DE102015215827A1 - Two-part joining element and method for pre-punch-free production of a positive and non-positive joint connection, as well as hereby produced composite component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein zweiteiliges Fügeelement (10) zum vorlochfreien Herstellen einer form- und kraftschlüssigen Fügeverbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen (40, 50), mit: – einem nagelartigen Außenteil (20), das einen Schaft mit Kopf (22) und Spitze (23) aufweist, wobei der Schaft als Hohlschaft mit einer kopfseitigen Öffnung ausgebildet ist; und – einem stiftartigen Innenteil (30), das über die kopfseitige Öffnung in den Hohlschaft des Außenteils (20) eingetrieben werden kann und dabei das Schaftmaterial an der Spitze (23) nach außen verdrängt und plastisch verformt. Die Erfindung betrifft ferner zwei Verfahren zum vorlochfreien Herstellen einer form- und kraftschlüssigen Fügeverbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen (40, 50) unter Verwendung eines Fügeelements (10) und einen hiermit hergestellten Bauteilverbund (100).The invention relates to a two-part joining element (10) for pre-punch-free production of a positive and non-positive joining connection between at least two components (40, 50), comprising: - a nail-like outer part (20) having a shaft with head (22) and tip (23 ), wherein the shaft is formed as a hollow shaft with a head-side opening; and - a pin-like inner part (30) which can be driven over the head-side opening in the hollow shaft of the outer part (20) and thereby displaced the shaft material at the top (23) to the outside and plastically deformed. The invention further relates to two methods for pre-punch-free production of a positive and non-positive joining connection between at least two components (40, 50) using a joining element (10) and a component composite (100) produced therewith.
Description
Die Erfindung betrifft ein zweiteiliges Fügeelement und zwei Verfahren zum vorlochfreien Herstellen einer form- und kraftschlüssigen Fügeverbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen. Die Erfindung betrifft ferner einen hiermit hergestellten Bauteilverbund. The invention relates to a two-part joining element and two methods for pre-punch-free production of a positive and non-positive joint connection between at least two components. The invention further relates to a composite component produced herewith.
Das vorlochfreie Herstellen einer form- und kraftschlüssigen Fügeverbindung unter Verwendung eines entsprechend ausgebildeten Fügeelements weist viele Vorteile auf. Insbesondere kann die Vorlochoperation an wenigstens einem der zu fügenden Bauteile und damit auch die Lochfindung beim Setzen des Fügeelements entfallen. The pre-hole-free production of a positive and non-positive joining connection using a suitably designed joining element has many advantages. In particular, the pre-hole operation can be omitted on at least one of the components to be joined and thus also the hole finding when setting the joining element.
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fügeelement zum vorlochfreien Herstellen einer form- und kraftschlüssigen Fügeverbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen anzugeben, mit dem bei unterschiedlichsten Bauteilmaterialien in einfacher Weise eine belastbare Fügeverbindung herstellbar ist. The invention has for its object to provide a joining element for pre-punch-free production of a positive and non-positive joint connection between at least two components, with the most diverse component materials in a simple manner a resilient joint connection can be produced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Fügeelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit zwei nebengeordneten Patentansprüche erstreckt sich die Erfindung auch auf Verfahren zur mechanischen Herstellung einer Fügeverbindung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Fügeelements. Mit einem weiteren nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich der Erfindung auch auf einen unter Verwendung wenigstens eines erfindungsgemäßen Fügeelements und/oder unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteilverbund, wobei es sich insbesondere um ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug handelt. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. This object is achieved by an inventive joining element with the features of claim 1. With two independent claims, the invention also extends to methods for the mechanical production of a joint connection using a joining element according to the invention. With a further independent patent claim, the invention also extends to a component composite produced using at least one joining element according to the invention and / or using a method according to the invention, which is in particular a body component for a motor vehicle. Preferred developments and embodiments of the invention will become apparent for all subject matter of the dependent claims, the following description and the figures.
Das erfindungsgemäße Fügeelement ist zweiteilig ausgebildet und umfasst:
- – ein nagelartiges Außenteil, das einen Schaft mit Kopf und Spitze aufweist, wobei der Schaft als Hohlschaft mit einer kopfseitigen Öffnung ausgebildet ist; und
- – ein stiftartiges Innenteil, das über die kopfseitige Öffnung in den Hohlschaft des Außenteils eingetrieben werden kann bzw. eintreibbar ist und dabei das Schaftmaterial an der Spitze des Hohlschafts nach (radial) außen verdrängt und hierbei plastisch verformt.
- A nail-like outer part, which has a shaft with head and tip, wherein the shaft is formed as a hollow shaft with a head-side opening; and
- - A pin-like inner part, which can be driven via the head-side opening in the hollow shaft of the outer part or is driven and thereby displaced the shaft material at the top of the hollow shaft to (radially) outside and thereby plastically deformed.
Zum Setzen des erfindungsgemäßen Fügeelements ist an der Fügestelle eine einseitige Zugänglichkeit ausreichend. Das erfindungsgemäße Fügeelement wird bevorzugt derart gesetzt, dass der Schaft bzw. Hohlschaft des Außenteils die zu fügenden Bauteile durchdringt und die Spitze hervorsteht, wobei die überstehende Spitze aufgrund der mittels Innenteil herbeigeführten Verformung mit den zu fügenden Bauteilen einen Hinterschnitt bildet, so dass die Bauteile an der Fügestelle gewissermaßen zwischen dem Kopf und der verformten Spitze eingeklemmt sind. Bevorzugt werden die zu fügenden Bauteile an mehreren Fügestellen mit erfindungsgemäßen Fügeelementen gefügt. Ergänzend können die Bauteile auch miteinander verklebt oder in sonstiger Weise gefügt werden. To set the joining element according to the invention a one-sided accessibility is sufficient at the joint. The joining element according to the invention is preferably set such that the shaft or hollow shaft of the outer part penetrates the components to be joined and the tip protrudes, wherein the protruding tip forms an undercut due to the deformation caused by the inner part with the components to be joined, so that the components the joint is, as it were, wedged between the head and the deformed tip. Preferably, the components to be joined are joined at several joints with joining elements according to the invention. In addition, the components can also be glued together or joined in any other way.
Der Schaft bzw. Hohlschaft des Außenteils kann mit einer spitzen bzw. scharfen Nagelspitze ausgebildet sein. Das Außenteil kann somit durch Nageln oder Schießen (oder dergleichen) gesetzt werden, was Gegenstand des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens ist. The shaft or hollow shaft of the outer part may be formed with a pointed or sharp nail tip. The outer part can thus be set by nailing or shooting (or the like), which is the subject of the first method according to the invention.
Alternativ kann der Schaft bzw. Hohlschaft des Außenteils mit einer stumpfen bzw. verrundeten Reibspitze ausgebildet sein. Das Außenteil kann dann wie eine fließlochformende Schraube (Flow Drill Screw) gesetzt werden, was Gegenstand des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens ist.Alternatively, the shaft or hollow shaft of the outer part may be formed with a blunt or rounded friction tip. The outer part can then be set like a flow-screw screw, which is the subject matter of the second method according to the invention.
Der Kopf des Außenteils kann mit einem Profil zum Aufbringen einer Drehbewegung und/oder Drehkraft (Drehmoment) ausgebildet sein. Bevorzugt handelt es sich um ein Außenprofil zum Aufstecken eines Werkzeugs. The head of the outer part may be formed with a profile for applying a rotational movement and / or rotational force (torque). It is preferably an outer profile for attaching a tool.
Das stiftartige Innenteil kann an seinem aus dem Hohlschaft des Außenteils herausragenden freien Ende mit einem Kopf oder auch ohne Kopf (kopflos) ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Innenteil an diesem freien Ende mit einem Profil zum Aufbringen einer Drehbewegung und/oder Drehkraft ausgebildet. Bevorzugt handelt es sich um ein Innenprofil zum Einstecken eines Werkzeugs.The pin-like inner part may be formed at its protruding from the hollow shaft of the outer part free end with a head or headless (headless). Preferably, the inner part is formed at this free end with a profile for applying a rotational movement and / or rotational force. Preferably, it is an inner profile for insertion of a tool.
Bevorzugt ist der Hohlschaft des Außenteils mit einer glatten Innenfläche ausgebildet und das Innenteil ist mit einer glatten Außenfläche ausgebildet. Die sich berührenden und beim Eintreiben des Innenteils (durch Einschlagen oder Eindrehen, wie nachfolgend noch näher erläutert) aufeinander abgleitenden Oberflächen sind somit gewindefrei und ohne sonstige Oberflächenprofilierungen oder dergleichen ausgebildet. Preferably, the hollow shaft of the outer part is formed with a smooth inner surface and the inner part is formed with a smooth outer surface. The touching and during the driving of the inner part (by wrapping or screwing, as explained in more detail below) successive sliding surfaces are thus thread-free and formed without any other surface profiling or the like.
Die axiale Länge des stiftartigen Innenteils ist insbesondere so bemessen, dass das Innenteil vollständig in den Hohlschaft des Außenteils eintreibbar ist bzw. eingetrieben werden kann und somit nach dem Setzen des Fügeelements an der Kopfseite des Außenteils nicht übersteht, sondern bevorzugt bündig abschließt. The axial length of the pin-like inner part is particularly dimensioned so that the inner part is completely retractable into the hollow shaft of the outer part or can be driven and thus does not protrude after setting of the joining element on the head side of the outer part, but preferably ends flush.
Die Bestandteile des erfindungsgemäßen Fügeelements können einzeln bereit gestellt werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Fügeelement in einem vormontierten Zustand bereit gestellt wird, wobei das (noch nicht eingetriebene) Innenteil bspw. durch Presssitz oder durch Verkleben (mit einem lösbaren Klebstoff) verliersicher im Außenteil festgehalten wird. The components of the joining element according to the invention can be provided individually. Preferably, however, it is provided that the joining element is provided in a preassembled state, wherein the (not yet driven) inner part, for example. By press fit or by gluing (with a releasable adhesive) captive in the outer part is held.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren zum vorlochfreien Herstellen einer form- und kraftschlüssigen Fügeverbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen unter Verwendung eines mit Nagelspitze ausgebildeten Fügeelements umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- – Setzen des Fügeelements in die zueinander ausgerichteten Bauteile, wobei das Außenteil des Fügeelements an der Fügestelle durch Nageln, Schießen oder dergleichen (bspw. mithilfe eines entsprechend ausgebildeten Setzgeräts) in axialer Richtung drehungsfrei in die Bauteile eingetrieben wird, bis der Kopf am kopfseitigen Bauteil anschlägt und die Spitze am kopfabgewandten Bauteil austritt;
- – Eintreiben des Innenteils, wodurch das Schaftmaterial an der überstehenden Spitze nach außen gedrängt bzw. verdrängt und plastisch verformt wird, so dass sich zwischen der Spitze und dem kopfabgewandten Bauteil ein hinterschnittiger Formschluss (Hinterschnitt) ausbildet.
- - Setting the joining element in the mutually aligned components, wherein the outer part of the joining element at the joint by nailing, shooting or the like (eg., Using a suitably designed setting device) is driven in the axial direction without rotation in the components until the head abuts the head-side component and the tip exits at the head facing away component;
- - Driving the inner part, whereby the shaft material is urged or displaced on the protruding tip to the outside and plastically deformed, so that forms an undercut positive engagement (undercut) between the tip and the head facing away from the head.
Das zweite erfindungsgemäße Verfahren zum vorlochfreien Herstellen einer form- und kraftschlüssigen Fügeverbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen unter Verwendung eines mit Reibspitze ausgebildeten Fügeelements umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- – Setzen des Fügeelements in die zueinander ausgerichteten Bauteile, wobei dessen Außenteil an der Fügestelle durch Eindrehen (bspw. mithilfe eines entsprechend ausgebildeten Setzgeräts) unter Ausbildung eines Fließlochs in die Bauteile eingetrieben wird, bis der Kopf am kopfseitigen Bauteil anschlägt und die Spitze am kopfabgewandten Bauteil austritt – gegebenenfalls kann hierbei auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Schaft des Außenteils und wenigstens einem der zu fügenden Bauteile, insbesondere dem unteren bzw. kopfabgewandten Bauteil, erzeugt werden;
- – Eintreiben des Innenteils, wodurch das Schaftmaterial an der überstehenden Spitze nach außen gedrängt und plastisch verformt wird, so dass sich ein hinterschnittiger Formschluss ausbildet.
- - Setting the joining element in the aligned components, wherein the outer part is driven at the joint by screwing (eg., Using a suitably trained setting device) to form a flow hole in the components until the head strikes the head-side component and the tip on the head facing away component outlet - if appropriate, in this case also a material connection between the shaft of the outer part and at least one of the components to be joined, in particular the lower or head facing away component, are generated;
- - Driving the inner part, whereby the shaft material is urged on the protruding tip to the outside and plastically deformed, so that forms an undercut positive engagement.
Bei beiden Verfahren kann das Eintreiben des Innenteils in das bereits gesetzte Außenteil durch drehungsfreies Eindrücken bzw. Einschlagen oder durch Eindrehen, d. h. durch Überlagern einer axialen Bewegung und einer Drehbewegung bzw. Rotation, erfolgen. In both methods, the driving of the inner part in the already set outer part by rotation-free impressions or wrapping or by screwing, d. H. by superimposing an axial movement and a rotational movement or rotation, take place.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, die Erfindung weiterbilden. The invention is explained in more detail below by way of example and not by way of limitation with reference to the schematic figures. The features shown in the figures and / or explained below, even independently of specific combinations of features, further develop the invention.
Der Schaft
Sowohl das Außenteil
Das Außenteil
Das Außenteil
Mit der vorausgehend erläuterten Verfahrensweise kann in einem einstufigen Setzvorgang bzw. Prozess mit einseitiger Zugänglichkeit zur Fügestelle ohne Vorlochen der Bauteile
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Fügeelement joining element
- 2020
- Außenteil outer part
- 2121
- Hohlschaft hollow shaft
- 2222
- Kopf head
- 2323
- Spitze top
- 2424
- Schaftabschnitt shank portion
- 25 25
- Bohrung drilling
- 2626
- Öffnung opening
- 3030
- Innenteil inner part
- 3131
- Schaft shaft
- 3333
- Spitze top
- 3737
- Innenprofil internal profile
- 4040
- Bauteil component
- 5050
- Bauteil component
- 100100
- Bauteilverbund component composite
- FF
- Axialkraft axial force
- HH
- Hinterschnitt undercut
- UU
- Drehbewegung rotary motion
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2007/082714 A1 [0003, 0023, 0023] WO 2007/082714 A1 [0003, 0023, 0023]
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