DE102015016307A1

DE102015016307A1 - Method for connecting a metal component to a joining component by means of a joining auxiliary element

Info

Publication number: DE102015016307A1
Application number: DE102015016307.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ehm
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: DE102015016307B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Metallbauteils (1) mit einem als Kunststoffbauteil, als Aluminiumbauteil oder als kunststoffbeschichteten Metallbauteil ausgeführten Fügebauteil (2) mittels wenigstens eines Fügehilfselementes (3), welches zum einen zumindest einen Kraftschluss mit dem Metallbauteil (1) und zum anderen zumindest einen Formschluss mit dem Fügebauteil (2) bildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein U-förmiges Metallprofil (3) als Fügehilfselement auf einen plattenartigen Randbereich (2.1) des Fügebauteils (2) aufgeschoben wird, wobei der Randbereich (2.1) von dem aufgeschobenen U-förmigen Metallprofil (3) klemmend umfasst wird, das Fügebauteil (2) unter Anlage eines Schenkels (3.2) des U-förmigen Metallprofils (3) an einer Auflagefläche (1.2) des Metallbauteils (1) angeordnet wird, und ein Stoffschluss (4) zwischen dem Metallbauteil (1) und dem an dem Metallbauteil (1) anliegenden Schenkel (3.2) des U-förmigen Metallprofils (3) hergestellt wird, indem die Anordnung aus dem Metallbauteil (1) und dem Fügebauteil (2) senkrecht zum plattenartigen Randbereich (2.1) mit einem Schweißstrom (I) beaufschlagt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein als U-förmiges Metallprofil (3) ausgeführtes Fügehilfselement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for connecting a metal component (1) with a joining component (2) designed as a plastic component, as an aluminum component or as a plastic-coated metal component by means of at least one joining auxiliary element (3), which has at least one frictional connection with the metal component (1) and the other forms at least one positive connection with the joining component (2). According to the invention, a U-shaped metal profile (3) is pushed as a joining auxiliary element onto a plate-like edge region (2.1) of the joining component (2), the edge region (2.1) being clamped by the pushed-on U-shaped metal profile (3), the joining component (2) is arranged under contact of a limb (3.2) of the U-shaped metal profile (3) on a support surface (1.2) of the metal component (1), and a material connection (4) between the metal component (1) and the one on the Metal component (1) adjacent leg (3.2) of the U-shaped metal profile (3) is produced by the assembly of the metal component (1) and the joining component (2) perpendicular to the plate-like edge region (2.1) is subjected to a welding current (I) , Furthermore, the invention relates to a U-shaped metal profile (3) executed joining auxiliary element for performing the method according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Metallbauteils mit einem Fügebauteil mittels wenigstens eines Fügehilfselementes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fügehilfselement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for connecting a metal component to a joining component by means of at least one joining auxiliary element according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a joining auxiliary element for carrying out the method according to the invention.

Im Fahrzeugbau werden aus Gewichts- und Belastbarkeitsgründen vermehrt faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt, insbesondere für Karosserieteile. An solchen Karosserieteilen müssen häufig weitere Bauteile befestigt werden, beispielsweise Verkleidungsteile. Die bei herkömmlichen Metallkarosserieteilen zum Einsatz kommenden Anbringungsarten bzw. Verbindungstechniken für die Befestigungselemente sind bei Kunststoffkarosserieteilen nicht ohne weiteres anwendbar.In vehicle construction, fiber-reinforced plastics are increasingly being used for weight and load-bearing purposes, in particular for body parts. At such body parts more components must often be attached, such as trim parts. The mounting methods or fastening techniques for fastening elements used in conventional metal body parts are not readily applicable to plastic body parts.

Zur Verbindung von reinen oder faserverstärkten Kunststoffen werden nach aktuellem Stand der Technik mechanische Fügetechniken, wie Nieten, Blindnieten oder Schrauben eingesetzt. Häufig werden diese Technologien in Kombination mit Kleben verwendet um die Verbindungsfestigkeit zu steigern.To join pure or fiber-reinforced plastics, mechanical joining techniques, such as rivets, blind rivets or screws, are used in the current state of the art. Often these technologies are used in combination with bonding to increase the bond strength.

Die Bauteilherstellung und der Fügeprozess erfolgen dabei in der Regel nacheinander an lokal getrennten Stellen. Mechanische Fügetechnologien (Nieten, Schrauben) bringen die Nachteile der Delamination bspw. von kohlenfaserverstärkten Kunstoffen (CFK) und der Faserschädigung mit sich und können sich durch die Spannungsspitzen im Lochbereich des Bauteils festigkeitsreduzierend auf die Verbindungsqualität auswirken. Bei bestimmten Material-Dicken-Kombinationen sind speziell beim Stanznieten sehr schnell Grenzen für die Verarbeitbarkeit erreicht. Die Grenzwertigkeit kommt vor allem bei sehr dicken CFK-Bauteilen bzw. in Kombination mit höchstfesten Stählen in Form von Nietversagen sehr schnell zum Vorschein.The component production and the joining process are usually carried out successively at locally separate locations. Mechanical joining technologies (rivets, screws) entail the disadvantages of delamination, for example, of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and fiber damage, and can have a strength-reducing effect on the connection quality due to the voltage peaks in the hole area of the component. For certain material-thickness combinations, especially for punch riveting, limits for processability are achieved very quickly. The limit value very quickly comes to light, especially in the case of very thick CFRP components or in combination with ultrahigh-strength steels in the form of rivet failures.

Ein gattungsbildendes Verfahren ist aus der DE 10 2011 106 700 A1 zur Herstellung einer Verbindung eines metallischen Bleches mit einem faserverstärkten Kunststoffbauteil mittels eines in dem faserverstärkten Kunststoff eingebrachten metallischen Einsatzteils (Insert) bekannt. Dieses metallische Einsatzteil ist bspw. als Doppel-T-Profil ausgebildet und bildet gleichzeitig auf gegenüberliegenden Seiten eine mit der Oberfläche des faserverstärkten Kunststoffes fluchtende Außenfläche, die mit dem metallischen Blech unter Ausbildung einer Schweißlinse verschweißt wird. Nachteilig hieran ist, dass dieses Einsatzteil bereits in den Herstellungsprozess des faserverstärkten Kunststoffbauteils integriert werden muss, wodurch die Herstellungskosten eines solchen faserverstärkten Kunststoffes ansteigen.A generic method is from the DE 10 2011 106 700 A1 for producing a connection of a metal sheet with a fiber-reinforced plastic component by means of a metallic insert (insert) introduced in the fiber-reinforced plastic. This metallic insert part is formed, for example, as a double-T-profile and simultaneously forms on opposite sides of an aligned with the surface of the fiber-reinforced plastic outer surface, which is welded to the metallic sheet to form a weld nugget. The disadvantage of this is that this insert part must already be integrated into the manufacturing process of the fiber-reinforced plastic component, whereby the manufacturing cost of such a fiber-reinforced plastic increase.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein kostengünstiges Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem ein Metallbauteil mit einem aus einem faserverstärkten oder aus einem reinen Kunststoff hergestellten Kunststoffbauteil verbunden wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Hilfsfügeteil zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.It is an object of the invention to provide a cost-effective method of the type mentioned, with which a metal component is connected to a plastic component made of a fiber-reinforced or of a pure plastic. It is another object of the invention to provide a Hilfsfügeteil for performing the method according to the invention.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The first object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Ein solches Verfahren zum Verbinden eines Metallbauteils mit einem Kunststoffbauteil mittels wenigstens eines Fügehilfselementes, welches zum einen zumindest einen Kraftschluss mit dem Metallbauteil und zum anderen zumindest einen Kraftschluss mit dem Fügebauteil bildet, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass

– ein U-förmiges Metallprofil als Fügehilfselement auf einen plattenartigen Randbereich des Fügebauteils aufgeschoben wird, wobei der Randbereich von dem aufgeschobenen U-förmigen Metallprofil klemmend umfasst wird,
– das Fügebauteil unter Anlage eines Schenkels des U-förmigen Metallprofils an einer Auflagefläche des Metallbauteils angeordnet wird, und
– ein Stoffschluss zwischen dem Metallbauteil und dem an dem Metallbauteil anliegenden Schenkel des U-förmigen Metallprofils hergestellt wird, indem die Anordnung aus dem Metallbauteil und dem Fügebauteil senkrecht zum plattenartigen Randbereich mit einem Schweißstrom beaufschlagt wird.

Such a method for connecting a metal component to a plastic component by means of at least one joining auxiliary element, which on the one hand forms at least a frictional connection with the metal component and on the other hand at least a frictional connection with the joining component, according to the invention is characterized in that

A U-shaped metal profile is pushed as a joining auxiliary element onto a plate-like edge region of the joining component, wherein the edge region is clamped by the pushed-on U-shaped metal profile,
- The joining component is arranged under a leg of the U-shaped metal profile on a bearing surface of the metal component, and
- A material connection between the metal component and the voltage applied to the metal component legs of the U-shaped metal profile is produced by the arrangement of the metal component and the joining component is applied perpendicular to the plate-like edge region with a welding current.

Durch den Einsatz eines solchen als U-förmiges Metallprofil ausgebildeten Hilfsfügeelementes, welches in einfacher Weise auf einen Randbereich des Fügebauteils in der Art eines Clips aufgeschoben bzw. aufgeclipst und anschließend mit dem Metallbauteil bspw. mittels eines Widerstandspunktschweißverfahren verschweißt wird (daher auch Schweißclip genannt), wird in einfacher und kostengünstiger Weise eine stoff- und formschlüssige Verbindung für Metall-Kunststoff- oder Metall-Aluminium-Werkstoffkombinationen geschaffen, wenn das Fügebauteil als Kunststoffbauteil oder als Aluminiumbauteil hergestellt wird. Die kostengünstige Realisierung ergibt sich zum einen durch das einfach herzustellende Hilfsfügeelement sowie die äußerst geringe Montagekomplexität, die lediglich in dem Aufschieben des Hilfsfügeelementes auf den Randbereich des Fügebauteils besteht und zum anderen durch die Herstellung des Stoffschlusses mittels Schweißen mit in der Regel vorhandenen konventioneller Anlagentechnik (bspw. für das Widerstandspunktschweißen).By the use of such a U-shaped metal profile formed Hilfsfügeelementes which is pushed or clipped in a simple manner on an edge region of the joining component in the manner of a clip and then welded to the metal component, for example. By means of a resistance spot welding method (therefore also called welding clip), In a simple and cost-effective manner, a material and positive connection for metal-plastic or metal-aluminum material combinations is created when the joining component is produced as a plastic component or as an aluminum component. The cost-effective implementation results on the one hand by the easy-to-produce Hilfsfügeelement and the extremely low assembly complexity, which consists only in the postponement of Hilfsfügeelementes on the edge region of the joining component and on the other by the production of the material bond by welding with conventional conventional system technology (eg for resistance spot welding).

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass

– das Fügebauteil als Kunststoffbauteil mit einer thermoplastischen Matrix hergestellt wird, und
– eine adhäsive Verbindung im Bereich des U-förmigen Metallprofils mit dem Kunststoffbauteil hergestellt wird, indem ein Schweißstrom mit einem die thermoplastische Matrix des Kunststoffbauteils aufschmelzenden Wert verwendet wird.

According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that

- The joining component is produced as a plastic component with a thermoplastic matrix, and
- An adhesive bond in the region of the U-shaped metal profile with the plastic component is produced by a welding current is used with a thermoplastic matrix of the plastic component melting value.

Durch die Realisierung einer solchen adhäsiven Verbindung zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Schweißclip wird die Verbindungsfestigkeit der Anordnung aus dem Metallbauteil und dem Kunststoffbauteil erhöht.By realizing such an adhesive connection between the plastic component and the welding clip, the connection strength of the assembly of the metal component and the plastic component is increased.

Für das Kunststoffbauteil als Fügebauteil kann auch eine duroplastische Matrix verwendet werden, wobei jedoch in diesem Fall keine adhäsive Verbindung zwischen einem solchen Kunststoffbauteil und dem Schweißclip entsteht.For the plastic component as a joining component and a thermoset matrix can be used, but in this case no adhesive bond between such a plastic component and the welding clip is formed.

Das U-förmige Metallprofil kann als Schweißclip zur Anpassung an die Bauteilgeometrie des Fügebauteils mit unterschiedlichen Profillängen ausgebildet werden. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein U-förmiges Metallprofil mit einer Länge der Profilrichtung verwendet, die klein gegenüber der Länge des Randbereichs des Fügebauteils ist. Solche „kleinen” Schweißclips können mehrfach beabstandet im Randbereich des Fügebauteils angeordnet werden. Im Gegensatz hierzu wird nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ein U-förmiges Metallprofil mit einer der Länge des Randbereichs des Fügebauteils entsprechenden Länge in Profilrichtung verwendet. Somit kann ein Fügebauteil rahmenartig vollständig oder größtenteils mit einem solchen Schweißclip umfasst werden.The U-shaped metal profile can be designed as a welding clip for adaptation to the component geometry of the joining component with different profile lengths. According to one embodiment of the invention, a U-shaped metal profile is used with a length of the profile direction, which is small compared to the length of the edge region of the joining component. Such "small" welding clips can be arranged several times spaced in the edge region of the joining component. In contrast, according to another embodiment of the invention, a U-shaped metal profile is used with a length of the edge region of the joining component corresponding length in the profile direction. Thus, a joining component can be frame-like completely or largely covered with such a welding clip.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn

– ein U-förmiges Metallprofil mit unterschiedlich langen Schenkeln verwendet wird, wobei dessen langer Schenkel ein in Richtung des kurzen Schenkels abgewinkeltes Ende aufweist, und
– ein weiterer Stoffschluss zwischen dem durch das als Kunststoffbauteil ausgebildete Fügebauteil geführten abgewinkelten Ende des langen Schenkels des U-förmige Metallprofils und dem Metallbauteil hergestellt wird, indem die Anordnung aus dem Metallbauteil und dem Kunststoffbauteil senkrecht zum plattenartigen Randbereich mit einem Schweißstrom beaufschlagt wird.

A particularly advantageous embodiment of the method according to the invention results when

- A U-shaped metal profile is used with different lengths of legs, wherein the long leg has an angled in the direction of the short leg end, and
- Another material connection between the guided through the plastic component designed as a joining component bent end of the long leg of the U-shaped metal profile and the metal component is made by the assembly of the metal component and the plastic component is applied perpendicular to the plate-like edge region with a welding current.

Hiermit ist es möglich, mit dem Erwärmen und Aufschmelzen des als Kunststoffbauteils ausgebildeten Fügebauteils mittels des Schweißstromes das abgewinkelte Ende durch das Kunststoffbauteil hindurch zu drücken und anschließend mit dem Metallbauteil auf Stoß zu verschweißen, d. h. einen weiteren Stoffschluss zwischen dem Schweißclip und dem Metallbauteil herzustellen. Dadurch wird die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil wesentlich erhöht.This makes it possible, with the heating and melting of the plastic component designed as a joining component by means of the welding current to push the angled end through the plastic component and then welded to the metal component in shock, d. H. to produce a further material bond between the welding clip and the metal component. As a result, the connection strength between the plastic component and the metal component is substantially increased.

Als Schweißverfahren eignet sich neben dem bekannten Widerstandsschweißverfahren insbesondere auch das Widerstandsbuckelschweißen.As a welding method is in addition to the known resistance welding method in particular also the resistance hump welding.

Um die Schweißbarkeit, insbesondere mit dem Widerstandsbuckelschweißen zu verbessern ist nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass ein U-förmiges Metallprofil mit einem Schenkel verwendet wird, welcher zur Durchführung des Widerstandsbuckelschweißens einen in den Schenkel eingeprägten Buckel aufweist.In order to improve the weldability, in particular with the resistance hump welding is provided according to a further advantageous embodiment of the invention that a U-shaped metal profile is used with a leg, which has a hump embossed into the leg to carry out the resistance hump welding.

Besonders vorteilhaft es ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wenn ein Metallbauteil verwendet wird, welches im Bereich der Auflagefläche eine an die Kontur des anliegenden Schenkels des U-förmigen Metallprofils angepasste Sicke aufweist, welche eine der Materialdicke des anliegenden Schenkels entsprechenden Tiefe aufweist. Hiermit kann ein in Abhängigkeit der Materialdicke des Schweißclips entstehender Fügespalt zwischen dem Fügebauteil und dem Metallbauteil außerhalb der Schweißclips beseitigt, zumindest aber reduziert werden.It is particularly advantageous according to a further embodiment of the invention, when a metal component is used, which has in the region of the support surface adapted to the contour of the adjacent leg of the U-shaped metal profile bead, which has a depth corresponding to the material thickness of the adjacent leg. Hereby, a joining gap arising between the joining component and the metal component outside the welding clips as a function of the material thickness of the welding clip can be eliminated, or at least reduced.

Ein solcher Fügespalt kann auch gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung beseitigt werden, wenn ein Fügebauteil verwendet wird, bei welchem die Bereiche der anliegenden Schenkel jeweils als Aussparung ausgeführt sind, wobei diese Aussparungen eine der Materialdicke der anliegenden Schenkel entsprechenden Tiefe aufweisen.Such a joint gap can also be eliminated according to another embodiment of the invention, when a joining component is used, in which the regions of the adjacent legs are each designed as a recess, said recesses having a thickness of the material of the adjacent legs corresponding depth.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einem kunststoffbeschichteten Metallbauteil als Fügebauteil ausgeführt werden, so dass ein Metallbauteil mit einem kunstoffbeschichteten Metallbauteil mittels des erfindungsgemäßen als U-förmiges Metallprofil ausgeführten Fügehilfselementes verbunden bzw. gefügt wird.The inventive method can also be carried out with a plastic-coated metal component as a joining component, so that a metal component with a plastic-coated metal component is connected or joined by means of the invention as a U-shaped metal profile Fügehilfselementes.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Fügehilfselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11The second-mentioned object is achieved by a joining auxiliary element having the features of patent claim 11

Ein solches Fügehilfselement zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass das Fügehilfselement als U-förmiges Metallprofil ausgebildet ist.Such a joining auxiliary element is characterized according to the invention in that the joining auxiliary element is designed as a U-shaped metal profile.

Ein solches U-förmiges Metallprofil als Fügehilfselement bzw. als Schweißclip wird in einem konventionellen Stanz-Biege-Prozess kostengünstig in unterschiedlichen geometrischen Varianten hergestellt.Such a U-shaped metal profile as a joining auxiliary element or as a welding clip is inexpensive in a conventional stamping and bending process made in different geometrical variants.

Mit einem solchen Stanz-Biege-Prozess lässt sich nicht nur eine Geometrie mit rechteckigem Querschnitt, sondern unterschiedliche Geometrien des Schweißclips zur Anpassung an die randseitige Kontur des Fügebauteils realisieren. So wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das U-förmige Metallprofil mit einer die beiden Schenkel verbindenden Basis ausgebildet, welche bogenförmig die beiden Schenkel verbindet. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Schweißclip mit einer geraden Basis, also einem rechteckförmigen Querschnitt vor, wobei die Basis mit den Schenkeln unterschiedliche Biegeradien bildet.With such a punch-bending process, not only a geometry with rectangular cross-section, but different geometries of the welding clip can be realized to adapt to the edge contour of the joining component. Thus, according to an embodiment of the invention, the U-shaped metal profile is formed with a base connecting the two legs, which connects the two legs arcuately. Another embodiment of the invention provides a welding clip with a straight base, ie a rectangular cross-section, the base forming different bending radii with the legs.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das U-förmige Metallprofil mit an wenigstens einer Schenkelinnenseite angeordneten zahnartigen Fixierelementen ausgebildet. Diese bewirken eine verbesserte formschlüssige Anbindung des Schweißclips an das Kunststoffbauteil ausgebildete Fügebauteil, da insbesondere nach einer Erwärmung des Kunststoffbauteils mittels des Schweißstromes eine Erweichung eintritt und dadurch diese zahnartigen Fixierelemente in den Kunststoff eingepresst werden.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the U-shaped metal profile is formed with at least one leg inner side arranged tooth-like fixing elements. These cause an improved positive connection of the welding clip to the plastic component trained joining component, since in particular after heating of the plastic component by means of the welding current softening occurs and thereby these tooth-like fixing elements are pressed into the plastic.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein U-förmiges Metallprofil mit unterschiedlich langen Schenkeln verwendet wird, wobei dessen langer Schenkel ein in Richtung des kurzen Schenkels abgewinkeltes Ende aufweist. Hiermit ist es möglich, mit dem Erwärmen und Aufschmelzen des als Kunststoffbauteil ausgebildeten Fügebauteils mittels des Schweißstromes das abgewinkelte Ende durch das Kunststoffbauteil hindurch zu drücken und anschließend mit dem Metallbauteil auf Stoß zu verschweißen, d. h. einen weiteren Stoffschluss zwischen dem Schweißclip und dem Metallbauteil herzustellen. Dadurch wird die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil wesentlich erhöht.Another particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that a U-shaped metal profile is used with different lengths of legs, wherein the long leg has an angled end in the direction of the short leg. This makes it possible, with the heating and melting of the plastic component designed as a joining component by means of the welding current to press the angled end through the plastic component and then welded to the metal component on impact, d. H. to produce a further material bond between the welding clip and the metal component. As a result, the connection strength between the plastic component and the metal component is substantially increased.

Das Handling beim Aufschieben bzw. Aufclipsen des Schweißclips auf das Fügebauteil wird weiterbildungsgemäß dadurch verbessert, dass das U-förmige Metallprofil wenigstens einen Schenkel aufweist, dessen freies Ende nach außen abgewinkelt ist.The handling when sliding or clipping the welding clip onto the joining component is further improved according to the training, in that the U-shaped metal profile has at least one limb whose free end is angled outwards.

Die Klemmwirkung des Schweißclips wird nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch verbessert, dass zur Erzeugung einer Klemmwirkung die beiden Schenkel des U-förmigen Metallprofils einen nach außen sich verjüngend verlaufenden Abstand aufweisen.The clamping action of the welding clip is improved according to a further preferred embodiment of the invention in that, in order to produce a clamping effect, the two legs of the U-shaped metal profile have a tapering outward distance.

Um die Schweißbarkeit, insbesondere mit dem Widerstandsbuckelschweißen zu verbessern ist nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das U-förmige Metallprofil einen Schenkel aufweist, welcher zur Durchführung des Widerstandsbuckelschweißens mit einem in den Schenkel eingeprägten Buckel ausgebildet ist.In order to improve the weldability, in particular with the resistance hump welding is provided according to a further advantageous embodiment of the invention that the U-shaped metal profile has a leg, which is designed to carry out the resistance hump welding with a hump embossed in the leg.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described in detail by means of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:

1 eine schematische Perspektiv- und Schnittdarstellung eines U-förmigen Metallprofils als Hilfsfügeelement gemäß der Erfindung, 1 a schematic perspective and sectional view of a U-shaped metal profile as Hilfsfügeelement according to the invention,

2 eine schematische Schnittdarstellung einer Anordnung aus einem Fügebauteil mit einem randseitig aufgeschobenen U-förmigen Metallprofil gemäß den 1, 2 a schematic sectional view of an assembly of a joining component with an edge-pushed U-shaped metal profile according to the 1 .

3 schematische Darstellungen des Fügeprozess der Anordnung nach 2 mit einem Metallbauteil, 3 schematic representations of the joining process of the arrangement according to 2 with a metal component,

4 schematische Darstellungen von Draufsichten auf Anordnungen aus einem Fügebauteil mit randseitig aufgeschobenen U-förmigen Metallprofilen in unterschiedlichen Ausführungen, 4 schematic representations of plan views of arrangements of a joining component with edge-pushed U-shaped metal profiles in different versions,

5 schematische Darstellungen in einer Schnittansicht und einer Draufsicht einer Anordnung aus „schwimmend” mittels eines U-förmigen Metallprofils verbundene Metall- und Fügebauteile, 5 schematic representations in a sectional view and a plan view of an arrangement of "floating" connected by a U-shaped metal profile metal and joining components,

6 schematische Schnittdarstellungen von U-förmigen Metallprofilen mit unterschiedlichen Querschnitten, 6 schematic sectional views of U-shaped metal profiles with different cross-sections,

7 schematische Schnittdarstellungen eines U-förmigen Metallprofils mit Fixierelementen, 7 schematic sectional views of a U-shaped metal profile with fixing elements,

8 schematische Schnittdarstellungen eines U-förmigen Metallprofils mit Fixierelementen, 8th schematic sectional views of a U-shaped metal profile with fixing elements,

9 schematische Schnittdarstellungen eines U-förmigen Metallprofils mit Fixierelementen, 9 schematic sectional views of a U-shaped metal profile with fixing elements,

10 schematische Darstellungen des Fügeprozess eines Metallbauteils mit einem Kunststoffbauteil mittels des U-förmigen Metallprofils nach 9, 10 schematic representations of the joining process of a metal component with a plastic component by means of the U-shaped metal profile after 9 .

11 schematische Schnittdarstellungen eines U-förmigen Metallprofils mit unterschiedlich langen Schenkeln, 11 Schematic sectional views of a U-shaped metal profile with different lengths,

12 schematische Darstellungen eines Fügeprozesses eines Metallbauteils mit einem Kunststoffbauteil mittels des U-förmigen Metallprofils nach 11, 12 schematic representations of a joining process of a metal component with a Plastic component by means of the U-shaped metal profile after 11 .

13 schematische Schnittdarstellungen eines U-förmigen Metallprofils mit unterschiedlichen Querschnitten, 13 schematic sectional views of a U-shaped metal profile with different cross-sections,

14 schematische Schnittdarstellungen eines U-förmigen Metallprofils mit unterschiedlichen Querschnitten, 14 schematic sectional views of a U-shaped metal profile with different cross-sections,

15 eine schematische Schnittdarstellung eines mit einem Fügebauteil mittels zwei U-förmigen Metallprofilen gefügten Metallbauteils, und 15 a schematic sectional view of a joined with a joining component by means of two U-shaped metal profiles metal component, and

16 eine weitere schematische Schnittdarstellung eines mit einem Fügebauteil mittels zwei U-förmigen Metallprofilen gefügten Metallbauteils. 16 a further schematic sectional view of a joined with a joining component by means of two U-shaped metal profiles metal component.

Zum erfindungsgemäßen Fügen eines zumindest teilweise plattenartigen Metallbauteils 1 mit einem aus einem faserverstärkten oder aus einem reinen Kunststoff hergestellten Kunststoffbauteil 2 oder einem Aluminiumbauteil 2 wird ein in den 1 in einer einfachen geometrischen Ausgestaltung dargestelltes U-förmiges Metallprofil 3 verwendet. Die 1a und 1b zeigen ein solches U-förmiges Metallprofil 3 mit aus einer Basis 3.1 und zwei Schenkeln 3.2 und 3.3 gebildeten U-förmigen Querschnitt, wobei dieses U-förmige Metallprofil 3 eine Breite B und in Profilrichtung R des Profils eine Länge L aufweist. Ein solches U-förmige Metallprofil 3 weist eine federelastischen Eigenschaft auf und kann als Blechteil mittels eines konventionellen Stanz-Biege-Prozesses kostengünstig in unterschiedlichen Ausführungsformen, wie nachfolgend erläutert werden soll, hergestellt werden.For joining according to the invention of an at least partially plate-like metal component 1 with a plastic component made of a fiber-reinforced or of a pure plastic 2 or an aluminum component 2 will be one in the 1 in a simple geometric configuration shown U-shaped metal profile 3 used. The 1a and 1b show such a U-shaped metal profile 3 with out of a base 03.01 and two thighs 3.2 and 3.3 formed U-shaped cross section, wherein this U-shaped metal profile 3 a width B and in the profile direction R of the profile has a length L. Such a U-shaped metal profile 3 has a resilient property and as a sheet metal part by means of a conventional stamping and bending process cost in different embodiments, as will be explained below, are produced.

In einem ersten Verfahrensschritt wird das U-förmige Metallprofil 3 auf einen plattenartigen Randbereich 2.1 des als Kunststoffbauteil oder als Aluminiumbauteil ausgebildeten Fügebauteils 2 aufgeschoben, wie dies in 2 dargestellt ist. Um eine klemmende Wirkung des auf das Fügebauteil 2 aufgeschobenen U-förmigen Metallprofils 3 zu erreichen, weist der innere Abstand D der beiden Schenkel 3.2 und 3.3 des U-förmigen Metallprofils 3 einen Wert auf, der höchstens der Dicke d des Fügebauteils 2 im Bereich von dessen Randbereich 2.1 entspricht, idealerweise geringfügig kleiner ist, so dass das U-förmige Metallprofil 3 in der Art eines Clips auf den Randbereich 2.1 des Fügebauteils 2 geklemmt bzw. gepresst werden kann. Die federelastische Eigenschaft des U-förmigen Metallprofils 3 ermöglicht dessen Aufschieben auf den Randbereich 2.1 des Fügebauteils 2 und die klemmende Wirkung auf das Fügebauteil 2.In a first method step, the U-shaped metal profile 3 on a plate-like edge area 2.1 of the plastic component or as aluminum component formed joining component 2 postponed, like this in 2 is shown. To a clamping effect of the joining component 2 deferred U-shaped metal profile 3 reach, the inner distance D of the two legs 3.2 and 3.3 of the U-shaped metal profile 3 a value at most the thickness d of the joining component 2 in the area of its edge area 2.1 corresponds, ideally, is slightly smaller, so that the U-shaped metal profile 3 in the manner of a clip on the edge area 2.1 of the joining component 2 can be clamped or pressed. The elastic property of the U-shaped metal profile 3 allows it to be pushed onto the edge area 2.1 of the joining component 2 and the clamping effect on the joining component 2 ,

Anschließend wird diese Anordnung gemäß 2 mit dem zumindest teilweisen plattenförmigen Metallbauteil 1 mittels einer Widerstandspunktschweißanlage 10 verbunden, wie dies in den 3a und 3b dargestellt ist. Das Widerstandschweißen ist ein Pressschweißverfahren, bei welchem mittels zwei Elektroden 10.1 und 10.2 der Widerstandspunktschweißanlage 10 unter Druck und Wärme die zu fügenden Teile zusammen gepresst werden. Die Wärme entsteht durch einen Stromfluss durch die aneinander liegenden und zu fügenden Teile.Subsequently, this arrangement is according to 2 with the at least partially plate-shaped metal component 1 by means of a resistance spot welding machine 10 connected, as in the 3a and 3b is shown. Resistance welding is a pressure welding process using two electrodes 10.1 and 10.2 the resistance spot welding machine 10 under pressure and heat, the parts to be joined are pressed together. The heat is generated by a flow of current through the parts that are lying next to each other.

Somit liegt gemäß 3a das Fügebauteil 2 mit dem aufgeschobenen U-förmigen Metallprofil 3 mit seinem unteren Schenkel 3.2 im Randbereich 1.1 des Metallbauteils 1 auf einer Auflagefläche 1.2 des Metallbauteils 1, wobei das Metallbauteil 1 auf der unteren Elektrode 10.2 und die obere Elektrode 10.1 von oben auf den oberen Schenkel 3.3 des U-förmigen Metallprofils 3 drückt. Mit einem definierten Kraft-Stromprogramm der Widerstandspunktschweißanlage 10 wird ein Schweißstrom I erzeugt, der zu einer Schweißlinse 4 zwischen der Auflagefläche 1.2 des Metallbauteils 1 und dem auf dieser aufliegenden Schenkel 3.2 des U-förmigen Metallprofils 3 führt. Wird als Fügebauteil 2 ein Kunststoffbauteil verwendet, fließt dieser Schweißstrom I nicht geradlinig durch das U-förmige Metallprofil 3 und das Fügebauteil 2, sondern über die Schenkel 3.2 und 3.3 sowie die Basis-3.1 des U-förmigen Metallprofils 3. Bei einer entsprechenden Einstellung des Schweißstromes I kann bei einem Kunststoffbauteil 2 mit einer thermoplastischen Matrix nicht nur ein Aufschmelzen des Metalls des Metallbauteils 1 und des U-förmigen Metallprofils 3, sondern auch ein Aufschmelzen dieser Kunststoffmatrix zwischen den beiden Schenkeln 3.2 und 3.3 des U-förmigen Metallprofils 3 erreicht werden. Hierdurch wird eine Vernetzung der aufgeschmolzenen ° Kunststoffmatrix mit der Metalloberfläche der beiden Schenkeln 3.2 und 3.3 bewirkt, wodurch eine zusätzliche die Verbindungfestigkeit erhöhende adhäsive Verbindung zwischen dem Kunststoffbauteil 2 und dem U-förmigen Metallprofil 3 entsteht. Wird als Fügebauteil 2 ein Aluminiumbauteil verwendet, fließt als Schweißstrom ein Strom I' (gestrichelt dargestellt) zwischen den Elektroden 10.1 und 10.2 geradlinig durch die Anordnung aus Aluminiumbauteil 2 mit aufgeschobenen U-förmigen Metallprofil 3.Thus, according to 3a the joining component 2 with the deferred U-shaped metal profile 3 with his lower thigh 3.2 at the edge 1.1 of the metal component 1 on a support surface 1.2 of the metal component 1 , wherein the metal component 1 on the lower electrode 10.2 and the upper electrode 10.1 from above on the upper thigh 3.3 of the U-shaped metal profile 3 suppressed. With a defined force-current program of the resistance spot welding system 10 a welding current I is generated which becomes a nugget 4 between the support surface 1.2 of the metal component 1 and the thigh resting on it 3.2 of the U-shaped metal profile 3 leads. Used as a joining component 2 used a plastic component, this welding current I does not flow straight through the U-shaped metal profile 3 and the joining component 2 but over the thighs 3.2 and 3.3 as well as the basic 03.01 of the U-shaped metal profile 3 , With a corresponding adjustment of the welding current I can in a plastic component 2 with a thermoplastic matrix not only a melting of the metal of the metal component 1 and the U-shaped metal profile 3 but also a melting of this plastic matrix between the two thighs 3.2 and 3.3 of the U-shaped metal profile 3 be achieved. This results in a cross-linking of the molten plastic matrix with the metal surface of the two legs 3.2 and 3.3 causing an additional bond strength enhancing adhesive bond between the plastic component 2 and the U-shaped metal profile 3 arises. Used as a joining component 2 When an aluminum component is used, a current I '(shown in phantom) flows between the electrodes as the welding current 10.1 and 10.2 straight through the arrangement of aluminum component 2 with deferred U-shaped metal profile 3 ,

Die Verbindung des Fügebauteils mit einem Metallbauteil erfolgt erfindungsgemäß mit einem auf das Fügebauteil clipartig im Randbereich aufgeschobenen und als U-förmiges Metallprofil 3 ausgebildeten Fügehilfselement und der Herstellung einer Schweißverbindung zwischen diesem U-förmigen Metallprofil 3 und dem Metallbauteil 1. Daher wird dieses als U-förmiges Metallprofil 3 ausgebildete Fügehilfselement im Folgenden auch Schweißclip genannt.The compound of the joining component with a metal component is carried out according to the invention with a clip-like in the edge region pushed onto the joining component and as a U-shaped metal profile 3 trained joining auxiliary and the production of a welded joint between this U-shaped metal profile 3 and the metal component 1 , Therefore, this is called a U-shaped metal profile 3 trained joining auxiliary in the following also called welding clip.

Solche Schweißclips 3 können mit unterschiedlichen Längen L und Breiten B in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie des Fügebauteils 2 ausgeführt werden. So zeigt 4a ein Fügebauteil 2 mit einer rechteckigen Randkontur. Dieses Fügebauteil 2 weist an jeder seiner Seiten 2.1 bis 2.4 jeweils zwei Schweißclips 3 auf, deren Länge L klein ist gegenüber den Längen der Seiten 2.1 bis 2.4 des Fügebauteils 2. Nach 4b ist es auch möglich, bei einem solchen Fügebauteil 2 mit den Seiten 2.1 bis 2.4 auf jeder Seite einen Schweißclip 3 vorzusehen, welcher jeweils eine der Länge der Seiten 2.1 bis 2.4 entsprechende Länge L aufweist, so dass die vier Schweißclips 3 das Fügebauteil 2 nach 4b rahmenartig einfassen. Such welding clips 3 can with different lengths L and widths B depending on the component geometry of the joining component 2 be executed. So shows 4a a joining component 2 with a rectangular edge contour. This joining component 2 points to each of its pages 2.1 to 2.4 two welding clips each 3 whose length L is small compared to the lengths of the sides 2.1 to 2.4 of the joining component 2 , To 4b It is also possible with such a joining component 2 with the pages 2.1 to 2.4 a welding clip on each side 3 to provide, which in each case one of the length of the sides 2.1 to 2.4 corresponding length L has, so that the four welding clips 3 the joining component 2 to 4b framing.

Mit einer entsprechend von 4a mit jeweils zwei in den Eckbereichen mit Schweißclips bestückten rechteckförmigen Fügebauteil 2 kann die Verbindung mit dem Metallbauteil 1 „schwimmend” ausgeführt werden. Dabei wird gemäß 5a das Fügebauteil 2 in xy-Richtung zwischen einem Schweißclip 3 durch einen Abstand A zwischen der Innenseite der Basis 3.1 des Schweißclips 3 und der Stirnseite des Randbereichs 2.1 des Fügebauteils 2 in eine Loslager-Situation versetzt und nur in z-Richtung geklemmt. Somit kann das Fügebauteil 2 gemäß 5b gegenüber dem Metallbauteil 1, mit dem die vier Schweißclips 3 über jeweils eine Schweißlinse 4 verbunden sind, entsprechend des Abstandes A in der x-y-Ebene verschoben werden. Somit entsteht bspw. bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fügepartner 1, 2 und 3 ein Freiraum um die dabei auftretenden unterschiedlichen Ausdehnungen auszugleichen. Damit können unerwünschter Bauteilverzug, Taschenbildung zwischen konventionell, mechanisch gefügten Punkten und Spannungen zwischen den Bauteilen bis hin zum Bauteilversagen unterbunden werden.With a corresponding of 4a each with two in the corner areas equipped with welding clips rectangular joining component 2 Can the connection with the metal component 1 Be carried out "floating". It is in accordance with 5a the joining component 2 in the xy direction between a welding clip 3 by a distance A between the inside of the base 03.01 of the welding clip 3 and the front of the edge area 2.1 of the joining component 2 put in a non-locating situation and clamped only in z-direction. Thus, the joining component 2 according to 5b opposite the metal component 1 with which the four welding clips 3 via one nugget each 4 are moved according to the distance A in the xy plane. Thus arises, for example, at different coefficients of thermal expansion of the joining partners 1 . 2 and 3 a free space to compensate for the occurring different expansions. Thus, unwanted component distortion, pocket formation between conventionally, mechanically joined points and stresses between the components up to component failure can be prevented.

Die 6 zeigen von dem Querschnitt gemäß 1b sich unterscheidende Querschnitte von Schweißclips 3. So ist die Basis 3.1 des Schweißclips 3 nach 6a entsprechend der 1b nicht gerade, sondern kreisbogenförmig mit einem Radius r ausgebildet, wobei der Wert 2r dem Abstand D der beiden Schenkel 3.2 und 3.3 entspricht. In ähnlicher Weise sind auch die beiden Schenkel 3.2 und 3.3 des Schweißclips 3 gemäß 6c mit einem Kreisbogen mit einem Radius r₀ verbunden, wobei jedoch der Wert 2r₀ größer als der Abstand D der beiden Schenkel 3.2 und 3.3 des Schweißclips 3 ist.The 6 show from the cross section according to 1b differing cross sections of welding clips 3 , That's the basis 03.01 of the welding clip 3 to 6a according to the 1b not straight, but circular arc-shaped with a radius r, wherein the value 2r the distance D of the two legs 3.2 and 3.3 equivalent. Similarly, the two thighs are 3.2 and 3.3 of the welding clip 3 according to 6c connected to a circular arc having a radius r _0, but the value of 2r ₀ is greater than the distance D of the two legs 3.2 and 3.3 of the welding clip 3 is.

Der Schweißclip 3 gemäß 6b weist einen gemäß 1b rechteckförmigen Querschnitt auf, wobei jedoch im Unterschied zu 1b die Biegeradien r1 und r2 in den Verbindungsecken zwischen der Basis 3.1 und den Schenkeln 3.2 und 3.3 nicht identisch sind, also r1 ≠ r2 gilt.The welding clip 3 according to 6b has a according to 1b rectangular cross-section, but unlike 1b the bending radii r1 and r2 in the connecting corners between the base 03.01 and thighs 3.2 and 3.3 are not identical, so r1 ≠ r2 holds.

Um eine verbesserte formschlüssige Anbindung des als Kunststoffbauteil hergestellten Fügebauteils 2 an den Schweißclips 3 zu erreichen, kann gemäß 7a wenigstens ein Schenkel 3.3 mit Fixierelementen 3.4 ausgebildet werden, die von außen in den Schenkel 3.3 eingeprägt oder eingestanzt werden und dadurch ein in Richtung des gegenüberliegenden Schenkels 3.2 ragende Spitze auf der Innenseite des Schenkels 3.3 entsteht. Mehrere solcher Fixierelemente 3.4 können bspw. in Profilrichtung R und/oder quer hierzu realisiert werden. So zeigte 7b zwei in Profilrichtung R angeordnete zahnartige Fixierelemente 3.4, während nach 7c eine in Profilrichtung R verlaufende Sicke ein Fixierelemente 3.4 bildet. Während des Schweißprozesses werden diese Fixierelemente 3.4 aufgrund des von den Elektroden 10.1 und 10.2 der Widerstandschweißanlage 10 erzeugten Druckes in die Oberfläche des Kunststoffbauteils 2 eingepresst, insbesondere auch dann, wenn durch den Schweißstrom I der Kunststoff des Kunststoffbauteils 2 erweicht wird.To an improved positive connection of the joining component produced as a plastic component 2 at the welding clips 3 to achieve, according to 7a at least one leg 3.3 with fixing elements 3.4 be formed from the outside in the thigh 3.3 embossed or stamped and thereby one in the direction of the opposite leg 3.2 protruding tip on the inside of the thigh 3.3 arises. Several such fixing elements 3.4 can be realized, for example, in profile direction R and / or transversely thereto. So showed 7b two arranged in the profile direction R tooth-like fixing elements 3.4 while after 7c a bead running in profile direction R a fixing 3.4 forms. During the welding process these fixing elements become 3.4 due to the from the electrodes 10.1 and 10.2 the resistance welding system 10 generated pressure in the surface of the plastic component 2 pressed, in particular even if by the welding current I, the plastic of the plastic component 2 is softened.

Eine andere Realisierung von Fixierelementen zeigen die 8a und 8b, wo das Ende des Schenkels 3.3 zur Bildung eines in Richtung des gegenüberliegenden Schenkels 3.2 gerichteten und die Innenseite des Schenkels 3.3 überstehenden Überstandes 3.30 abgeknickt ist. Die Stirnseite des Überstandes 3.30 ist gemäß 8b in Profilrichtung R zur Bildung von Fixierelementen 3.4 zackenartig ausgebildet. Auch diese zackenartigen Fixierelemente 3.4 werden aufgrund des von den Elektroden 10.1 und 10.2 der Widerstandschweißanlage 10 erzeugten Druckes in die Oberfläche des als Kunststoffbauteil ausgeführten Fügebauteils 2 eingepresst, insbesondere auch dann, wenn durch den Schweißstrom I der Kunststoff des Kunststoffbauteils 2 erweicht wird.Another realization of fixing elements show the 8a and 8b where the end of the thigh 3.3 to form one in the direction of the opposite leg 3.2 directed and the inside of the thigh 3.3 supernatant supernatant 3.30 is bent. The front of the supernatant 3.30 is according to 8b in profile direction R for the formation of fixing elements 3.4 formed like a jag. Also these jagged fixing elements 3.4 are due to the of the electrodes 10.1 and 10.2 the resistance welding system 10 generated pressure in the surface of the executed as a plastic component joining component 2 pressed, in particular even if by the welding current I, the plastic of the plastic component 2 is softened.

Bei der Ausführung gemäß den 9a und 9b sind die Fixierelemente als Pins 3.5 ausgeführt, die auf der Innenseite des Schenkels 3.3 gitterartig in Richtung des Schenkels 3.3 und in Profilrichtung R angeordnet sind.In the execution according to the 9a and 9b are the fixing elements as pins 3.5 running on the inside of the thigh 3.3 latticed in the direction of the thigh 3.3 and are arranged in profile direction R.

Zur Herstellung der Verbindung zwischen einem als Kunststoffbauteil ausgeführten Fügebauteils 2 und einem Metallbauteil 1 mittels eines Schweißclips 3 gemäß den 9 wird das Kunststoffbauteil 2 mit dem in dessen Randbereich 2.1 aufgeschobenen Schweißclip 3 mit dessen Schenkel 3.2 auf eine Anlagefläche 1.2 des Metallbauteils 1 aufgelegt und diese Anordnung zwischen die Elektroden 10.1 und 10.2 einer Widerstandsschweißanlage 10 verbracht, wie dies in 10a dargestellt ist.For producing the connection between a joining component designed as a plastic component 2 and a metal component 1 by means of a welding clip 3 according to the 9 becomes the plastic component 2 with the in its edge area 2.1 deferred welding clip 3 with its thigh 3.2 on a contact surface 1.2 of the metal component 1 put on and this arrangement between the electrodes 10.1 and 10.2 a resistance welding system 10 spent, like this in 10a is shown.

Mit einem definierten Kraft-Stromprogramm der Widerstandspunktschweißanlage 10 wird ein Schweißstrom I erzeugt, der über die Schenkel 3.2 und 3.3 sowie die Basis 3.1 des Schweißclips 3 fließt und zu einer Schweißlinse 4 zwischen der Auflagefläche 1.2 des Metallbauteils 1 und dem auf dieser aufliegenden Schenkel 3.2 des U-förmigen Metallprofils 3 führt, wobei gleichzeitig die Pins 3.5 in den Kunststoff des Kunststoffbauteils 2 gedrückt werden, insbesondere dann, wenn durch den Schweißstrom I der Kunststoff des Kunststoffbauteils 2 erweicht wird. Bei einer entsprechenden Einstellung des Schweißstromes I kann bei einem Kunststoffbauteil 2 mit einer thermoplastischen Matrix nicht nur ein Einpressen der Pins 3.5 in die Kunststoffmatrix, sondern auch ein Aufschmelzen derselben erreicht werden. Hierdurch entsteht zusätzlich zu der adhäsiven Verbindung ein erhöhter Formschluss aufgrund der Pins 3.5 zwischen dem Kunststoffbauteil 2 und dem Schweißclip 3.With a defined force-current program of the resistance spot welding system 10 a welding current I is generated, which flows over the legs 3.2 and 3.3 as well as the base 03.01 of the welding clip 3 flows and becomes a nugget 4 between the bearing surface 1.2 of the metal component 1 and the thigh resting on it 3.2 of the U-shaped metal profile 3 leads, where at the same time the pins 3.5 in the plastic of the plastic component 2 are pressed, in particular when, by the welding current I, the plastic of the plastic component 2 is softened. With a corresponding adjustment of the welding current I can in a plastic component 2 with a thermoplastic matrix not just a pressing in of the pins 3.5 in the plastic matrix, but also a melting of the same can be achieved. This results in an increased positive connection due to the pins in addition to the adhesive connection 3.5 between the plastic component 2 and the welding clip 3 ,

Der Schweißclip 3 gemäß 11a weist entsprechend demjenigen nach 8a ebenso einen Schenkel 3.3 mit einem in Richtung des Schenkels 3.2 abgewinkelten Ende zur Bildung eines die Innenseite des Schenkels 3.3 überstehenden Überstandes 3.30, wobei die Stirnseite dieses Steges 3.30 entsprechend von 8b zur Bildung von zahnartigen Fixierelementen 3.4 gezackt ausgebildet ist (vgl. 11b). Der Unterschied zu dem Schweißclip 3 gemäß den 8 besteht darin, dass der Schenkel 3.2 mit einer Länge B1 kürzer als der endseitig abgewinkelte Schenkel 3.3 mit einer Länge B ist (B1 < B).The welding clip 3 according to 11a indicates according to the one 8a as well as a thigh 3.3 with one in the direction of the thigh 3.2 angled end to form one the inside of the thigh 3.3 supernatant supernatant 3.30 where the front of this bridge 3.30 according to 8b for the formation of tooth-like fixing elements 3.4 Jagged is formed (see. 11b ). The difference to the welding clip 3 according to the 8th is that the thigh 3.2 with a length B1 shorter than the end angled leg 3.3 with a length B is (B1 <B).

Der Fügeprozess eines Metallbauteils 1 mit einem als Kunststoffbauteil ausgeführten Fügebauteils 2 mittels eines Schweißclips 3 gemäß den 11a und 11b zeigen die 12a, 12b und 12c.The joining process of a metal component 1 with a plastic component designed as a joining component 2 by means of a welding clip 3 according to the 11a and 11b show the 12a . 12b and 12c ,

Um in einem ersten Verfahrensschritt den Schweißclip 3 gemäß den 11 auf den plattenartigen Randbereich 2.1 des Kunststoffbauteils 2 aufschieben zu können, müssen die beiden Schenkel 3.2 und 3.3 etwas aufgespreizt werden. Das Kunststoffbauteil 2 mit dem aufgeschobenen Schweißclip 3 wird mit seinem Schenkel 3.2 formschlüssig auf die Auflagefläche des Metallbauteils 1 aufgelegt, wodurch sich unter Abstützung des Überstandes 3.30 der Schenkel 3.3 von der Oberfläche des Kunststoffbauteils 2 abspreizt. Diese Anordnung liegt entsprechend der Darstellung nach 12a zwischen den Elektroden 10.1 und 10.2 einer Widerstandsschweißanlage 10. In einem 2-stufigen Schweißprozess mit angepassten Parametern bezüglich Druck und Schweißstrom I wird zunächst das Kunststoffbauteil 2 erwärmt und aufgeschmolzen, so dass die als Zacken ausgeführten Fixierelemente 3.4 in das Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils 2 gedrückt werden, bis sie auf der anderen Seite das Metallbauteil 1 kontaktieren, wie dies in 12b dargestellt ist. Bei einer solchen Kontaktierung des Überstandes 3.30 mit der Oberfläche des Metallbauteils 1 werden die Schweißparameter so geändert, dass der Überstand 3.30 unter Bildung einer Schweißlinse 5 in Form eines T-Stoßes mit dem Metallbauteil 1 verschweißt wird. Die Länge B1 des Schenkels 3.2 ist so gewählt, dass der Überstand 3.30 nach dem Durchdrücken nicht auf diesen Schenkel 3.2, sondern auf das Metallbauteil 1 trifft.In a first process step, the welding clip 3 according to the 11 on the plate-like edge area 2.1 of the plastic component 2 To postpone, the two thighs must 3.2 and 3.3 to be spread out a little bit. The plastic component 2 with the slipped welding clip 3 is with his thigh 3.2 positively on the support surface of the metal component 1 hung up, thereby supporting the supernatant 3.30 the thigh 3.3 from the surface of the plastic component 2 resiliently braces. This arrangement is according to the illustration 12a between the electrodes 10.1 and 10.2 a resistance welding system 10 , In a two-stage welding process with adapted parameters regarding pressure and welding current I, the plastic component is first of all 2 heated and melted, so that the fixing elements designed as teeth 3.4 in the plastic material of the plastic component 2 until they are on the other side of the metal component 1 contact, like this in 12b is shown. In such a contact of the supernatant 3.30 with the surface of the metal component 1 the welding parameters are changed so that the supernatant 3.30 forming a weld nugget 5 in the form of a T-joint with the metal component 1 is welded. The length B1 of the thigh 3.2 is chosen so that the supernatant 3.30 after pushing on this leg not 3.2 but on the metal component 1 meets.

Für den Schweißprozess des Schweißclips 3 mit dem Metallbauteil 1 stellt die von dem auf dem Metallbauteil 1 aufliegenden Schenkel 3.2 gebildete Kontaktierungsfläche eine große Relevanz dar. Je nach Material-Dicken-Kombinationen können sich unterschiedliche Übergangswiderstände beim Schweißen einstellen. Um die Schweißbarkeit zu verbessern, bietet sich das Buckelschweißverfahren an. Hierzu wird der Schweißclip 3 gemäß den 13 mit einem Buckel 3.6 auf dem die Kontaktierungsfläche bildenden Schenkel 3.2 ausgebildet.For the welding process of the welding clip 3 with the metal component 1 put that on the metal part 1 resting thighs 3.2 formed contacting surface is of great relevance. Depending on the material-thickness combinations, different contact resistance can be adjusted during welding. In order to improve the weldability, the projection welding method is suitable. For this, the welding clip 3 according to the 13 with a hump 3.6 on the leg forming the contacting surface 3.2 educated.

So weist der Schweißclip 3 gemäß 13a mit einem an dem Schenkel 3.2 nach außen gerichteten noppenartigen Buckel 3.6 auf, über welchen der Kontakt des Metallbauteils 1 mit der Elektrode 10.2 einer Widerstandsschweißanlage herstellt wird. Der Buckel 3.6 ist gemäß 13b in der Ebene des Schenkels 3.2 mit einem größeren Durchmesser ausgeführt, so dass eine tafelartige Erhebung entsteht, die sich fast über die gesamte Breite B des Schenkels 3.2 erstreckt.This is how the welding clip points 3 according to 13a with one on the thigh 3.2 outwardly directed knob-like hump 3.6 over which the contact of the metal component 1 with the electrode 10.2 a resistance welding plant is produced. The hump 3.6 is according to 13b in the plane of the thigh 3.2 designed with a larger diameter, so that a panel-like elevation arises, which extends almost over the entire width B of the leg 3.2 extends.

Um die Handhabbarkeit eines Schweißclips 3 zu verbessern und diesen mit einer größeren Toleranz im Randbereich 2.1 des Fügebauteils 2 fixieren zu können, ist es gemäß den 14a und 14b vorgesehen, den Schenkel 3.3 des Schweißclips 3 mit einem nach außen abgebogenen Ende 3.31 zu versehen. Damit wird das Aufschieben eines solchen Schweißclips 3 auf den Randbereich 2.1 des Fügebauteils 2 verbessert. Natürlich kann auch der zweite Schenkel 3.2 mit einem solchen nach außen abgewinkelten Ende versehen werden.To the handling of a welding clip 3 to improve and this with a greater margin tolerance 2.1 of the joining component 2 It is according to the 14a and 14b provided, the thigh 3.3 of the welding clip 3 with an outwardly bent end 3.31 to provide. This is the postponement of such a welding clip 3 on the edge area 2.1 of the joining component 2 improved. Of course, the second leg can also 3.2 be provided with such an outwardly angled end.

Bei dem Schweißclip 3 gemäß 14b ist zusätzlich der mit dem abgebogenen Ende 3.31 versehene Schenkel 3.3 mit einem Winkel α < 90° ausgebildet, so dass zur Erzeugung einer erhöhten Klemmwirkung die beiden Schenkel 3.2 und 3.3 einen nach außen sich verjüngend verlaufenden Abstand aufweisen. Bei einem solchen Schweißclip 3 gemäß 14b wird sowohl die Handhabbarkeit beim Aufschieben desselben auf den Randbereich 2.1 des Fügebauteils 2 aufgrund dessen abgebogenen Endes 3.31 als auch die Klemmwirkung des Schweißclips 3 verbessert.At the welding clip 3 according to 14b is also the one with the bent end 3.31 provided thighs 3.3 formed with an angle α <90 °, so that to produce an increased clamping action, the two legs 3.2 and 3.3 have a tapered outward distance. In such a welding clip 3 according to 14b is both the handling when pushing it on the edge area 2.1 of the joining component 2 due to its bent end 3.31 as well as the clamping action of the welding clip 3 improved.

Werden auf einen Randbereich 2.1 eines Fügebauteils 2 mehrere Schweißclips 3 aufgeschoben und mit einem Metallbauteil 1 entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden, entsteht in Abhängigkeit der Materialstärke der auf dem Metallbauteil 1 aufliegenden Schenkel 3.2 im Bereich zwischen den Schweißclips 3 ein Fügespalt zwischen dem Metallbauteil 1 und dem Fügebauteil 2. Ein solcher Fügespalt kann entsprechend den in den 15 und 16 dargestellten Maßnahmen verhindert, zumindest aber vermindert werden.Be on a fringe area 2.1 a joining component 2 several welding clips 3 deferred and with a metal component 1 connected in accordance with the method according to the invention, arises on the metal component as a function of the material thickness 1 resting thighs 3.2 in the area between the welding clips 3 a joint gap between the metal component 1 and the joining component 2 , Such a joint gap can according to those in the 15 and 16 prevents, at least be reduced.

So zeigt die 15 ein Metallbauteil 1, welches mittels zwei Schweißclips 3 mit einem Fügebauteil 2 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden ist. Dabei ist das Metallbauteil 1 im Bereich der mit den Schweißclips 3 verbundenen Auflageflächen 1.2 mit Sicken 6 versehen, die der Kontur der Schenkel 3.2 der Schweißclips 3 angepasst sind und eine Tiefe entsprechend der Materialdicke dieser Schenkel 3.2 aufweisen.That's how it shows 15 a metal component 1 , which by means of two welding clips 3 with a joining component 2 connected according to the method of the invention. Here is the metal component 1 in the area of with the welding clips 3 connected bearing surfaces 1.2 with beads 6 provided the contour of the legs 3.2 the welding clips 3 are adapted and a depth corresponding to the material thickness of these legs 3.2 exhibit.

Zur Vermeidung solcher Fügespalte ist es umgekehrt auch möglich, entsprechend von 16 jeweils im Bereich der auf den Randbereich 2.1 des Fügebauteils 2 aufgeschobenen Schweißclips 3 zumindest auf der zum Metallbauteil 1 benachbarten Seite mit einer Aussparung 7.1 zu versehen, deren Tiefe der Materialdicke der Schenkel 3.2 entspricht, so dass die äußere Fläche der Schenkel 3.2 mit der diese Schenkel 3.2 umgebenden Oberfläche des Fügebauteils 2 fluchten und damit auch kein Fügespalt entstehen kann. Entsprechend können auch im Bereich des zweiten Schenkels 3.3 das Fügebauteil 2 mit einer an die Kontur dieses Schenkels 3.3 angepassten Aussparung 7.2 ausgebildet werden, so dass auch die äußere Fläche des Schenkels 3.3 mit der diesen Schenkel 3.3 umgebenden Oberfläche des Fügebauteils 2 fluchtet.To avoid such joining gaps, conversely, it is also possible, according to 16 each in the area of the edge area 2.1 of the joining component 2 deferred welding clips 3 at least on the metal component 1 adjacent side with a recess 7.1 to provide their depth of the material thickness of the legs 3.2 corresponds so that the outer surface of the legs 3.2 with those thighs 3.2 surrounding surface of the joining component 2 aligned and thus no joint gap can arise. Accordingly, also in the area of the second leg 3.3 the joining component 2 with one to the contour of this leg 3.3 adapted recess 7.2 be formed, so that the outer surface of the leg 3.3 with that thigh 3.3 surrounding surface of the joining component 2 flees.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein Kunststoffbauteil oder ein Aluminiumbauteil als Fügebauteil 2 beschrieben, wobei das Stoffbauteil entweder aus reinem Kunststoff oder aus einem faserverstärkten Kunststoff, wie bspw. CFK hergestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einem kunststoffbeschichteten Metallbauteil ausgeführt werden, so dass ein Metallbauteil mit einem kunstoffbeschichteten Metallbauteil mittels des erfindungsgemäßen als U-förmiges Metallprofil ausgeführten Fügehilfselementes verbunden bzw. gefügt wird.In the embodiments described above, a plastic component or an aluminum component is used as a joining component 2 described, wherein the fabric component is made either of pure plastic or of a fiber-reinforced plastic, such as CFRP. The method according to the invention can also be carried out with a plastic-coated metal component, so that a metal component is joined or joined to a plastic-coated metal component by means of the joining auxiliary element according to the invention designed as a U-shaped metal profile.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Metallbauteilmetal component
1.11.1: Randbereich des ersten Bauteils 1 Edge region of the first component 1
1.21.2: Auflagefläche des Metallbauteils 1 Support surface of the metal component 1
22: Fügebauteil, Kunststoffbauteil, AluminiumbauteilJoining component, plastic component, aluminum component
2.12.1: Randbereich des Kunststoffbauteils 2 Edge region of the plastic component 2
2.22.2: Randbereich des Kunststoffbauteils 2 Edge region of the plastic component 2
2.32.3: Randbereich des Kunststoffbauteils 2 Edge region of the plastic component 2
2.42.4: Randbereich des Kunststoffbauteils 2 Edge region of the plastic component 2
33: Fügehilfselement, U-förmiges MetallteilJoining auxiliary element, U-shaped metal part
3.13.1: Basis des U-förmigen Metallteils 3 Base of the U-shaped metal part 3
3.23.2: Schenkel des U-förmigen Metallteils 3 Leg of the U-shaped metal part 3
3.33.3: Schenkel des U-förmigen Metallteils 3 Leg of the U-shaped metal part 3
3.303.30: Überstand des Schenkels 3.3 Overhang of the thigh 3.3
3.313.31: abgebogenes Ende des Schenkels 3.3 bent end of the thigh 3.3
3.43.4: Fixierelemente des U-förmigen Metallteils 3 Fixing elements of the U-shaped metal part 3
3.53.5: Fixierelemente des U-förmigen Metallteils 3 Fixing elements of the U-shaped metal part 3
3.63.6: Buckel des U-förmigen Metallteils 3 Hump of the U-shaped metal part 3
44: Schweißlinsenugget
55: Schweißlinsenugget
66: Sicken des Metallbauteils 1 Beading of the metal component 1
7.17.1: Aussparung des U-förmigen Metallprofils 3 Recess of the U-shaped metal profile 3
7.27.2: Aussparung des U-förmigen Metallprofils 3 Recess of the U-shaped metal profile 3
1010: WiderstandsschweißanlageResistance welding machine
10.110.1: Elektrode der Widerstandsschweißanlage 10 Electrode of the resistance welding machine 10
10.210.2: Elektrode der Widerstandsschweißanlage 10 Electrode of the resistance welding machine 10
DD: innerer Abstand der Schenkel 3.2 und 3.3 inner distance of thighs 3.2 and 3.3
dd: Materialdicke des Kunststoffbauteils im Randbereich 1.1 Material thickness of the plastic component in the edge area 1.1
II: Schweißstromwelding current

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011106700 A1 [0005]

Claims

Method for joining a metal component ( 1 ) with a joining component ( 2 ) by means of at least one joining auxiliary element ( 3 ), which on the one hand at least a frictional connection with the metal component ( 1 ) and on the other hand at least one frictional connection with the joining component ( 2 ), characterized in that - a U-shaped metal profile ( 3 ) as a joining auxiliary element on a plate-like edge region ( 2.1 ) of the joining component ( 2 ) is pushed, wherein the edge region ( 2.1 ) of the deferred U-shaped metal profile ( 3 ) is clamped, - the joining component ( 2 ) under the attachment of a thigh ( 3.2 ) of the U-shaped metal profile ( 3 ) on a support surface ( 1.2 ) of the metal component ( 1 ), and - an adhesion ( 4 ) between the metal component ( 1 ) and on the metal component ( 1 ) adjacent legs ( 3.2 ) of the U-shaped metal profile ( 3 ) is produced by the arrangement of the metal component ( 1 ) and the joining component ( 2 ) perpendicular to the plate-like edge region ( 2.1 ) is subjected to a welding current (I).

Method according to claim 1, characterized in that the joining component ( 2 ) is produced as a plastic component, as an aluminum component or as a plastic-coated metal component.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that - the joining component ( 2 ) is produced as a plastic component with a thermoplastic matrix, and - an adhesive bond in the region of the U-shaped metal profile ( 3 ) with the plastic component ( 2 ) is produced by a welding current (I) with a thermoplastic matrix of the plastic component ( 2 ) melting value is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a U-shaped metal profile ( 3 ) is used with a length (L) in the profile direction (R), which is small compared to the length of the edge region ( 2.1 ) of the joining component ( 2 ).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a U-shaped metal profile ( 3 ) with one of the length (L) of the edge region ( 2.1 ) of the joining component ( 2 ) corresponding length in profile direction (R) is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that - a U-shaped metal profile ( 3 ) with different lengths of thighs ( 3.2 . 3.3 ) is used, wherein the long leg ( 3.3 ) in the direction of the short leg ( 3.2 ) angled end ( 3.30 ), and - another link ( 5 ) between the by the plastic component designed as a joining component ( 2 ) guided angled end ( 3.30 ) of the long thigh ( 3.3 ) of the U-shaped metal profile ( 3 ) and the metal component ( 1 ) is produced by the arrangement of the metal component ( 1 ) and the plastic component ( 2 ) perpendicular to the plate-like edge region ( 2.1 ) is subjected to a welding current (I).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material bond ( 4 . 5 ) between the metal component ( 1 ) and the U-shaped metal profile ( 3 ) is formed by means of resistance hump welding.

Method according to claim 7, characterized in that a U-shaped metal profile ( 3 ) with a thigh ( 3.2 ), which is used to perform the resistance hump welding in the leg ( 3.2 ) embossed hump ( 3.6 ) having.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a metal component ( 1 ), which in the region of the bearing surface ( 1.2 ) one to the contour of the adjacent leg ( 3.2 ) of the U-shaped metal profile ( 3 ) adapted bead ( 6 ), which has one of the material thickness of the adjacent leg ( 3.2 ) corresponding depth.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that a joining component ( 2 ) is used, in which the areas of the adjacent legs ( 03.01 . 3.2 ) of the U-shaped metal profile ( 3 ) each as recesses ( 7.1 . 7.2 ) are executed, these recesses ( 7.1 . 7.2 ) one of the material thickness of the adjacent leg ( 03.01 . 3.2 ) have corresponding depth.

Joining auxiliary element for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that the joining auxiliary element is in the form of a U-shaped metal profile ( 3 ) is trained.

Joining auxiliary element according to claim 11, characterized in that the U-shaped metal profile ( 3 ) with one the two legs ( 3.2 . 3.3 ) connecting base ( 03.01 ) is formed, which arcuately the two legs ( 3.2 . 3.3 ) connects.

Joining auxiliary element according to claim 11, characterized in that the U-shaped metal profile ( 3 ) with a straight base ( 03.01 ), the base ( 03.01 ) with the thighs ( 3.2 . 3.3 ) forms different bending radii (r ₁ , r ₂ ).

Joining auxiliary element according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the U-shaped metal profile ( 3 ) with at least one leg ( 3.3 ) arranged tooth-like fixing elements ( 3.4 . 3.5 ) is trained.

Joining auxiliary element according to any one of claims 11 to 14, characterized in that the U-shaped metal profile ( 3 ) with different lengths of thighs ( 3.2 . 3.3 ) is used, wherein the long leg ( 3.3 ) in the direction of the short leg ( 3.2 ) angled end ( 3.30 ) having.

Joining auxiliary element according to one of claims 11 to 15, characterized in that the U-shaped metal profile ( 3 ) at least one leg ( 3.3 ), whose free end ( 3.31 ) is angled outwards.

Joining auxiliary element according to one of claims 11 to 16, characterized in that the U-shaped metal profile ( 3 ) is designed such that for generating a clamping action, the two legs ( 3.2 . 3.3 ) have a tapered outwardly extending distance.

Joining auxiliary element according to one of claims 11 to 17, characterized in that the U-shaped metal profile ( 3 ) a thigh ( 3.2 ), which is used for resistance hump welding with one in the leg ( 3.2 ) embossed hump ( 3.6 ) is trained.