DE102014211659A1

DE102014211659A1 - Verfahren zum Einpressen einer Kugel in ein Bauteil sowie Bauteilverbindung

Info

Publication number: DE102014211659A1
Application number: DE102014211659.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Waldherr; Richard Weizenberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2034-06-19
Also published as: DE102014211659B4

Abstract

Verfahren zum Einpressen einer Kugel in ein erstes Bauteil mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines ersten Bauteils, welches ein kreisförmiges Durchgangsloch aufweist, – Auflegen des ersten Bauteils auf eine Stützmatrize, die ein Loch oder eine Vertiefung aufweist, das bzw. die mindestens so groß wie das Durchgangsloch ist, wobei das erste Bauteil so an der Stützmatrize an- oder aufliegt, dass das Durchgangsloch an dem in der Stützmatrize vorgesehenen Loch bzw. der Vertiefung ausgerichtet ist, – Bereitstellen einer Kugel, insbesondere einer Metallkugel, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Durchgangslochs ist, – Bereitstellen eines Stempels, der eine Ausnehmung, insbesondere eine konkave Ausnehmung aufweist, – Ansetzen der Kugel an das Durchgangsloch und – Einpressen der Kugel in das Durchgangsloch mittels des Stempels.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einpressen einer Kugel in ein Bauteil gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Bauteilverbindung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 11.
Bauteilverbindungen mit kugelförmigen Verbindungselementen sind z. B. aus der DE 10 2012 206 938 B3 oder der DE 10 2012 212 101 B3 bekannt. Dort werden Verbindungselemente verwendet, die aus einer Kugel oder aus mehreren miteinander verbundenen Kugeln bestehen. Die Verbindungselemente sind dabei auf ein erstes Bauteil aufgeschweißt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem Bauteil sowie eine auf diesem Verfahren basierende Bauteilverbindung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, ein Verbindungselement, das durch eine Kugel gebildet ist oder das mindestens eine Kugel aufweist, in ein Bauteil einzupressen. Der Begriff „Kugel” ist nicht notwendigerweise auf eine exakte Kugelgeometrie im mathematischen Sinne beschränkt, sondern kann auch kugelähnliche Elemente umfassen.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement kann, wie bereits gesagt, aus einer einzelnen Kugel bestehen. Alternativ dazu kann das Verbindungselement auch aus zwei oder mehreren miteinander verbundenen Kugeln bestehen. Im Falle eines Verbindungselements, welches aus zwei Kugeln besteht, kann man auch von einer „Doppelkugel” sprechen. Die einzelnen Kugeln eines solchen Verbindungselements können miteinander verschweißt oder in anderer Weise miteinander verbunden sein. Ein aus mehreren „Teilelementen” bestehendes Verbindungselement muss aber nicht notwendigerweise ausschließlich aus Kugeln bestehen. Denkbar ist auch ein Verbindungselement, welches eine Kugel oder mehrere Kugel aufweist, wobei von der Kugel oder von einer der Kugeln ein anderes Teilelement, wie z. B. ein Gewindebolzen, ein Mehrkant o. ä. absteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einpressen einer Kugel bzw. eines Verbindungselements, welches durch eine Kugel gebildet ist oder mindestens eine Kugel aufweist, kann wie folgt beschrieben werden.
Zunächst wird ein erstes Bauteil bereitgestellt, welches ein kreisförmiges Durchgangsloch aufweist. Das erste Bauteil wird auf eine „Stützmatrize aufgelegt oder an eine Stützmatrize angelegt. Die Stützmatrize weist ein Loch bzw. eine Vertiefung auf, das bzw. die mindestens so groß wie das Durchgangsloch ist. Das in dem ersten Bauteil vorgesehene Durchgangsloch wird so angeordnet, dass das Durchgangsloch an dem in der Stützmatrize vorgesehenen Loch bzw. an der in der Stützmatrize vorgesehenen Vertiefung ausgerichtet ist.
Anschließend wird eine Metallkugel bzw. ein Verbindungselement, welches mindestens eine Kugel, insbesondere eine Metallkugel aufweist, bereitgestellt. Der Durchmesser der Kugel ist zumindest etwas größer als der Durchmesser des Durchgangslochs, so dass sich beim Einpressen der Kugel in das Durchgangsloch eine reibschlüssige Verbindung ergibt.
Zum Einpressen der Kugel wird ein Stempel verwendet. Der Stempel weist eine in Bezug auf das einzupressende Verbindungselement komplementäre Form auf. Beispielsweise kann in dem Stempel eine Ausnehmung, insbesondere eine konkave Ausnehmung vorgesehen sein, die das einzupressende Verbindungselement zumindest teilweise übergreift.
In einem nächsten Schritt wird die Kugel bzw. das Verbindungselement mit seiner Kugel an das Durchgangsloch angesetzt und mittels des Stempels eingepresst. Da der Durchmesser der Kugel zumindest etwas größer als der Durchmesser des Durchgangslochs ist, wird dieses beim Einpressen geringfügig aufgeweitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Einpressen von Kugeln oder von Verbindungselementen, die eine Kugel aufweisen, in Metallbleche geeignet. Bei dem ersten Bauteil kann es sich bspw. um ein Stahl- oder Aluminiumblech handeln. Prinzipiell ist das Verfahren aber auch im Zusammenhang mit anderen Substraten, wie z. B. „Kunststoffblechen” anwendbar, die zumindest eine gewisse Elastizität aufweisen.
Nach einer Weiterbildung wird die Kugel so weit in das Durchgangsloch eingepresst, bis eine Äquatorebene der Kugel in einer Mittelebene des Blechs liegt. Anders ausgedrückt ragt die Kugel nach dem Einpressen in das erste Bauteil auf beiden Seiten des ersten Bauteils annähernd oder exakt gleich weit aus dem ersten Bauteil heraus.
Versuche haben ergeben, dass sich qualitativ hochwertige und hinreichend feste Verbindungen ergeben, wenn vor dem Einpressen der Kugel der Kugeldurchmesser um mindestens 0,1 Prozent größer als der Durchmesser des Durchgangslochs ist.
In den Versuchen hat sich ferner gezeigt, dass es mit Blick auf die Fertigungsqualität von Vorteil ist, wenn vor dem Einpressen der Kugel der Kugeldurchmesser um höchstens 0,8 Prozent größer als der Durchmesser des Durchgangslochs ist.
Bei einem Kugeldurchmesser, der im Bereich zwischen 6,35 mm und 6,37 mm liegt ergibt sich eine gute reibschlüssige Verbindung, wenn der Durchmesser des Durchgangslochs um 0,01 mm bis 0,05 mm kleiner als der Kugeldurchmesser ist.
Die Erfindung kann insbesondere mit Kugeln, welche aus Stahl bestehen, angewandt werden.
Wie bereits erwähnt, kann anstatt einer Einzelkugel auch mit Verbindungselementen gearbeitet werden, welche eine oder mehrere Kugeln aufweisen, von denen eine in das erste Bauteil eingepresst wird. Alternativ dazu ist es auch möglich, in einem ersten Schritt eine Einzelkugel in das Durchgangsloch des ersten Bauteils einzupressen und nach dem Einpressen mindestens eine weitere Kugel auf die eingepresste Einzelkugel aufzuschweißen.
Zur Verbesserung der Verbindungsfestigkeit zwischen der eingepressten Kugel und dem ersten Bauteil kann die eingepresste Kugel mit dem ersten Bauteil verschweißt werden. Eine maximale Festigkeit wird erreicht, wenn die Einzelkugel entlang ihres gesamten Umfangs mit dem ersten Bauteil verschweißt wird. Das Verschweißen kann berührungslos mittels einer entfernt von der Kugel bzw. dem ersten Bauteil angeordneten Laserschweißvorrichtung erfolgen (sog. „Remote-Laserschweißen”).
Vollständigkeitshalber sei noch die erfindungsgemäße Bauteilverbindung an sich näher beschrieben. Eine Bauteilverbindung gemäß der Erfindung weist ein erstes Bauteil auf, indem ein Durchgangsloch vorgesehen ist. Die Bauteilverbindung umfasst ferner ein Verbindungselement, das durch eine Kugel gebildet ist oder das mindestens eine Kugel aufweist, wobei die Kugel des Verbindungselements in das Durchgangsloch eingepresst ist.
Desweiteren weist die Bauteilverbindung ein zweites Bauteil auf, welches ein Durchgangsloch oder eine Aufnahmeöffnung aufweist, in das oder in die das Verbindungselement hinein ragt. Gemäß der Erfindung wirkt das zweite Bauteil formschlüssig mit dem in das Durchgangsloch des ersten Bauteils eingepressten Verbindungselement zusammen, so dass die beiden Bauteile an der Stelle, an der das Verbindungselement in das in dem zweiten Bauteil vorgesehene Durchgangsloch bzw. die Aufnehmung hinein ragt, relativ zueinander zentriert sind.
Auf diese Weise können z. B. im Fahrzeugkarosseriebau zwei miteinander zu verbindende Karosserieteile in einfacher und effizienter Weise sehr exakt relativ zueinander positioniert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das in dem zweiten Bauteil vorgesehene Durchgangsloch oder die in dem zweiten Bauteil vorgesehene Ausnehmung so dimensioniert, dass sich beim Zusammenstecken der beiden Bauteile, d. h. beim Einstecken des Verbindungselements in das Durchgangsloch oder in die Ausnehmung des zweiten Bauteils eine Klemmverbindung entsteht. Die beiden Bauteile können also über das Verbindungselement aneinandergeklemmt oder aneinandergeclipst werden.
Alternativ oder ergänzend dazu kann auf das Verbindungselement auch ein Clipelement aus Kunststoff aufgeclipst werden. Das zweite Bauteil an sich muss also nicht notwendigerweise auf das von dem ersten Bauteil abstehende Verbindungselement aufgeclipst sein. Eine Klemmverbindung zwischen den beiden Bauteilen kann auch durch ein nach dem Zusammenfügen der beiden Bauteile auf das Verbindungselement aufgeclipstes Clipelement erreicht werden. In diesem Fall werden die Bauteile durch das Clipelement zusammengehalten.
Zusätzlich zu einer derartigen formschlüssigen Klemmverbindung können die beiden Bauteile in anderer Weise miteinander verbunden werden, z. B. über eine Schraubverbindung, eine Schweißverbindung, eine Nietverbindung o. ä.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 beschreibt das Grundprinzip des Einpressens am Beispiel einer Einzelkugel.
1 zeigt ein erstes Bauteil 1, in dem ein kreisförmiges Durchgangsloch vorgesehen ist. Das erste Bauteil 1 kann bspw. ein Stahl- oder Aluminiumblechbauteil, z. B. ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs sein.
Ein in einem hülsenartigen Setzkopf 3 axial verschieblicher Stempel 4, welcher an seiner Unter- bzw. Stirnseite eine konkave Ausnehmung 5 aufweist, wird an eine Kugel 6 angesetzt. Die Kugel 6 wurde zuvor an das Durchgangsloch 2 angesetzt. Vor dem Einpressen der Kugel 6 ist der Durchmesser der Kugel 6 zumindest etwas größer als der Durchmesser des Durchgangslochs. Anschließend wird die Kugel 6, welche ein gewisses Übermaß in Bezug auf das Durchgangsloch 2 aufweist, durch nach unten Drücken des Stempels 4 in das Durchgangsloch eingepresst und zwar vorzugsweise so weit, bis eine Äquatorebene 7 der Kugel mit einer Mittelebene des Blechs 1 zusammenfällt.
Um beim Einpressen der Kugel 6 ein Verbiegen des Blechs 1 zu vermeiden, wird dieses von seiner Unterseite her mittels einer Lochmatrize 8 abgestützt. Ein in der Lochmatrize 8 vorgesehenes Loch bzw. eine in der Lochmatrize 8 vorgesehene Ausnehmung 9 ist mindestens so groß wie das in dem Bauteil 1 vorgesehene Durchgangsloch 2. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das Bauteil 1 so angeordnet, dass das Durchgangsloch 2 in Bezug auf das Loch bzw. die Ausnehmung 9 ausgerichtet ist.
Nach dem Einpressen der Kugel 6 in das Durchgangsloch 2 wird die Kugel 6 reibschlüssig in dem Durchgangsloch 2 gehalten.
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

DE 102012206938 B3 [0002]
DE 102012212101 B3 [0002]

Claims

Verfahren zum Einpressen einer Kugel (6) in ein erstes Bauteil (1) mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines ersten Bauteils (1), welches ein kreisförmiges Durchgangsloch (2) aufweist, – Auf- oder Anlegen des ersten Bauteils (1) auf eine Stützmatrize (8), die ein Loch (9) oder eine Vertiefung aufweist, das bzw. die mindestens so groß wie das Durchgangsloch (2) ist, wobei das erste Bauteil (1) so an der Stützmatrize (8) an- oder aufliegt, dass das Durchgangsloch (2) an dem in der Stützmatrize (8) vorgesehenen Loch (9) bzw. der Vertiefung ausgerichtet ist, – Bereitstellen einer Kugel (6), insbesondere einer Metallkugel, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Durchgangslochs (2) ist, – Bereitstellen eines Stempels (4), der eine Ausnehmung, insbesondere eine konkave Ausnehmung (5) aufweist, – Ansetzen der Kugel (6) an das Durchgangsloch (2) und – Einpressen der Kugel (6) in das Durchgangsloch (2) mittels des Stempels (4).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) ein Metallblech ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (6) so weit in das Durchgangsloch (2) eingepresst wird, bis eine Äquatorebene (7) der Kugel (6) in einer Mittelebene des ersten Bauteils (1) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einpressen der Kugel (6) der Kugeldurchmesser um mindestens 0,01% größer als der Durchmesser des Durchgangslochs (2) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einpressen der Kugel (6) der Kugeldurchmesser um höchstens 0,08% größer als der Durchmesser des Durchgangslochs (2) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel eine Stahlkugel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf die eingepresste Kugel (6) nach dem Einpressen mindestens eine weitere Kugel aufgeschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (6) vor dem Einpressen Teil eines aus mindestens zwei Kugeln bestehenden Verbindungselements oder Teil eines Verbindungselements ist, das außer der Kugel (6) einen weiteren Teil aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (6) nach dem Einpressen mit dem ersten Bauteil verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen durch eine entfernt von der Kugel angeordnete Laser-Schweißvorrichtung erfolgt.
Bauteilverbindung, mit – einem ersten Bauteil (1), welches ein Durchgangsloch (2) aufweist, – einem Verbindungselement, das durch eine Kugel (6) gebildet ist oder das mindestens eine Kugel (6) aufweist, wobei die Kugel (6) des Verbindungselements in das Durchgangsloch (2) eingepresst ist, und – einem zweiten Bauteil, welches ein Durchgangsloch oder eine Aufnahmeöffnung aufweist, wobei das Verbindungselement in das Durchgangsloch oder die Aufnahmeöffnung des zweiten Bauteils hinein ragt.
Bauteilverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil formschlüssig mit dem Verbindungselement zusammenwirkt, so dass die beiden Bauteile an der Stelle des Verbindungselements relativ zueinander zentriert sind.
Bauteilverbindung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement in das Durchgangsloch oder die Ausnehmung des zweiten Bauteils eingeklemmt ist.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Verbindungselement ein Clipelement aus Kunststoff aufgeclipst ist.
Bauteilverbindung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile durch das Clip-Element zusammengehalten werden.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den beiden Bauteilen um Bauteile eines Fahrzeugs handelt.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den beiden Bauteilen um Fahrzeugkarosseriebauteile handelt.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung in anderer Weise miteinander verbunden sind, insbesondere über eine Schweißverbindung.