DE102015213927A1

DE102015213927A1 - Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile

Info

Publication number: DE102015213927A1
Application number: DE102015213927.1A
Authority: DE
Inventors: Maik Hammer; Johann Niekerk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines ersten Bauteils, welches ein Durchgangsloch aufweist, • Bereitstellen eines zweiten Bauteils, welches eine muldenartige Vertiefung aufweist, die eine Erhebung bildet, • Aneinanderbringen der beiden Bauteile, derart, dass die Erhebung in das Durchgangloch ragt, • Einpressen einer Kugel in die Vertiefung mittels – eines Oberwerkzeugs, welches von einer dem zweiten Bauteil abgewandten Seite des ersten Bauteils gegen das erste Bauteil gedrückt wird und – eines Unterwerkzeugs, welches von einer dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils her gegen die Kugel gedrückt wird, wobei • durch das Zusammenpressen des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs Material des zweiten Bauteils zu Fließen beginnt und in eine in dem Oberwerkzeug vorgesehene Ausnehmung, welche das Durchgangsloch überkragt, hineinfließt, wodurch das zweite Bauteil formschlüssig mit dem ersten Bauteil verbunden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zum formschlüssigen Verbinden von Bauteilen. Seit langer Zeit bekannt ist das Nieten. Die beim Nieten eingesetzten „Verbindungselemente” sind speziell angefertigte Elemente, die relativ teuer sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein alteratives Verfahren zum formschlüssigen Verbinden zweier Bauteile anzugeben, das kostengünstig durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, nämlich eines ersten Bauteils, welches ein Durchgangsloch aufweist, und eines zweiten Bauteils, welches eine muldenartige Vertiefung aufweist. Die muldenartige Vertiefung ist eine Einbuchtung bzw. Einbeulung, welche auf der der Einbuchtung bzw. Einbeulung gegenüber liegenden Seite des zweiten Bauteils eine Erhebung bildet.
Die beiden bereitgestellten Bauteile werden derart aneinander gebracht bzw. aneinander gelegt, dass die Erhebung, welche von einem zweiten Bauteil absteht, in das in dem ersten Bauteil vorgesehene Durchgangsloch hineinragt.
Nach dem Aneinanderbringen der beiden Bauteile wird von einer dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils her eine Kugel in die muldenartige Vertiefung des zweiten Bauteils eingepresst. Das Einpressen erfolgt mittels eines Oberwerkzeugs und eines Unterwerkzeugs.
Das Oberwerkzeug wird von einer dem zweiten Bauteil abgewandten Seite des ersten Bauteils her gegen das erste Bauteil gedrückt. Das Unterwerkzeug wird von einer dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils her gegen die Kugel gedrückt. Durch das Zusammendrücken bzw. Zusammenpressen des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs fließt Material des zweiten Bauteils in eine in dem Oberwerkzeug vorgesehene Ausnehmung hinein. Dabei wird vom Unterwerkzeug auf die Kugel eine Druckkraft übertragen. Die Kugel wiederum übertägt die Druckkraft im Bereich der muldenartigen Vertiefung auf das zweite Bauteil, was dazu führt, dass das Material des zweiten Bauteils im Bereich der muldenartigen Vertiefung in die in dem Oberwerkzeug vorgesehene Ausnehmung hineinfließt.
Die Ausnehmung, welche in dem Oberwerkzeug vorgesehen ist, ist so dimensioniert, dass sie das Durchgangsloch überkragt. Durch das Hineinfließen und vorzugsweise vollständige Ausfüllen der in dem Oberwerkzeug vorgesehenen Ausnehmung mit Material des zweiten Bauteils wird das zweite Bauteil formschlüssig und somit unlösbar mit dem ersten Bauteil verbunden.
Die bei der Verbindung der beiden Bauteile eingesetzte bzw. verwendete Kugel ist im Vergleich zu anderen, herkömmlichen Verbindungselementen, wie z. B. Nieten, o. ä. deutlich günstiger. Der Preis von Stahl- oder Aluminiumkugeln, welche einen Durchmesser von einigen Millimetern haben, liegt in der Größenordnung von deutlich weniger als einem Eurocent.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung beginnt durch das Zusammenpressen des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs das Material der Kugel und des zweiten Bauteils derart zu fließen, dass sich zwischen der deformierten Kugel und dem deformierten zweiten Bauteil im Bereich der Vertiefung ein Formschluss ergibt. Die deformierte Kugel steckt also pfropfartig in der deformierten Vertiefung des zweiten Bauteils, wodurch die „Verbindungsstelle” eine noch höhere Festigkeit erreicht.
Es kann vorgesehen sein, dass das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug soweit zusammengedrückt werden, dass ab einer vorgegebenen Deformation der Kugel das Unterwerkzeug von der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils her gegen das zweite Bauteil gedrückt wird.
Wesentlich ist, dass das zweite Bauteil aus einem hinreichend duktilen Material besteht, welches so stark verformbar ist, dass zwischen dem zweiten Bauteil und dem ersten Bauteil eine formschlüssige Verbindung herstellbar ist. Das zweite Bauteil kann insbesondere aus einem Metallwerkstoff wie z. B. Stahl oder Aluminium, hergestellt sein. Das erste Bauteil, in dem das Durchgangsloch vorgesehen ist, kann ebenfalls aus einem Metallwerkstoff oder aus einem anderen Werkstoff, wie z. B. Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, insbesondere polyfaserverstärktem Kunststoff, glasfaserverstärktem Kunststoff oder einem anderen durch Fasern oder Partikeln verstärktem Kunststoff, hergestellt sein. Denkbar ist auch, dass sowohl das erste als auch das zweite Bauteil aus ein und demselben Werkstoff, wie z. B. einem Metallwerkstoff, insbesondere Stahl oder Aluminium, bestehen.
Wichtig ist auch, dass die verwendete Kugel aus einem hinreichend duktilen Material, wie z. B. einem Metallwerkstoff, z. B. Stahl oder Aluminium, besteht.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Die 1 und 2 beschreiben die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein erstes Bauteil 1, welches ein Durchgangsloch 1a aufweist. An das erste Bauteil 1 ist ein zweites Bauteil 2 angelegt, welches eine muldenartige Vertiefung 2a aufweist. Die muldenartige Vertiefung ist durch eine Einbeulung bzw. Einbuchtung des zweiten Bauteils 2 gebildet. Die muldenartige Vertiefung 2a bildet auf der der muldenartigen Vertiefung 2a gegenüberliegenden Seite dementsprechend eine Ausbuchtung bzw. Erhebung 2b.
Wie aus 1 ersichtlich ist, handelt es sich bei den beiden Bauteilen 1, 2 um flache platinenartige Beuteile, z. B. um Blechbauteile aus Stahl oder Aluminium. Denkbar sind aber auch andere Materialien.
Das zweite Bauteil 2 ist so an das erste Bauteil 1 angelegt, dass die Erhebung 2b in das in dem ersten Bauteil 1 vorgesehene Durchgangsloch 1a hineinragt. Von einer Unterseite des zweiten Bauteils 2 her wird eine Kugel 3 in die muldenartige Vertiefung 2a eingepresst. Das Einpressen erfolgt mittels eines Oberwerkzeugs 4 und eines Unterwerkzeugs 5.
Das Oberwerkzeug 4 wird von einer dem zweiten Bauteil 2 abgewandten Seite des ersten Bauteils 1 her gegen das erste Bauteil 1 gedrückt. Wie aus 1 ersichtlich ist, weist das Oberwerkzeug eine Ausnehmung 4a auf, welche das Durchgangsloch 1a, das in dem ersten Bauteil 1 vorgesehen ist, überkragt.
Das Unterwerkzeug 5 wird von einer dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite des zweiten Bauteils 2 her gegen die Kugel 3 gedrückt. Durch das Zusammendrücken bzw. Zusammenpressen des Oberwerkzeugs 4 und des Unterwerkzeugs 5 beginnt Material des zweiten Bauteils 2 zu fließen. Das Fließen tritt insbesondere im Bereich der Erhebung auf. Wie aus 2 ersichtlich ist, fließt Material des zweiten Bauteils 2 im Bereich der Erhebung 2b in die in dem Oberwerkzeug 4 vorgesehene Ausnehmung hinein. Da die Ausnehmung 4a das Durchgangsloch 1a überkragt, ergibt sich eine Art Pfropf 2b, welcher das in dem ersten Bauteil 1 vorgesehene Durchgangsloch überkragt. Durch den Pfropf 2b ist das zweite Bauteil 2 formschlüssig mit dem ersten Bauteil 1 verbunden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, kommt es durch das Zusammenpressen des Oberwerkzeugs 4 und des Unterwerkzeugs 5 auch zu einem Fließen von Material der Kugel 3. Die Kugel 3 wird dabei so deformiert, dass die deformierte Kugel eine Art Pfropf 3' bildet, welcher die „deformierte Vertiefung” des zweiten Bauteils 2 nahezu vollständig oder vollständig ausfüllt. Dadurch ergibt sich auch zwischen der deformierten Kugel 3' und der deformierten Vertiefung ein Formschluss. Da die deformierte Vertiefung nahezu vollständig oder vollständig durch die deformierte Kugel 3' ausgefüllt ist, ergibt sich eine hochfeste Verbindung der Bauteile 1, 2.

Claims

Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2), mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines ersten Bauteils (1), welches ein Durchgangsloch (1a) aufweist, • Bereitstellen eines zweiten Bauteils (2), welches eine muldenartige Vertiefung (2a) aufweist, die eine Erhebung (2b) bildet, • Aneinanderbringen der beiden Bauteile (1, 2), derart, dass die Erhebung (2b) in das Durchgangloch (1a) ragt, • Einpressen einer Kugel (3) in die Vertiefung (2a) mittels – eines Oberwerkzeugs (4), welches von einer dem zweiten Bauteil (2) abgewandten Seite des ersten Bauteils (1) gegen das erste Bauteil (1) gedrückt wird und – eines Unterwerkzeugs (5), welches von einer dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite des zweiten Bauteils (2) her gegen die Kugel (3) gedrückt wird, wobei • durch das Zusammenpressen des Oberwerkzeugs (4) und des Unterwerkzeugs (5) Material des zweiten Bauteils (2) zu Fließen beginnt und in eine in dem Oberwerkzeug (4) vorgesehene Ausnehmung (4a), welche das Durchgangsloch (1a) überkragt, hineinfließt, wodurch das zweite Bauteil (2) formschlüssig mit dem ersten Bauteil (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberwerkzeug (4) und das Unterwerkzeug (5) so weit zusammengepresst werden, dass ab einer vorgegebenen Deformation der Kugel (3) das Unterwerkzeug (5) gegen das zweite Bauteil (2) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Zusammenpressen des Oberwerkzeugs (4) und des Unterwerkzeugs (5) Material der Kugel (3) und des zweiten Bauteils (2) derart fließt, dass sich zwischen der deformierten Kugel (3') und dem deformierten zweiten Bauteil im Bereich der deformierten muldenartigen Vertiefung ein Formschluss ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil aus einem duktilen Material, insbesondere aus einem Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) aus einem Metall- oder Kunststoffwerkstoff besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (3) aus einem duktilen Material, insbesondere aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, besteht.