageteil (2), welches zur Fixierung an einer Gegenfläche (17) einer Grundkonstruktion (4) aus einem mit dem Material des Montageteils (2) nicht verschweißbaren Material bestimmt ist, und mit einem Schweißelement (S), das in einer Durchgangsbohrung (3) des Montageteils (2) fixiert ist, sowie ein Herstellungsverfahren. Die Montageeinheit ist wie folgt ausgestaltet: – das Schweißelement (S) ist eine eine Umfangsfläche (8) sowie eine der Montageseite (6) abgewandte äußere Stirnseite (9), und eine der Außenseite (7) abgewandte innere Stirnseite (10) aufweisende Scheibe (5) mit einer der Querschnittsform der Durchgangsbohrung (3) entsprechenden Umrissform und einer Dicke (14), die mindestens so groß ist wie die Dicke (15) des Montageteils (2) im Lochrandbereich (18) der Durchgangsbohrung (3), – im Randbereich der inneren Stirnseite (10) des Schweißelements (S) ist eine Ringnut (13) vorhanden, wobei der die Ringnut (13) radial außen umgrenzende Teil des Schweißelements (S) ein erstes Formschlusselement (F1) bildet, das radial nach außen erweitert ist und dadurch das Schweißelement (S) mit einem ersten Formschluss in einer zur Montageseite (6) weisenden Richtung (R1) in der Durchgangsbohrung (3) fixiert, – ein sich radial innerhalb der Ringnut (13) befindlicher Zentralbereich (16) der inneren Stirnseite (10) dient als Schweißfläche zur Verschweißung des Schweißelements (S) mit der Gegenfläche (17) der Grundkonstruktion (4), – der Zentralbereich (16) fluchtet mit dem montageseitigen Lochrandbereich (18a) oder steht mit einem Soll-Überstand (19) über diesen hinaus, – der Zentralbereich (16) fluchtet mit dem ersten Formschlusselement (F1) oder überragt dieses.

Description

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 einer aus EP 0 967 044 A2 bekannten Montageeinheit ist ein scheibenförmiges Schweißelement vorgesehen, welches formschlüssig in der Durchgangsbohrung des Montageteils eingesetzt ist. Der Formschluss wird dadurch erreicht, dass die Innenseite des Schweißelements, also dessen in die gleiche Richtung wie die Montageseite weisende Stirnseite einen über die genannte Stirnseite hinausstehenden Ringkragen aufweist, der radial nach außen in eine ringförmige Ausnehmung in der Wandung der Durchgangsbohrung gedrückt wird. Ein Nachteil dabei ist dass das Schweißelement bzw. ein Schweißelement-Rohling, dessen Ringkragen noch nicht in o.g. Sinne verformt ist und das Montageteil hinsichtlich der ringförmigen Ausnehmung in der Durchgangsbohrung und insbesondere hinsichtlich der Länge der Durchgangsbohrung und der Dicke des Schweißelements aufeinander abgestimmt sein müssen.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Montageeinheit vorzuschlagen, die hinsichtlich der gegenseitigen Abstimmung bzw. Anpassung von Montageteil und Schweißelement bzw. Schweißelement-Rohling einen größeren Variationsspielraum zulassen, insbesondere auch im Hinblick auf den Einsatz eines einheitlichen Schweißelement-Rohlings für Montageteile mit unterschiedlichen Dicken. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich Montageeinheiten der in Rede stehenden Ausprägung auf einfache und kostengünstige Weise herstellen lassen.
Die erste Aufgabe wird durch eine Montageeinheit nach Anspruch 1 und die zweite Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Montageeinheit weist ein Montageteil mit einer Montageseite und einer von dieser weg weisenden Außenseite auf, wobei das Montageteil zur Fixierung an einer Gegenfläche einer Grundkonstruktion aus einem mit dem Material der Grundkonstruktion nicht verschweißbaren Material bestimmt ist. Zur Fixierung des Montageteils ist daher ein Schweißelement vorgesehen, das in einer Durchgangsbohrung des Montageteils fixiert ist und mit dem Material der Grundkonstruktion verschweißbar ist. Wie oben schon erwähnt, ist die Montageseite jene Seite bzw. Fläche des Montageteils, welche im Endmontagezustand, d.h. wenn die Montageeinheit an einer Grundkonstruktion mit einem oder mehreren Schweißelementen fixiert ist, der Grundkonstruktion zugewandt ist.
Das Schweißelement ist zumindest im Wesentlichen eine Scheibe und weist somit eine Mantel- bzw. Umfangsfläche, eine äußere, der Montageseite abgewandte Stirnseite, und eine innere, der Außenseite abgewandte Stirnseite auf. Außerdem hat das Schweißelement eine der Querschnittsform der Durchgangsbohrung entsprechende, vorzugsweise kreisrunde Umrissform und eine Dicke, die mindestens so groß ist wie die Dicke des Montageteils im Lochrandbereich der Durchgangsbohrung.
Im Randbereich der inneren Stirnseite des Schweißelements ist eine Ringnut vorhanden, wobei der die Ringnut radial außen umgrenzende Teil des Schweißelements ein erstes Formschlusselement bildet, das radial nach außen erweitert bzw. verformt ist und dadurch das Schweißelement mit einem ersten Formschluss in einer zur Montageseite weisenden Richtung in der Durchgangsbohrung fixiert. Diese Ausgestaltung des ersten Formschlusses bietet die Möglichkeit, den Formschluss bzw. die radiale Erstreckung des Formschlusselements sowie dessen radiale Erstreckung zu variieren, indem in die nutfreie innere Stirnseite eines Schweißelement-Rohlings eine der jeweiligen Verformung des ersten Formschlusselements angepasste Ringnut eingebracht wird.
Ein sich innerhalb der Ringnut befindlicher Zentralbereich der inneren Stirnseite dient als Schweißfläche zur Verschweißung des Schweißelements mit der Gegenfläche der Grundkonstruktion. Je nach der oben erwähnten Dickenrelation von Schweißelement und Montageteil fluchtet der Zentralbereich mit dem montageseitigen Lochrandbereich oder über diesen mit einem Soll-Überstand hinaus. Der Soll-Überstand ist so bemessen, dass der mit dem ersten Formschlusselement fluchtet oder über dieses hinaus steht.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zur Herstellung der Montageeinheit prinzipiell von einem einfach gestalteten, nämlich scheibenförmigen Schweißelement-Rohling ausgegangen werden kann, der keine über seine äußere oder innere Stirnseite vorstehende Elemente aufzuweisen braucht, welche im Zuge der Herstellung der Montageeinheit zu Formschlusselemente umgeformt werden. Ein derartiger Schweißelement-Rohling kann daher leicht herstellgestellt, beispielsweise aus einem Blech ausgestanzt werden. Es kann auch ein selbststanzender Schweißelement-Rohling verwendet werden. Die Herstellung der Durchgangsbohrung in einem Montageteil und das Fixieren des Schweißelement-Rohlings im Montageteil kann dann in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgen.
Die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen (überwiegend in Schnittdarstellung):
1A Eine erste Ausführungsvariante einer Montageeinheit,
2A–2E Abbildungen, welche die Herstellung einer Montageeinheit gemäß 1 aufzeigen,
3A den Ausschnitt III in 2E,
3B eine dem Ausschnitt III entsprechende Teilansicht einer Montageeinheit mit einem gegenüber 3A dickeren Montageteil,
4 eine Variante des Ausführungsbeispiels von 1,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Montageeinheit,
6A–6D Abbildungen, welche die Herstellung der Montageeinheit nach 5 verdeutlichen,
6E eine mit 6D vergleichbare Abbildung, wobei jedoch die Montageeinheit ein Montageteil mit größerer Dicke aufweist,
7 Das Verschweißen einer Montageeinheit gemäß 5 mit einer Grundkonstruktion,
8 Die Montageeinheit von 7 im Endmontagezustand.
Eine Montageeinheit 1 gemäß 1 oder 5 umfasst ein vorzugsweiseblechartig ausgestaltetes Montageteil 2 sowie wenigstens ein Schweißelement S, das in einer das Montageteil 2 durchsetzenden Durchgangsbohrung 3 fixiert ist. Die Montageeinheit 1 ist zur Fixierung an einer Grundkonstruktion 4 (7, 8) vorgesehen, wobei das Montageteil aus einem mit der Grundkonstruktion nicht verschweißbaren Material besteht. Dahingegen besteht das Schweißelement S aus einem Material, das für eine Schweißverbindung mit dem Material der Grundkonstruktion geeignet ist. Aus Vereinfachungsgründen wird im Folgenden jeweils nur von einer Durchgangsbohrung 3 und einem darin fixierten Schweißelement S gesprochen. Je nach Anwendungsfall kann aber eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen mit darin fixierten Schweißelementen vorhanden sein.
Das Schweißelement ist als eine Scheibe 5 ausgebildet, welche im Montagezustand gemäß 1 und 5 die Durchgangsbohrung vollständig ausfüllt.
Das Montageteil weist eine Montageseite 6 auf, welche im Endmontagezustand gemäß 8 der Grundkonstruktion 4 zugewandt ist. Die der Montageseite 6 gegenüber liegende Seite bildet die Außenseite 7 des Montageteils 2. Das Schweißelement S weist eine Umfangsfläche 8 sowie eine äußere, der Montageseite 6 abgewandte äußere Stirnseite 9 und eine der Außenseite 7 des Montageteils 2 abgewandte innere Stirnseite 10 auf. Die Umrissform des Schweißelements S entspricht der Querschnittsform der Durchgangsbohrung 3. In den Abbildungen ist exemplarisch eine kreisrunde Querschnittsform und Umrissform gewählt, wobei jedoch auch eine davon abweichende, etwa ovale oder polygonale Form der Durchgangsbohrung 3 und des Schweißelements S in Frage kommen.
Im Randbereich der inneren Stirnseite 10 des Schweißelements S ist eine Ringnut 13 eingedrückt. Der die Ringnut 13 radial außen umgrenzende Teil des Schweißelements S erstreckt sich radial nach außen bzw. ist radial derart erweitert und bildet auf diese Weise ein erstes Formschlusselement F1, welches das Schweißelement S mit einem ersten Formschluss in einer zur Montageseite 6 weisenden Richtung R1 in der Durchgangsbohrung 3 fixiert. Zur Ausbildung des ersten Formschlusses überlappt das erste Formschlusselement F1 eine quer zur Mittellängsachse 12 der Durchgangsbohrung 3 verlaufende, der Außenseite 7 abgewandte Hintergriffsfläche des Montageteils 2 radial. Die Hintergriffsfläche ist beispielsweise eine innerhalb der Durchgangsbohrung angeordnete Stufe bzw. Radialschulter (nicht gezeigt), vorzugsweise der innenseitige Lochrandbereich 18a der Durchgangsbohrung 3.
Die Dicke 14 des Schweißelements S ist größer als die Dicke 15 des Montageteils 2. Das Schweißelement S steht somit zumindest aus der Außenseite 7 des Montageteils 2 mit einem Überstand 11 vor. Ein sich radial innerhalb der Ringnut 13 befindlicher Zentralbereich 16 der inneren Stirnseite des Schweißelements S dient als Schweißfläche zur stoffflüssigen Verbindung bzw. Verschweißung mit der Gegenfläche 17 einer Grundkonstruktion 4. Der Zentralbereich 16 fluchtet mit dem montageseitigen Lochrandbereich 18a des Montageteils 2 oder steht mit einem Soll-Überstand 19 über diesen hinaus. Der Soll-Überstand 19 dient dazu, im Endmontagezustand zwischen dem Montageteil 2 und der Gegenfläche 17 der Grundkonstruktion 4 einen definierten Spalt 20 zu schaffen, in dem eine Materialschicht 23 etwa zu Klebe- oder Isolationszwecken angeordnet werden kann (8).
Außer dem oben genannten ersten Formschlusselement F1 weist das Schweißelement S noch ein zweites Formschlusselement F2 auf. Mit diesem ist es mit einem zweiten Formschluss in einer zur Außenseite weisenden Richtung R2 in der Durchgangsbohrung 3 fixiert. Dem zweiten Formschluss bzw. dem zweiten Formschlusselement F2 kommt hinsichtlich der Festigkeit der Verbindung des Montageteils 2 mit der Grundkonstruktion 4 eine entscheidende Bedeutung zu. Daher ist das zweite Formschlusselement F2 entsprechend stabiler ausgestaltet als das erste Formschlusselement F1. Vorzugsweise überlappt es zur Ausbildung des zweiten Formschlusses eine quer zur Mittellängsachse 12 der Durchgangsbohrung 3 verlaufende, der Montageseite 6 des Montageteils 2 abgewandte Hintergriffsfläche des Montageteils 2 radial. Die Hintergriffsfläche ist beispielsweise eine innerhalb der Durchgangsbohrung angeordnete Stufe bzw. Radialschulter (nicht gezeigt), vorzugsweise der außenseitige Lochrandbereich 18b der Durchgangsbohrung 3.
Das zweite Formschlusselement F2 wird entweder erst bei der Herstellung der Montageeinheit 1 am Schweißelement-Rohling 25b erzeugt oder ist bereits an einem für die Herstellung der Montageeinheit 1 verwendeten Schweißelement-Rohling 25a vorhanden. In letzterem Fall ist das zweite Formschlusselement F2 ein im Bereich der äußeren Stirnseite 9´ des Schweißelement-Rohlings 25a angeformter Flansch 26´, wobei dessen Außenseite 27´ mit der Stirnseite 9´ des Schweißelement-Rohlings 25a fluchtet. Der sich an den Flansch 26´ in der Richtung R2 anschließende Längsabschnitt des Schweißelement-Rohlings 25a, der im Folgenden als Schaft 28´ bezeichnet wird, weist eine kreiszylindrische Umfangsfläche 8´ auf.
Unabhängig davon, ob ein flanschloser oder ein mit einem Flansch 26´ versehener Schweißelement-Rohling 25a, b Verwendung findet, weist dieser vorzugsweise eine derart bemessene Dicke 14´ auf, dass er sich für die Herstellung von Montageeinheiten mit unterschiedlich dicken Montageteilen 2 eignet.
Zur Herstellung einer Montageeinheit 1 unter Verwendung eines einen Flansch 26´ aufweisenden Schweißelement-Rohlings 25a gemäß 2A wird ein Montageteil 2 bereitgestellt, dessen Durchgangsbohrung 3 einen Durchmesser 29 aufweist, der geringfügig größer ist als der Durchmesser 30 des Schafts 28´ des Schweißelement-Rohlings 25a. Die Relation der genannten Durchmesser kann beispielsweise so sein, dass zwischen der Umfangsfläche 8´ des Schafts 28´ und der Wandung der Durchgangsbohrung 3 eine Trennfuge 33 vorhanden ist.
Der Schweißelement-Rohling 25a wird, wie 2C zu entnehmen ist, mit seinem Schaft 28´ so in die Durchgangsbohrung 3 eingeführt, dass der Flansch 26´ mit seiner Flanschunterseite auf dem außenseitigen Lochrandbereich 18b der Durchgangsbohrung 3 bzw. der Außenseite 7 Montageteils 2 aufliegt. An das zweckmäßiger Weise lagefixierte Montageteil 2 wird nun von dessen Montageseite 6 her ein erster Stempel 34 in einer ersten Hubrichtung 36a und von dessen Außenseite 7 her ein zweiter Stempel 35 in einer zweiten Hubrichtung 36b angenähert (2C). Am Ende der Zuführbewegung der Stempel 34, 35 liegen diese an der äußeren Stirnseite 9´ beziehungsweise an der inneren Stirnseite 10´ des Schweißelement-Rohlings 25a an (2D).
Der zweite Stempel 35 weist eine zentrale Ausnehmung 37 auf, die von einer ringförmigen Stempelfläche 38 umgrenzt ist. Die Stempelfläche 38 verläuft in einer Ebene 39, welche parallel zur äußeren Stirnseite 9´ bzw. der Flanschaußenseite 27´ des Schweißelement-Rohlings 25 und zum außenseitigen Lochrandbereich 18b der Durchgangsbohrung 3 verläuft. Der Innendurchmesser 31 der Stempelfläche 38 ist kleiner als der Durchmesser 32 des Flansches 26´, vorzugsweise gleichgroß oder kleiner als der Durchmesser 29 der Durchgangsbohrung. Wenn der zweite Stempel 35, wie in 2D gezeigt, den Schweißelement-Rohling 25a beaufschlagt, ist dessen Flansch 26´ zwischen der Stempelfläche 38 und dem Montageteil 2 eingeklemmt. Der Schaft 28´ des Schweißelement-Rohlings 25a steht mit einem Überstand 40 aus der Montageseite 6 des Montageteils 2 vor.
Der erste Stempel 34 weist auf seiner dem Montageteil 2 zugewandten Seite zur Einprägung der Ringnut 13 in die innere Stirnseite 10´ des Schweißelement-Rohlings 25a einen Ringvorsprung 43 auf. Dieser umgrenzt einen ebenen Flächenbereich 44. Der beispielsweise Weg-gesteuerte Vorschub des ersten Stempels 34 in der ersten Hubrichtung 36a bewirkt eine erste und eine zweite Verformung des Schweißelement-Rohlings 25a.
Bei der ersten Verformung wird der Ringvorsprung 43 unter Ausbildung der Ringnut 13 in die innere Stirnseite 10´ des Schweißelement-Rohlings 25a hinein gedrückt, wobei ein Teil von dessen Material unter Ausbildung des ersten Formschlusselements F1 im Wesentlichen radial nach außen verdrängt wird. Bei dieser Materialverdrängung erfolgt gleichzeitig eine Formgebung für das erste Formschlusselement F1, wobei dies durch die folgende Ausgestaltung erreicht wird: Der erste Stempel 34 weist eine den Ringvorsprung 43 konzentrische umgreifende ebene Anschlagfläche 45 auf, wobei diese während des Prägevorgangs gemäß 2D parallel zur Montageseite 6 des Montageteils 2 beziehungsweise parallel zu einer von dem Ringvorsprung 43 aufgespannten Ebene 46 verläuft. Der zwischen der Anschlagfläche 45 und dem Ringvorsprung 43 vorhandene Bereich des ersten Stempels 34 wird von einer ringförmigen Ausnehmung 47 gebildet. Wenn der erste Stempel 34 ausgehend von der in 2D gezeigten Situation in der Hubrichtung gemäß Pfeil 36a vorangetrieben wird, wird durch den Ringvorsprung 43 Material des Schweißelement-Rohlings 25a in die ringförmige Ausnehmung 47 verdrängt, wobei sich das erste Formschlusselement F1 mit einer zur ringförmigen Ausnehmung 47 komplementären Form bildet. Am Ende des Stempelhubs in der ersten Hubrichtung 36a liegt die Anschlagfläche 45 des ersten Stempels 34 an der Montageseite 6 des Montageteils 2 an.
Die zweite Verformung dient dazu, den montageseitigen Überstand 40 des Schweißelement-Rohlings 25a auf den Soll-Überstand 19 am Ende des Prägevorgangs (2E) zu verringern. Zu diesem Zweck wird der Schaft 28´ des Schweißelement-Rohlings 25a im Zuge des Vortriebs des ersten Stempels 34 und der Ausbildung des ersten Formschlusselements F1 soweit in die Durchgangsbohrung 3 hinein gedrückt, bis der Soll-Überstand 19 erreicht ist, d.h. der Zentralbereich 16 an der inneren Stirnseite 10´ des Schweißelement-Rohlings 25a einen entsprechenden Axialabstand zur Montageseite 6 des Montageteils 2 aufweist. Das im Zuge der Verringerung des Überstands 40 verdrängte Material des Schafts 28´ wird unter Bildung eines Vorsprungs 48 an der äußeren Stirnseite 9´ des Schweißelement-Rohlings 25a in die Ausnehmung 37 des zweiten Stempels 35 verdrängt (2E). Um diese Materialverdrängung zu erleichtern, hat die Seitenwandung 49 der Ausnehmung 37 des zweiten Stempels 35 die Form eines sich zur Stempelfläche 38 hin öffnenden Trichters.
Die Stempelfläche 38 erstreckt sich vorzugsweise so weit radial nach innen, dass die gesamte Außenseite 27 von der Stempelfläche 38 überdeckt ist bzw. während des Prägevorgangs an die Außenseite 7 des Montageteils gedrückt wird (3A, B). Auf diese Weise ist gewährleistet, dass aufgrund der Verdrängung des Schafts 28´ in der ersten Hubrichtung 36a der Flansch 26´ nicht abschert. Am Ende des Prägevorgangs ist der Schaft 28 des entstandenen Schweißelements je nach der Dicke 15 des Montageteils 2 mehr oder weniger verkürzt. Bei dem in 3B gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Montageteil 2 eine größere Dicke 15 auf als jenes von 3A. In diesem Falle ist der Überstand 40, mit dem der Schweißelement-Rohlinge 25a aus der Montageseite 6 des Montageteils gem. 2D vorsteht geringer als im Falle des dünneren Montageteils von 3A. Dementsprechend ist die Materialmenge des Schafts 28´, welche in die Ausnehmung 37 des zweiten Stempels 35 hinein verdrängt werden muss, geringer und der Axialabstand 55 zwischen der äußeren Stirnseite 9 des Schweißelements S und dem Boden 56 der Ausnehmung 37 größer als bei dem Ausführungsbeispiel von 3A.
Der in Richtung R1 wirksame Formschluss des ersten Formschlusselements F1 wird bei dem Ausführungsbeispiel von 1 dadurch erreicht, dass das Formschlusselement F1 den montageseitigen Lochrandbereich 18a radial überlappt. Je nach der Härte des für das Montageteil 2 verwendeten Materials kann es bei der Bildung des Formschlusselements F1 dazu kommen, dass zumindest ein sich von der Montageseite 6 weg erstreckender Längsabschnitt 54 der Wandung der Durchgangsbohrung 3 bei der Bildung des ersten Formschlusselements F1 unter Ausbildung etwa eines sich zur Montageseite 6 hin öffnenden Konus radial erweitert wird, was eine alleinige oder zu dem Formschluss durch Überlappung hinzu kommende zusätzliche formschlüssige Fixierung des Schweißelements S in der Durchgangsbohrung 3 bewirkt.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Zentralbereich 16a nicht in einer Ebene 58 verläuft, sondern in Form eines Kegels ausgebildet ist, dessen Kegelspitze 57 von der Montageseite 6 des Montageteils 2 weg weist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass beim Verschweißen des Schweißelements S mit der Gegenfläche 17 einer Grundkonstruktion 4 aufgrund der geringen Kontaktfläche im Bereich der Kegelspitze 57 eine hohe Schweißstromdichte vorliegt. Dies bewirkt ein schnelles Aufschmelzen des Materials im Bereich der Kegelspitze 57, wobei der Schmelzvorgang sich dann schnell auf dem gesamten Zentralbereich 16a des Schweißelements S ausbreitet.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Formschluss in einer zur Außenseite 7 des Montageteils 2 weisenden Richtung R2 in der Durchgangsbohrung 3 ebenfalls durch ein zweites Formschlusselement F2 bewerkstelligt. Dieses ist jedoch nicht ein bereits am Schweißelement-Rohling 25b vorhandener radial abstehender Flansch. Das zweite Formschlusselement F2 wird vielmehr, wie das Formschlusselement F1 auch, im Zuge der Herstellung einer Montageeinheit durch Materialverdrängung erzeugt. Dementsprechend ist in der äußeren Stirnseite 9 des Schweißelements S2 eine randständige Ringnut 63 vorhanden. Das zweite Formschlusselement F2 ist flanschartig ausgebildet und überlappt, wie der Flansch 26 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels, den außenseitigen Lochrandbereich 18b der Durchgangsbohrung 3.
Zur Herstellung einer Montageeinheit 1 mit einem Schweißelement S2 wird von einem kreiszylindrischen Schweißelement-Rohling 25b ausgegangen, der zwar ebenfalls eine äußere Stirnseite 9´, eine innere Stirnseite 10´ und eine Umfangsfläche 8´, jedoch keinerlei von den genannten Seiten abstehende Strukturen, etwa einen Flansch, aufweist. Es wird ein Montageteil 2 bereitgestellt, dessen Durchgangsbohrung 3 einen Durchmesser 29 aufweist, der geringfügig größer ist als der Durchmesser 64 des Schweißelement-Rohlings 25b. Die Relation der genannten Durchmesser kann beispielsweise so sein, dass zwischen der Umfangsfläche 8´ und der Wandung der Durchgangsbohrung 3 eine Trennfuge 33 vorhanden ist.
Die Fixierung erfolgt mit Hilfe des ersten Stempels 34 und eines zweiten Stempels 35a, welche von der Montageseite 6 bzw. der Außenseite 7 des Montageteils her an den sich in der Durchgangsöffnung befindlichen Schweißelement-Rohling 25b in den Hubrichtungen 36a, 36b angenähert und schließlich gegen die äußere bzw. innere Stirnseite 9´, 10´ gepresst werden. Dabei bildet sich, wie oben beschrieben, das erste Formschlusselement F1 aus. Die Erzeugung des zweiten Formschlusselements F2 erfolgt in analoger Weise dadurch, dass ein Ringvorsprung 65 an einer dem Montageteil 2 zugewandten Stempelseite des zweiten Stempels 35a in die äußere Stirnseite 9´ des Schweißelement-Rohlings 25b eingedrückt wird. Dabei bildet sich die Ringnut 63 und durch eine im Wesentlichen radial nach außen gerichtete Materialverdrängung das zweite Formschlusselement F2. Der Ringvorsprung 65 ist so ausgelegt, dass das verdrängte Material bzw. das zweite Formschlusselement F2 den außenseitigen Lochrandbereich 18b des Montageteils unter Ausbildung des zweiten Formschlusses radial überlappt.
Der Ringvorsprung 65 umgrenzt eine Ausnehmung 66. Ein sich radial nach außen an den Ringvorsprung anschließender ringförmiger Flächenbereich 67 verläuft parallel zum Boden der Ausnehmung 66 und parallel zur Außenseite 7 des Montageteils 2. Der Flächenbereich 67 ist in Hubrichtung 36b von dem Boden 68 beabstandet. Dadurch ist ein behinderungsfreies Eintauchen des Ringvorsprungs 65 in die äußere Stirnseite 9´ des Schweißelement-Rohlings 25b gewährleistet. Außerdem bewirkt die in Rede stehende Ausgestaltung, dass die äußere Stirnseite 9 des Schweißelements S2 einen erhabenen, eine Kontaktfläche 69 für eine Schweißelektrode 70 bildenden Zentralbereich aufweist, der in Hubrichtung 36a über das zweite Formschlusselement F2 hinaussteht. Der Zentralbereich ist der sich radial innerhalb des Ringvorsprungs 63 befindliche Teil der äußeren Stirnseite 9 des Schweißelements. Diese Ausgestaltung gewährleistet, dass die Schweißelektrode 70 mit einem seitlichen Versatz an die Kontaktfläche 69 angesetzt werden kann, ohne dass dabei das zweite Formschlusselement F2 von der Schweißelektrode 70 kontaktiert und dabei einer ungewünschten thermischen Belastung ausgesetzt wird.
Auch bei dem weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist am Schweißelement S1 eine solche Kontaktfläche 69 an dem Vorsprung 48 des Schweißelements S1 vorhanden, welche in Hubrichtung 36a über das zweite Formschlusselement F2 hinaussteht. Es ist somit auch hier ein seitlich versetztes Ansetzen einer Schweißelektrode 70 möglich, ohne dass diese das zweite Formschlusselement F2 bzw. den Flansch 26 kontaktiert.
Wie 7 zeigt, wird zur Verbindung einer Montageeinheit 1 mit der Grundkonstruktion 4 an diese eine zweite Schweißelektrode 71 so angesetzt, dass sich eine bezüglich der Mittellängsachse 12 der Durchgangsbohrung 3 etwa konzentrische Schweißzone 73 ergibt.
Der Schweißelement-Rohling 25b weist eine Dicke 14‘ auf, welche die Herstellung von Montageeinheiten 1 mit Montageteilen 2 unterschiedlicher Dicke 15 erlaubt. Wie aus einem Vergleich der 6D und 6E erkennbar ist, ist bei gleicher Dicke 14 des Schweißelements S2, welche der Dicke 14´ des Schweißelement-Rohlings 25b entspricht, die axiale Länge 68 des zweiten Formschlusselements F2 umso größer, je geringer die Dicke 15 des Montageteils 2 ist.
Bezugszeichenliste

1: Montageeinheit
2: Montageteil
3: Durchgangsbohrung
4: Grundkonstruktion
5: Scheibe
6: Montageseite
7: Außenseite
8: Umfangsfläche (von 5)
9: äußere Stirnseite (von 5)
10: innere Stirnseite (von 5)
11: Überstand
12: Mittellängsachse (von 3)
13: Ringnut
14: Dicke (von 5)
15: Dicke (von 2)
16: Zentralbereich
17: Gegenfläche
18: Lochrandbereich
19: Soll-Überstand
20: Spalt
23: Materialschicht
24: Flansch
25: Schweißelement-Rohling
26: Flansch
27: Außenseite (von 26)
28: Schaft
29: Durchmesser (von 3)
30: Durchmesser (von 28)
31: Innendurchmesser (von 38)
32: Durchmesser (von 26)
33: Trennfuge
34: erster Stempel
35: zweiter Stempel
36: Hubrichtung
37: Ausnehmung
38: Stempelfläche
39: Ebene
40: Überstand
41: Ebene (von 26´)
43: Ringvorsprung
44: Flächenbereich
45: Anschlagfläche
46: Ebene
47: ringförmige Ausnehmung
48: Vorsprung
49: Seitenwandung (von 37)
54: Längsabschnitt (von 3)
55: Axialabstand
56: Boden
57: Kegelspitze
58: Ebene
63: Ringnut
64: Durchmesser (von S2)
65: Ringvorsprung (an 35a)
66: Ausnehmung (in 35a)
67: Flächenbereich
68: axiale Länge (F2)
69: Kontaktfläche
70: Schweißelektrode
71: Schweißelektrode
73: Schweißzone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0967044 A2 [0003]

Claims

Montageeinheit (1) mit einem eine Montageseite (6) und eine von dieser weg weisende Außenseite (7) aufweisenden Montageteil (2), welches zur Fixierung an einer Gegenfläche (17) einer Grundkonstruktion (4) aus einem mit dem Material des Montageteils (2) nicht verschweißbaren Material bestimmt ist, und mit einem Schweißelement (S), das in einer Durchgangsbohrung (3) des Montageteils (2) fixiert ist, gekennzeichnet durch folgende weitere Ausgestaltung: – das Schweißelement (S) ist eine eine Umfangsfläche (8) sowie eine der Montageseite (6) abgewandte äußere Stirnseite (9), und eine der Außenseite (7) abgewandte innere Stirnseite (10) aufweisende Scheibe (5) mit einer der Querschnittsform der Durchgangsbohrung (3) entsprechenden Umrissform und einer Dicke (14), die mindestens so groß ist wie die Dicke (15) des Montageteils (2) im Lochrandbereich (18) der Durchgangsbohrung (3), – im Randbereich der inneren Stirnseite (10) des Schweißelements (S) ist eine Ringnut (13) vorhanden, wobei der die Ringnut (13) radial außen umgrenzende Teil des Schweißelements (S) ein erstes Formschlusselement (F1) bildet, das radial nach außen erweitert ist und dadurch das Schweißelement (S) mit einem ersten Formschluss in einer zur Montageseite (6) weisenden Richtung (R1) in der Durchgangsbohrung (3) fixiert, – ein sich radial innerhalb der Ringnut (13) befindlicher Zentralbereich (16) der inneren Stirnseite (10) dient als Schweißfläche zur Verschweißung des Schweißelements (S) mit der Gegenfläche (17) der Grundkonstruktion (4), – der Zentralbereich (16) fluchtet mit dem montageseitigen Lochrandbereich (18a) oder steht mit einem Soll-Überstand (19) über diesen hinaus, – der Zentralbereich (16) fluchtet mit dem ersten Formschlusselement (F1) oder überragt dieses.
Montageeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des ersten Formschlusses sich das erste Formschlusselement (F1) in einer der Richtung (R1) des ersten Formschlusses entgegengesetzten Richtung (R2) konisch erweitert.
Montageeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des ersten Formschlusses das erste Formschlusselement (F1) eine quer zur Mittellängsachse (12) der Durchgangsbohrung (3) verlaufende, der Außenseite (7) abgewandte Hintergriffsfläche des Montageteils (2) radial überlappt.
Montageeinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hintergriffsfläche der montageseitige Lochrandbereich (18a) der Durchgangsbohrung (3) ist.
Montageeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißelement (S) ein zweites Formschlusselement (F2) aufweist, mit dem es mit einem zweiten Formschluss in einer zur Außenseite (7) weisenden Richtung (R2) in der Durchgangsbohrung (3) fixiert ist.
Montageeinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des zweiten Formschlusses das zweite Formschlusselement (F2) eine quer zur Mittellängsachse (12) der Durchgangsbohrung (3) verlaufende, der Montageseite (7) abgewandte Hintergriffsfläche des Montageteils (2) radial überlappt.
Montageeinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Formschlusselement (F2) den außenseitigen Lochrandbereich (18b) der Durchgangsbohrung (3) überlappt.
Montageeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Randbereich der äußeren Stirnseite (9) des Schweißelements (S2) eine Ringnut (63) vorhanden ist, wobei der die Ringnut (63) radial außen umgrenzende Teil des Schweißelements (S2) das zweite Formschlusselement (F2) bildet.
Montageeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Stirnseite (9) des Schweißelements (S) einen erhabenen, eine Kontaktfläche (69) für eine Schweißelektrode bildenden Zentralbereich aufweist.
Montageinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein selbststanzendes Schweißelement (S).
Verfahren zur Herstellung einer Montageeinheit (1) mit einem eine Montageseite (6) und eine von dieser weg weisende Außenseite (7) aufweisenden Montageteil (2), welches zur Fixierung an einer Gegenfläche (17) einer Grundkonstruktion (4) aus einem mit dem Material des Montageteils (2) nicht verschweißbaren Material bestimmt ist, und mit einem Schweißelement (S), das in einer Durchgangsbohrung (3) des Montageteils (2) fixiert ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – in der Durchgangsbohrung (3) wird ein als Scheibe (5) ausgebildeter Schweißelement-Rohling (25) angeordnet, der eine Umfangsfläche (8´), eine äußere und eine innere Stirnseite (9´, 10´), eine der Querschnittsform der Durchgangsbohrung (3) entsprechende Umrissform und eine Dicke (14´) aufweist, wobei die Dicke (14´) mindestens so groß ist wie die Dicke (15) des Montageteils (2) im Lochrandbereich (18) der Durchgangsbohrung (6), – in den Randbereich der inneren Stirnseite (10´) des Schweißelement-Rohlings (25) wird unter Bildung einer Ringnut (13) ein Ringvorsprung (43) eines in einer zur Montageseite (6) des Montageteils (2) weisenden Hubrichtung (36a) vorgetriebenen ersten Stempels (34) eingedrückt, derart, dass ein sich radial nach außen an die Ringnut (13) anschließender Teil des Schweißelement-Rohlings (25) ein radial nach außen erweitertes erstes Formschlusselement (F1) bildet, welches das Schweißelement (S,5) mit einem Formschluss in einer zur Montageseite (6) des Montageteils (2) weisenden Richtung (R1) in der Durchgangsbohrung (3) fixiert, wobei – ein sich innerhalb der Ringnut (13) befindlicher Zentralbereich (16) des Schweißelements (S) mit dem montageseitigen Lochrandbereich (18a) fluchtet oder mit einem Soll-Überstand (19) über diesen hinaus steht, und – der Zentralbereich (16) mit dem ersten Formschlusselement (F1) fluchtet oder dieses überragt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stempel (34) eine den Ringvorsprung (43) umgreifende, parallel zu einer von dem Ringvorsprung (43) aufgespannten Ebene (46) verlaufende, am Ende des Stempelhubs an der Montageseite (6) des Montageteils (2) anliegende Anschlagfläche (45) aufweist, wobei der sich zwischen dieser und dem Ringvorsprung (43) befindliche Bereich des ersten Stempels (34) von einer ringförmige Ausnehmung (47) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Schweißelement-Rohlings (25), dessen Dicke (14´) so bemessen ist, dass er sich für die Herstellung von Montageeinheiten (1) mit unterschiedlich dicken Montageteilen (2) eignet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Schweißelement-Rohlings (25a) mit einem Schaft (28´) und einem über dessen Umfangsfläche (8) radial hinaus stehenden Flansch (26´), wobei der Schaft (28´) in die Durchgangsbohrung (3) eingeführt wird
Verfahren nach Anspruch 14 in Verbindung mit Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus der Montageseite (6) des Montageteils (2) vorstehender Überstand (40) des Schafts (28´) auf den Soll-Überstand (19) verkürzt wird, indem der Schaftüberstand (40) durch Beaufschlagung mit dem ersten Stempel (34) in der ersten Hubrichtung (36a) derart in die Durchgangsbohrung (3) hineingedrückt wird, dass sich an der äußeren Stirnseite (9´) des Schweißelement-Rohlings (25a) ein über die vom Flansch (26´) aufgespannte Ebene (41) hinaus stehender Vorsprung (48) bildet.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass während der Beaufschlagung des Schaftüberstands (40) der Flansch (26´) des Schweißelement-Rohlings (25a) mit Hilfe eines zweiten Stempels (35) in einer Position gehalten wird, in der er mit seiner Flanschunterseite an der Außenseite (7) des Montageteils (2) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch die Verwendung eines flanschlosen Schweißelement-Rohlings (25b), wobei in den Randbereich der äußeren Stirnseite (9´) des Schweißelement-Rohlings (25b) unter Bildung einer Ringnut (63) ein Ringvorsprung (65) eines zweiten Stempels (35) derart eingedrückt wird, dass ein sich radial nach außen an die Ringnut (63) anschließender Teil des Schweißelement-Rohlings (25b) ein radial nach außen erweitertes zweites Formschlusselement (F2) bildet, welches das Schweißelement (S2) mit einem Formschluss in einer zur Außenseite (7) des Montageteils (2) weisenden Richtung (R2) in der Durchgangsbohrung (3) fixiert.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Ringvorsprung (63) so viel Material des Schweißelementrohlings (25b) verdrängt wird, dass das zweite Formschlusselement (F2) den außenseitigen Lochrandbereich (18b) überlappt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in ein keine Durchgangsbohrung (3) aufweisendes Montageteil (2) ein selbststanzender Schweißelement-Rohling (25) eingestanzt wird.