-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung eines ersten Bauteils mit wenigstens einem zweiten Bauteil, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1.
-
Ein solches Verfahren zum Fügen von wenigstens zwei Bauteilen ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2007 033 126 B4 bekannt. Bei dem Verfahren werden die Bauteile miteinander gefügt und somit miteinander verbunden, indem wenigstens ein Fügeelement mittels einer Fügevorrichtung in die Bauteile eingetrieben wird. Hierunter ist zu verstehen, dass das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung derart relativ zu den Bauteilen bewegt wird, dass das Fügeelement die Bauteile durchdringt, wodurch die Bauteile miteinander verbunden werden. Hierzu wird das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung beispielsweise gegen die Bauteile und durch diese durchgedrückt.
-
Zum Eintreiben des Fügeelements in die Bauteile wird mittels der Fügevorrichtung eine Kraft aufgebracht, welche auch als Fügekraft bezeichnet und von der Fügevorrichtung auf ein Werkzeug und somit auch auf das Fügeelement wirkt. Es hat sich gezeigt, dass zum Durchführen von herkömmlichen Verfahren zum Fügen von wenigstens zwei Bauteilen kostenintensive Fügevorrichtungen zum Einsatz kommen müssen, sodass die Bauteile nur sehr kostenintensiv miteinander verbunden werden können.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Bauteile auf besonders kostengünstige Weise miteinander gefügt werden können.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Bauteile besonders kostengünstig miteinander gefügt werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Werkzeug mittels der Fügevorrichtung beim Herstellen der Fügeverbindung zumindest zeitweilig in Vibration versetzt wird.
-
Das Werkzeug wird mittels der Fügevorrichtung in eine Fügerichtung relativ zu den Bauteilen bewegt. Dieser Bewegung des Werkzeugs entlang der Fügerichtung wird die durch die Fügevorrichtung bewirkte Vibration überlagert. Durch das Versetzen des Werkzeugs in Vibration können von der Fügevorrichtung aufzubringende Fügekräfte zum Fügen der Bauteile besonders gering gehalten werden, sodass die Fügevorrichtung besonders einfach und kostengünstig ausgestaltet werden kann.
-
Vorteilhafterweise wird die Fügeverbindung hergestellt, indem ein Fügeelement mittels der Fügevorrichtung in die Bauteile eingetrieben wird. Dann wird das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung beim Eintreiben zumindest zeitweilig in Vibration versetzt. Das Fügeelement wird mittels der Fügevorrichtung in eine Fügerichtung relativ zu den Bauteilen bewegt, sodass das Fügeelement entlang der Fügerichtung in die Bauteile eingetrieben wird. Dieser Bewegung des Fügeelements entlang der Fügerichtung wird die durch die Fügevorrichtung bewirkte Vibration überlagert, sodass das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung in die Fügerichtung bewegt und dadurch in die Bauteile eingetrieben wird, während das Fügeelement vibriert. Dadurch können die Kosten zum Verbinden der Bauteile besonders gering gehalten werden. Mit anderen Worten sind nur geringe, von der Fügevorrichtung aufzubringende Eintreibkräfte zum Eintreiben des Fügeelements und somit zum Verbinden der Bauteile erforderlich. Somit können auch besonders weiche Bauteile beziehungsweise Bauteile mit einer geringen Steifigkeit auf einfache Weise gefügt werden. Zur Realisierung einer hinreichenden Fügequalität reicht eine nur geringe Steifigkeit der Bauteile aus, sodass Versteifungsrippen zum Aussteifen der Bauteile vermieden werden können oder die Anzahl solcher Versteifungsrippen gering gehalten werden kann. Dadurch kann das Gewicht der Bauteile gering gehalten werden. Da von der Fügevorrichtung nur geringe Fügekräfte zum Eintreiben des Fügeelements aufzubringen sind, können das Gewicht und der Bauraumbedarf der Fügevorrichtung gering gehalten werden. Ferner ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, auch Bauteile aus spröden Materialien durch eine bessere Umformeigenschaft zu fügen. Ferner ist es möglich, das Verfahren zumindest teilweise von Hand durchzuführen. Das Fügeelement ist beispielsweise als Nagel ausgebildet, welcher auch als Tack bezeichnet wird. Beispielsweise ist es im Rahmen des Verfahrens möglich, ein nagelförmiges Hilfsfügeelement per Hand in die Bauteile einzutreiben. Ferner ist es möglich, das Verfahren gegebenenfalls ohne übermäßige Schallschutzaufwendungen durchzuführen, da aufgrund der nur geringen Eintreibkräfte die Entstehung von übermäßigen Geräuschen vermieden werden kann.
-
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke, das Fügeelement bei dessen Eintreibung in Vibration zu versetzen, kann auch auf andere, umformtechnische Fügeverfahren übertragen werden. Bei einem solchen umformtechnischen Fügeverfahren werden die Bauteile mittels einer Umformeinrichtung umgeformt und dadurch gefügt. Mit anderen Worten erfolgt ein umformtechnisches Fügen der Bauteile. Um dabei ein kostengünstiges umformtechnisches Fügen der Bauteile zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Werkzeug bei dem Herstellen der Verbindung durch Umformen in Vibration zu versetzen. Alternativ bzw. umgekehrt ist es auch möglich, die Bauteile bei deren Umformen in Vibration zu versetzen. Im Rahmen des Umformens der Bauteile erfolgt eine Umformbewegung, welcher eine Vibration überlagert wird. Dadurch können Kräfte, die zum Umformen und somit Fügen der Bauteile erforderlich sind, gering gehalten werden, sodass die Bauteile besonders kostengünstig gefügt werden können.
-
Durch das Erzeugen der Vibration kann eine Fügeverbindung der Bauteile mittels zeitlich veränderbarer Kraft hergestellt werden, sodass die erforderlichen Fügekräfte insgesamt besonders gering gehalten werden können. Dies bedeutet, dass ein Eintreiben des Fügeelements beziehungsweise ein umformtechnisches Fügen mittels zeitlich veränderbarer Kraft darstellbar ist. Die Vibration erfolgt beispielsweise in Form einer Schwingung, oszillierend und/oder per Ultraschall und/oder auf andere Weise. Beispielsweise ist es möglich, die Vibration mittels einer Schlagbohrmaschine und/oder mittels eines pneumatischen Vibrators und/oder mittels eines pneumatischen Klopfers und/oder mittels eines Ultraschalltribometers und/oder auf andere Weise zu erzeugen.
-
Vorteilhafterweise erfolgt das Herstellen der Fügeverbindung durch einen Roboter als Fügevorrichtung. Dann wird beispielsweise ein Vibrationsmodul zwischen das Fügeelement und dem Roboter zwischengeschaltet, sodass das Werkzeug mittels des Vibrationsmoduls in Vibration versetzt wird. Hierdurch wird das Werkzeug relativ zu den Bauteilen und relativ zu dem Roboter vibrierend bewegt, sodass die Bauteile besonders kostengünstig gefügt werden können.
-
Die Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass es bei herkömmlichen Fügeverfahren, in deren Rahmen Bauteile, insbesondere mechanisch, gefügt werden, zu Rissbildungen und/oder Abplatzern an den Bauteilen kommen kann, sodass einige Materialien nicht gefügt werden können. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Umformverhalten der Bauteile, insbesondere deren Werkstoffe, beim Fügen maßgeblich verbessert werden, sodass übermäßige Rissbildungen und Abplatzer vermieden werden können. Ferner wurde gefunden, dass das Erzeugen der Vibration zu vorteilhaften Effekten führen kann, sodass es beispielsweise zu einem vorteilhaften Stoff- und/oder Form- und/oder Kraftschluss zwischen den Bauteilen kommt. Dadurch kann eine besonders feste Verbindung zu den Bauteilen realisiert werden. Bei den genannten Effekten kann es sich um Aufschmelzen und/oder um Plastifizieren vom Material der Bauteile handeln. Durch das zuvor beschriebene verbesserte Umformverhalten können zudem Materialien gefügt werden, welche bislang, das heißt mittels herkömmlicher Verfahren nicht gefügt werden können. Ferner ist es möglich, auch Bauteile mit geringer Steifigkeit zu fügen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
-
1 eine schematische und geschnittene Seitenansicht auf eine Fügevorrichtung zum Fügen von wenigstens zwei Bauteilen, wobei die Bauteile miteinander gefügt werden, indem wenigstens ein Fügeelement mittels der Fügevorrichtung in die Bauteile eingetrieben wird, und wobei das Fügeelement mittels der Fügevorrichtung beim Eintreiben zumindest zeitweilig in Vibration versetzt wird; und
-
2 ein Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens.
-
1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Fügevorrichtung, mittels welcher ein in 1 gezeigtes erstes Bauteil 12 mit einem in 1 nicht gezeigten, zweiten Bauteil gefügt werden kann. Mit anderen Worten wird die Fügevorrichtung 10 genutzt, um ein Verfahren zum Fügen der Bauteile durchzuführen. Dabei handelt es sich im Unterschied zu bekannten thermischen und adhäsiven Fügeverfahren um ein rein mechanisches Fügeverfahren. Das bedeutet, dass das Material der Bauteile 12 zwar evtl. durch hohe Fügegeschwindigkeiten aufgeschmolzen werden kann. Dies ist jedoch nur ein Nebeneffekt, das Aufschmelzen dient nicht zum Herstellen der Verbindung zwischen den Bauteilen.
-
Die zum mechanischen Fügen verwendete Fügevorrichtung 10 umfasst eine Basis 14 und ein Werkzeug 16 in Form eines Stempels 16, welcher relativ zur Basis 14 translatorisch bewegbar ist. Im Rahmen des zuvor genannten Verfahrens werden die Bauteile mittels wenigstens eines Fügeelements 18 gefügt, indem das Fügeelement 18 mittels der Fügevorrichtung 10 in die Bauteile an wenigstens einer Fügestelle eingetrieben wird. Unter diesem Eintreiben des Fügeelements 18 in die Bauteile ist zu verstehen, dass das Fügeelement 18 mittels der Fügevorrichtung 10 derart relativ zu den Bauteilen bewegt wird, dass das Fügeelement 18 die Bauteile durchdringt. Vorliegend wird das Fügeelement 18 mittels der Fügevorrichtung 10 durch die Bauteile hindurchgedrückt.
-
Alternativ kann die Fügeverbindung auch ohne ein Fügeelement 18 nur mittels des Werkzeugs 16 hergestellt werden. Dann werden die Bauteile beispielsweise mittels Clinchen beziehungsweise Durchsetzfügen gefügt.
-
Vor dem Eintreiben des Fügeelements 18 in die Bauteile werden die Bauteile, welche auch als Fügeteile bezeichnet werden, derart zueinander angeordnet, dass sich die Bauteile in zumindest einem jeweiligen Teilbereich gegenseitig überlappen. Die zuvor genannte Fügestelle ist dabei in den Teilbereichen angeordnet, sodass das Fügeelement 18 in die sich überlappenden Teilbereiche eingetrieben wird.
-
Das Fügeelement 18 ist dabei an dem Stempel 16 gehalten. Um das Fügeelement 18 in die Bauteile einzutreiben, wird der Stempel 16 relativ zur Basis 14, insbesondere translatorisch, bewegt, wodurch das Fügeelement 18 relativ zur Basis 14 bewegt, insbesondere translatorisch bewegt, wird.
-
Im Rahmen des Eintreibens des Fügeelements 18 in die Bauteile wird das Werkzeug 16 bzw. das Fügeelement 18 mittels der Fügevorrichtung 10 in eine in 1 durch einen Pfeil 20 veranschaulichte Fügerichtung relativ zu den Bauteilen mittels der Fügevorrichtung 10 bewegt. Dieser Bewegung des Fügeelements 18 in die Fügerichtung wird nun eine Vibration überlagert, um die Bauteile auf besonders einfache und kostengünstige Weise miteinander fügen zu können. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, das Fügeelement 18 mittels der Fügevorrichtung 10 beim Eintreiben zumindest zeitweilig in Vibration zu versetzen. Dadurch können zum Eintreiben des Fügeelements 18 in die Bauteile erforderliche Eintreibkräfte besonders gering gehalten werden, sodass die Fügevorrichtung 10 besonders einfach und somit gewichts-, bauraum- und kostengünstig ausgestaltet werden kann.
-
Als Fügevorrichtung 10 kann ein Roboter eingesetzt werden, der in der Lage ist, die zum Herstellen der Fügeverbindung benötigte Kraft aufzubringen.
-
2 zeigt ein Diagramm 22 zum Veranschaulichen des Verfahrens. Auf der Abszisse 24 des Diagramms 22 ist die Zeit aufgetragen, wobei auf der Ordinate 26 des Diagramms 22 die zum Fügen erforderliche und von der Fügevorrichtung 10 aufzubringende Eintreibkraft, welche auch als Fügekraft bezeichnet wird, aufgetragen ist. Ein in das Diagramm 22 eingetragener Verlauf 28 veranschaulicht die zum Eintreiben des Fügeelements 18 in die Bauteile von der Fügevorrichtung 10 auf das Fügeelement 18 aufgebrachte Fügekraft, sodass anhand des Verlaufs 28 auch eine Bewegung des Fügeelements 18 beim Eintreiben erkennbar ist.
-
Beispielsweise wird das Fügeelement 18 mittels eines Roboters in die Fügerichtung 20 bewegt, wobei diese Bewegung zumindest im Wesentlichen kontinuierlich geschehen kann. Dieser zumindest im Wesentlichen kontinuierlichen Bewegung des Fügeelements 18 in die Fügerichtung wird die Vibration überlagert, sodass das Fügeelement 18 beispielsweise oszillierend in die Bauteile eingetrieben wird. Bezogen auf die Bewegungen entlang der Fügerichtung oszilliert beziehungsweise schwingt somit das Fügeelement 18 im Rahmen der Vibration um die zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Bewegung in die Fügerichtung.
-
Beispielsweise ist zwischen dem Fügeelement 18 und dem Roboter ein Vibrationsmodul angeordnet, mittels welchem das Fügeelement 18 in Vibration versetzt wird. Somit können das Vibrationsmodul und über dieses das Fügeelement 18 zumindest im Wesentlichen kontinuierlich in die Fügerichtung bewegt werden, während das Fügeelement 18 mittels des Vibrationsmoduls in Vibration versetzt wird. Mögliche Parameter der Vibration sind deren Frequenz, Amplitude und Asymmetrie.
-
Im Rahmen der Vibration wird das Fügeelement 18 beispielsweise mittels der Fügevorrichtung 10, insbesondere mittels des Vibrationsmoduls, relativ zu den Bauteilen abwechselnd in eine erste Richtung und in eine der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung bewegt, wobei diese Richtungen zumindest im Wesentlichen parallel zur Fügerichtung verlaufen. Unter der genannten Asymmetrie ist beispielsweise zu verstehen, dass das Fügeelement 18 um einen ersten Betrag beziehungsweise um einen ersten Weg in die erste Richtung und um einen vom ersten Betrag beziehungsweise vom ersten Weg unterschiedlichen zweiten Betrag beziehungsweise zweiten Weg in die zweite Richtung bewegt wird.
-
Ferner ist es denkbar, dass zwischen vibrationsförmigen Bewegungen des Fügeelements 18 Pausen liegen, welche unterschiedlich lang sein können, sodass die Vibration alternativ oder zusätzlich hinsichtlich der Pausen asymmetrisch sein kann. Weitere Asymmetrien sind ohne weiteres möglich.
-
Insgesamt ist erkennbar, dass es bei dem Verfahren im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen eine Fügekraft zumindest im Wesentlichen statisch in das Fügeelement 18 eingeleitet beziehungsweise auf dieses ausgeübt wird, vorgesehen ist, die Bauteile mittels einer zeitlich veränderlichen beziehungsweise veränderbaren Kraft zu fügen, indem das Fügeelement 18 in Vibration versetzt wird. Die zeitlich veränderbare Kraft schwingt beziehungsweise oszilliert um eine Grundkraft, mit deren Hilfe das Fügeelement 18 zumindest im Wesentlichen kontinuierlich in die Fügerichtung bewegt wird. Die Vibration kann beispielsweise mittels Ultraschall, einer Schlagbohrmaschine, eines pneumatischen Vibrators, eines pneumatischen Klopfers und/oder auf andere Weise erzeugt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
