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Es wird ein Setzbolzen, der sich zum Verbinden zumindest zweier Bauteile eignet, angegeben. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zumindest zwei Bauteilen mittels eines Setzbolzens angegeben.
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Das Hochgeschwindigkeitsbolzensetzen ist ein umformtechnisches Fügeverfahren, bei dem ein Setzbolzen mittels eines Setzgerätes mit hoher Geschwindigkeit impulsartig in zwei oder mehrere überlappende Werkstücke eingetrieben wird. Der Setzbolzen durchdringt dabei die Werkstücke, wobei thermische und dynamische Effekte zum Tragen kommen. Die hohe Beschleunigung, die der Setzbolzen erfährt, ist notwendig, um die Werkstücke zu durchdringen und lokal zu plastifizieren.
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Ein Abbremsen des Setzbolzens findet statt, sobald der Kopf des Setzbolzens auf der Bauteiloberfläche auftrifft. Durch dieses Auftreffen kommt es, in Abhängigkeit der Steifigkeit der zu verbindenden Werkstücke, zu einer deutlichen elastischen und plastischen Verformung der Werkstücke. Die Stelle, an der ein Setzbolzen gesetzt wurde, zeichnet sich daher durch eine lokale Werkstückverformung aus.
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Allerdings ist die plastische Verformung der gefügten Werkstücke hinsichtlich einzuhaltender Werkstücktoleranzen kritisch zu bewerten. Zudem besteht die Gefahr, durch die impulsartige Energieweitergabe des Setzbolzens an das Bauteil andere, insbesondere benachbarte Fügepunkte wieder zu lösen.
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Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, einen Setzbolzen anzugeben, mittels dessen eine sichere Verbindung zwischen zwei Bauteilen unter Vermeidung negativer Auswirkungen auf benachbarte Verbindungspunkte erzielt werden kann. Eine weitere Aufgabe zumindest einer Ausführungsform ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zumindest zwei Bauteilen mittels eines Setzbolzens anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
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Ein Setzbolzen gemäß zumindest einer Ausführungsform weist einen Bolzenschaft mit einer Längsachse sowie einen Bolzenkopf auf. Der Bolzenkopf ist direkt mit dem Bolzenschaft verbunden und vorzugsweise einstückig mit dem Bolzenschaft ausgeformt. Der Bolzenschaft weist vorzugsweise an einem dem Bolzenkopf gegenüberliegenden Ende eine Spitze auf. Der Bolzenschaft kann beispielsweise eine glatte Oberfläche aufweisen. Alternativ kann der Bolzenschaft auch zumindest einen Bereich mit einer Oberflächenprofilierung aufweisen, die zum Beispiel eine Mehrzahl von Vertiefungen und Erhöhungen bzw. ein wellenförmiges Profil und/oder ein Sägezahnprofil umfasst.
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Vorzugsweise ist der Setzbolzen rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Setzbolzen kann zum Beispiel ein Metall aufweisen oder aus einem Metall bestehen. Beispielsweise kann der Setzbolzen eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Stahl, Aluminium, Magnesium, Messing. Alternativ kann der Setzbolzen auch aus Keramik oder Kunststoff, beispielsweise faserverstärktem Kunststoff, hergestellt sein. Vorzugsweise sind der Bolzenschaft und der Bolzenkopf einteilig hergestellt und bestehen aus demselben Material. Der Setzbolzen kann in Richtung der Längsachse beispielsweise eine Länge zwischen 5 mm und 100 mm aufweisen.
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Weiterhin ist der Setzbolzen vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Bolzenschaft bei einer Zufuhr einer Fügeenergie in Richtung der Längsachse des Bolzenschafts bei einem Auftreffen auf einen Werkstoff plastisch unverformbar, d. h. plastisch nicht verformbar, ist und der Bolzenkopf beim Auftreffen auf den Werkstoff zumindest teilweise plastisch verformbar ist.
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Die Fügeenergie kann dem Setzbolzen zum Beispiel mittels eines Setzgerätes zugeführt werden, wobei der Setzbolzen durch einen Treiberkolben des Setzgerätes beschleunigt wird. Beispielsweise kann die dem Setzbolzen in Richtung der Längsachse des Bolzenschafts zugeführte Fügeenergie zwischen 10 Nm und 300 Nm betragen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die zugeführte Fügeenergie zwischen 30 Nm und 200 Nm, besonders bevorzugt zwischen 50 Nm und 150 Nm.
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Der Werkstoff kann zum Beispiel eine Zugfestigkeit von mindestens 50 MPa aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Zugfestigkeit des Werkstoffes zwischen 50 MPa und 2000 MPa. Bevorzugt weist der Werkstoff eine Zugfestigkeit von mindestens 100 MPa bzw. zwischen 100 MPa und 1500 MPa, besonders bevorzugt von mindestens 170 MPa bzw. zwischen 170 MPa und 1350 MPa auf. Beispielsweise kann der Setzbolzen bei einem Fügeprozess zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil nach einem Beschleunigen mittels eines Treiberkolbens auf einer Oberfläche des ersten Bauteils, welches aus dem Werkstoff besteht, auftreffen.
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Vorteilhafterweise kann beim Setzen eines hier beschriebenen Setzbolzens Energie beim Auftreffen des Setzbolzens auf das Bauteil in einer plastischen Verformung zumindest eines Teils des Bolzenkopfs abgebaut werden, so dass ein Impulseintrag in das Bauteil minimiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Setzbolzen derart ausgebildet, dass der Bolzenkopf bei Zufuhr der Fügeenergie in Richtung der Längsachse des Bolzenschafts beim Auftreffen auf den Werkstoff zusätzlich auch elastisch verformbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Bolzenkopf einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, wobei der erste Bereich beim Zuführen der Fügeenergie und Auftreffen auf den Werkstoff plastisch unverformbar ist und der zweite Bereich beim Zuführen der Fügeenergie und Auftreffen auf den Werkstoff plastisch verformbar ist. Der erste Bereich kann zum Beispiel ein Teil des Bolzenkopfs sein, der sich bei einer gedachten Verlängerung des Bolzenschafts ergeben würde.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Bereich als vom ersten Bereich abregender Vorsprung ausgebildet. Beispielsweise kann der Vorsprung ringförmig ausgebildet sein. Der Vorsprung kann z. B. eine in Richtung der Längsachse definierte Länge und eine dazu senkrechte Breite aufweisen, wobei sich der Vorsprung nach dem Auftreffen auf den Werkstoff plastisch verformt, so dass sich die Länge und/oder die Breite des Vorsprungs ändert. Beispielsweise kann sich die Länge des Vorsprungs durch die plastische Verformung verkleinern und die Breite des Vorsprungs vergrößern. Weiterhin kann der Vorsprung z. B. eine Spitze aufweisen, die in Richtung der Spitze des Bolzenschaftes zeigt, und die nach einer plastischen Verformung des Vorsprungs nach dem Auftreffen auf den Werkstoff abstumpft.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der zweite Bereich eine einer Spitze des Bolzenschafts zugewandte Unterseite auf, die mit dem Bolzenschaft einen spitzen Winkel, d. h. einen Winkel größer als 0° und kleiner als 90°, einschließt. Nach einer plastischen Verformung des zweiten Bereichs kann der Winkel zwischen der Unterseite und dem Bolzenschaft verändert sein. Beispielsweise kann der Winkel nach der plastischen Verformung ein rechter Winkel sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen der Bolzenkopf und der Bolzenschaft unterschiedliche Festigkeiten auf. Der Bolzenkopf und der Bolzenschaft können zum Beispiel mittels eines thermischen Verfahrens, wie z. B. mittels Glühen, unterschiedlich stark gehärtet sein. Vorzugsweise weist der Bolzenschaft eine größere Festigkeit als der Bolzenkopf oder zumindest eine größere Festigkeit als wenigstens ein Bereich des Bolzenkopfs auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Bolzenkopf zumindest ein Sollbruchstellenelement auf. Das Sollbruchstellenelement kann beim Auftreffen auf den Werkstoff gezielt brechen und dadurch einen Teil der Fügeenergie aufnehmen, so dass der Impulseintrag ein das Bauteil verringert wird.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zumindest zwei Bauteilen mittels eines Setzbolzens angegeben. Der beim Verfahren zum Herstellen der Verbindung verwendete Setzbolzen kann eines oder mehrere Merkmale der vorgenannten Ausführungsformen aufweisen. Die vorher und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen gelten somit gleichermaßen für den bisher beschriebenen Setzbolzen wie auch für den beim Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen den zumindest zwei Bauteilen verwendeten Setzbolzen.
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Gemäß einer Ausführungsform werden beim Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zumindest zwei Bauteilen ein Setzbolzen sowie ein erstes und ein zweites Bauteil bereitgestellt. Der Setzbolzen weist einen Bolzenschaft mit einer Längsachse und einen Bolzenkopf, der direkt mit dem Bolzenschaft verbunden und einstückig mit dem Bolzenschaft ausgeformt ist, auf. Das erste und das zweite Bauteil können beispielsweise Stahl, Aluminium, Magnesium und/oder Kunststoff, wie zum Beispiel einen faserverstärkten Kunststoff, aufweisen oder daraus bestehen. Das erste und das zweite Bauteil können beispielsweise Blechteile mit einer Blechdicke zwischen 0,5 mm und 10 mm sein. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Bauteil vor dem Fügevorgang nicht vorgelocht. Das erste Bauteil wird zum Beispiel direkt auf dem zweiten Bauteil angeordnet.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird das erste Bauteil mit dem zweiten Bauteil mittels eines Fügevorgangs verbunden, bei dem der Bolzenschaft des Setzbolzens das erste und das zweite Bauteil durchdringt. Vorzugsweise bleibt der Bolzenschaft beim Fügevorgang plastisch unverformt wohingegen der Bolzenkopf bei einem Auftreffen auf einer Oberfläche des ersten Bauteils zumindest teilweise plastisch verformt wird.
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Beispielsweise wird dem Setzbolzen beim Fügevorgang eine Fügeenergie 30 Nm und 200 Nm, bevorzugt zwischen 50 Nm und 150 Nm, zugeführt. Das erste Bauteil kann z. B. einen Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von mindestens 50 MPa aufweisen beziehungsweise aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von mindestens 50 MPa bestehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Setzbolzen beim Fügevorgang auf eine Geschwindigkeit zwischen 10 und 50 m/s beschleunigt. Insbesondere kann der Setzbolzen durch einen Treiberkolben eines Setzgerätes, wie z. B. eines Bolzenschussgerätes, auf die genannte Geschwindigkeit beschleunigt werden.
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Der Setzbolzen kann vor dem Fügevorgang zum Beispiel einen Bolzenkopf aufweisen, der einen oder mehrere in Richtung der Spitze des Bolzenschafts ragende Vorsprünge aufweist. Beim Auftreffen des Bolzenkopfs auf die Oberfläche des ersten Bauteils kann sich der Vorsprung dann beispielsweise derart deformieren, dass sich die Längs- und/oder Querausdehnung des Vorsprungs in Richtung der Längsachse des Bolzenschafts bzw. senkrecht zur Längsachse ändert. Durch diese plastische Verformung des Vorsprungs kann zumindest ein Teil der zugeführten Fügeenergie abgebaut werden. Weiterhin kann der Vorsprung beispielsweise eine in Richtung der Spitze des Bolzenschafts ragende Spitze aufweisen, die beim Auftreffen auf die Oberfläche des ersten Bauteils abstumpft.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Bolzenkopf beispielsweise derart ausgebildet sein, dass der Bolzenkopf eine in Richtung der Spitze des Bolzenschafts zeigende Unterseite aufweist, die mit dem Bolzenschaft einen Winkel einschließt, wobei sich der Winkel beim Fügevorgang verändert. Beispielsweise kann die Unterseite des Bolzenkopfs mit dem Bolzenschaft einen spitzen Winkel einschließen. Beim Auftreffen des Bolzenkopfs auf die Oberfläche des ersten Bauteils kann sich dann z. B. der Bolzenkopf derart deformieren, dass die Unterseite nach dem Fügeprozess planar auf der Oberfläche des ersten Bauteils aufliegt und mit dem Bolzenschaft einen im Wesentlichen rechten Winkel einschließt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform taucht beim Auftreffen auf der Oberfläche des ersten Bauteils zumindest ein Teil des Bolzenkopfes in das erste Bauteil ein. Dabei wird beim Eintauchen des Teils des Bolzenkopfes der Bolzenkopf zumindest teilweise plastisch verformt, wodurch ein Teil der Fügeenergie aufgenommen und abgebaut wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Setzbolzen ein Sollbruchstellenelement auf, mittels dessen beim Fügevorgang durch gezieltes Durchbrechen ein Teil der zugeführten Fügeenergie abgebaut wird. Das Sollbruchstellenelement kann z. B. einen verdünnten Bereich aufweisen, der beim Auftreffen des Sollbruchstellenelements auf das erste Bauteil bricht.
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Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird vorteilhafterweise die stoßartige Belastung beim Auftreffen des Setzbolzens auf der Oberfläche des ersten Bauteils abgefangen, wodurch eine prozessbedingte Werkstückdeformation des Bauteils minimiert wird. Gleichzeitig wird durch die Minimierung des Impulseintrags in das Bauteil ein Aufplatzen anderer Verbindungspunkte im Bauteil vermieden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Setzbolzens sowie des hier beschriebenen Verfahrens zum Herstellen einer Verbindung zwischen zumindest zwei Bauteilen mittels des Setzbolzens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 3 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
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1A und 2A schematische Schnittansichten eines Setzbolzens gemäß einem ersten und einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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2A bis 2C schematische Schnittansichten des Setzbolzens gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel nach einem Fügevorgang zum Verbinden zweier Bauteile, und
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3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen mittels eines Setzbolzens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie z. B. Schichten, Bauteile und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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1A zeigt eine schematische Schnittansicht eines Setzbolzens 1, der einen Bolzenschaft 10 mit einer Längsachse 100 aufweist. Weiterhin weist der Setzbolzen 1 einen direkt mit dem Bolzenschaft 10 verbundenen und einteilig mit dem Bolzenschaft 10 ausgebildeten Bolzenkopf 11 auf. Der Bolzenschaft 10 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist an seinem dem Bolzenkopf 11 entgegengesetzten Ende eine Spitze 101 auf.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Setzbolzen 1 aus Stahl und ist unbeschichtet. Je nach Anwendung kann der Setzbolzen 1 beispielsweise auch aus Aluminium, Magnesium, Messing, Keramik oder Kunststoff bestehen. Weiterhin kann der Setzbolzen 1 auch beschichtet sein.
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Der Setzbolzen 1 ist derart ausgebildet, dass bei einer Zufuhr einer Fügeenergie zwischen 30 Nm und 200 Nm in Richtung der Längsachse 100 der Bolzenschaft 10 bei einem Auftreffen auf einen Werkstoff, der eine Zugfestigkeit von mindestens 50 MPa aufweist, plastisch unverformbar und der Bolzenkopf 11 beim Auftreffen auf den Werkstoff zumindest teilweise plastisch verformbar ist.
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Insbesondere weist der Bolzenkopf 11 einen ersten Bereich 110 und einen zweiten Bereich 111 auf, wobei der erste Bereich 110 des Bolzenkopfs 11 beim Zuführen der Fügeenergie im genannten Bereich und beim Auftreffen auf den Werkstoff plastisch unverformbar ist und der zweite Bereich 111 des Bolzenkopfs 11 beim Zuführen der Fügeenergie und Auftreffen auf den Werkstoff plastisch verformbar ist.
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Dabei ist im gezeigten Ausführungsbeispiel der zweite Bereich 111 als ringförmiger, vom ersten Bereich 110 abragender Vorsprung 112 ausgebildet. Der Vorsprung 112 weist eine Länge in Richtung der Längsachse 100 und eine Breite senkrecht zur Längsachse 100 auf.
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in der 1B ist der Setzbolzen 1 nach einem Fügevorgang zum Verbinden eines ersten Bauteils 2 mit einem zweiten Bauteil 3 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 bestehen das erste und das zweite Bauteil 2, 3 aus Aluminium. Alternativ können die Bauteile 2, 3 beispielsweise auch aus Stahl, Magnesium oder Kunststoff bestehen oder einen oder mehrere der genannten Materialien aufweisen.
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Wie in 1B zu erkennen ist, hat sich der Bolzenkopf 11 nach dem Auftreffen auf das die Oberfläche 21 des ersten Bauteils 2 teilweise plastisch verformt. Insbesondere hat sich der zweite Bereich 111 des Bolzenkopfs 11, d. h. der Vorsprung 112, plastisch verformt, wobei sich die Länge des Vorsprungs 112 im Vergleich zum Ausgangszustand vor dem Fügevorgang verkürzt und die Breite des Vorsprungs 112 vergrößert hat. Der erste Bereich 110 des Bolzenkopfs 11 ist hingegen unverändert geblieben. Beispielsweise können der erste Bereich 110 und der zweite Bereich 111 verschiedene Festigkeiten und/oder Steifigkeiten aufweisen. Insbesondere kann der erste Bereich 110 eine größere Festigkeit bzw. eine größere Steifigkeit als der zweite Bereich 111 aufweisen.
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Zusätzlich zu dem in den 1A und 1B gezeigten Vorsprung 112 kann der zweite Bereich einen oder mehrere weitere Vorsprünge aufweisen, die beispielsweise ebenfalls an der Unterseite des Bolzenkopfs 11 ausgebildet sein können.
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2A zeigt eine schematische Schnittansicht eines Setzbolzens 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der Setzbolzen 1 weist wiederum einen Bolzenschaft 10 mit einer Spitze 101 sowie einen direkt mit dem Bolzenschaft 10 verbundenen und einstückig mit dem Bolzenschaft 10 ausgebildeten Bolzenkopf 11 auf.
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Weiterhin weist der Bolzenkopf 11 wiederum einen ersten Bereich 110 und einen zweiten Bereich 111 auf, wobei der zweite Bereich 111 des Bolzenkopfs 11 beim Zuführen einer Fügeenergie zwischen 30 Nm und 200 Nm in Richtung der Längsachse 100 bei einem Auftreffen auf einen Werkstoff, der eine Zugfestigkeit von mindestens 50 MPa aufweist, plastisch verformbar ist. Der erste Bereich 110 hingegen ist beim Zuführen der Fügeenergie im genannten Bereich plastisch unverformbar.
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Insbesondere weist der zweite Bereich 111 eine der Spitze 101 des Bolzenschafts 10 zugewandte Unterseite 113 auf, die mit dem Bolzenschaft 10 einen spitzen Winkel einschließt.
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In der 2B ist der Setzbolzen 1 aus 2A nach dem Fügevorgang zum Verbinden eines ersten Bauteils 2 mit einem zweiten Bauteil 3 dargestellt. Die Bauteile 2, 3 können beispielsweise wie im Zusammenhang mit 1B beschrieben ausgebildet sein.
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In 2B ist zu erkennen, dass sich der zweite Bereich 111 des Bolzenkopfs 11 plastisch verformt hat. Insbesondere schließt die der Spitze 101 des Bolzenschafts 10 zugewandte Unterseite 113 des Bolzenkopfes 11 nun keinen spitzen Winkel mehr mit dem Bolzenschaft 10 ein. Vielmehr beträgt der von der Unterseite 113 und dem Bolzenschaft 10 eingeschlossene Winkel nun im Wesentlichen 90°, so dass die Unterseite 113 eben auf der Oberfläche 21 des ersten Bauteils 2 aufliegt. Durch den zweiten Bereich 111 bildet der Bolzenkopf 11 einen in Art einer Tellerfeder ausgeformten Kopf, der beim Auftreffen auf das erste Bauteil 2 verformt wird.
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Mittels der plastischen Verformung des zweiten Bereichs 11 kann so die Werkstückdeformation des ersten Bauteils 2 minimiert werden, indem ein Teil der stoßartigen Belastung beim Auftreffen des Bolzenkopfs 11 auf der Oberfläche 21 abgefangen wird. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Aufplatzen bereits getätigter Fügeverbindungspunkte in der Umgebung verhindert werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu den in den 1A und 2A gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Bolzenkopf 11 ein oder mehrere Sollbruchstellenelemente aufweisen, die bei einem Setzvorgang des Setzbolzens 1 zum Verbinden zweier Bauteile 2, 3 gezielt durchbrechen, wobei zumindest ein Teil der zugeführten Fügeenergie abgebaut wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil 2, 3 mittels eines Setzbolzens 1. Dabei wird im Schritt a) ein Setzbolzen 1 bereitgestellt, der einen Bolzenschaft 10 mit einer Längsachse 100 und einen Bolzenkopf 11, der direkt mit dem Bolzenschaft 10 verbunden und einstückig mit dem Bolzenschaft 10 ausgebildet ist, aufweist. Weiterhin werden im Schritt b) ein erstes Bauteil 2 und ein mit dem ersten Bauteil 2 zu verbindendes zweites Bauteils 3 bereitgestellt, wobei das erste Bauteil 2 direkt auf dem zweiten Bauteil 3 angeordnet wird. Anschließend wird im Verfahrensschritt c) das erste Bauteil 2 mit dem zweiten Bauteil 3 mittels eines Fügevorgangs verbunden, wobei der Bolzenschaft 10 des Setzbolzens 1 axial in die Bauteile 2, 3 eingetrieben wird und das erste und das zweite Bauteil 2, 3 durchdringt. Dabei bleibt der Bolzenschaft 10 beim Fügevorgang plastisch unverformt während der Bolzenkopf 11 bei einem Auftreffen auf einer Oberfläche 21 des ersten Bauteils 2 zumindest teilweise plastisch verformt wird. Beispielsweise wird dem Setzbolzen 1 beim Fügevorgang eine Fügeenergie 30 Nm und 200 Nm zugeführt. Dabei kann der Setzbolzen 1 z. B. auf eine Geschwindigkeit zwischen 10 und 50 m/s beschleunigt werden. Das erste Bauteil 2, auf dessen Oberfläche 21 die Spitze 101 des Setzbolzens 1 zu Beginn des Fügeprozesses zuerst auftrifft, besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von mindestens 50 MPa.
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Zusätzlich kann zum Beispiel zumindest ein Teil des Bolzenkopfes 11 beim Auftreffen auf der Oberfläche 21 des ersten Bauteils 2 in das erste Bauteil 2 eintauchen. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Teil der zugeführten Fügeenergie abgebaut werden, so dass der Impulseintrag in das erste Bauteil 2 verringert wird.
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Weiterhin kann der Setzbolzen 1, insbesondere der Bolzenkopf 11, ein Sollbruchstellenelement aufweisen, mittels dessen beim Fügevorgang durch gezieltes Durchbrechen ein Teil der zugeführten Fügeenergie abgebaut wird.
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Häufig müssen die zwei Bauteile 2, 3 an mehreren zueinander beabstandeten Fügestellen, beispielsweise entlang von Fügeflanschen, miteinander verbunden werden. Das hier beschriebene Verfahren zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass beim Setzen des Setzbolzens 1 das Risiko, dass sich benachbarte Verbindungspunkte zwischen den Bauteilen 2, 3 lösen, stark verringert wird, indem Energie beim Auftreffen des Setzbolzens 1 auf der Oberfläche 21 des ersten Bauteils 2 in einer plastischen Verformung des Bolzenkopfs 11 abgebaut werden kann.
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Das hier beschriebene Verfahren zum Setzen des Setzbolzens 1 lässt sich beispielsweise auch in Verbindung mit einem Kleben der Bauteile 2, 3 einsetzen. Bei dieser Hybrid-Fügetechnik werden die Bauteile 2, 3 an ihren aneinander anliegenden Flächen durch einen Kleber zusätzlich miteinander verbunden, wodurch eine extrem hochfeste und gleichförmige Verbindung zwischen den Bauteilen 2, 3 entsteht. Hierbei können beliebige herkömmliche Kleber verwendet werden, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.
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Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Setzbolzen
- 10
- Bolzenschaft
- 100
- Längsachse
- 101
- Spitze
- 11
- Bolzenkopf
- 110
- erster Bereich
- 111
- zweiter Bereich
- 112
- Vorsprung
- 113
- Unterseite
- 2
- erstes Bauteil
- 21
- Oberfläche
- 3
- zweites Bauteil
