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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von wenigstens zwei plattenartigen Bauteillagen sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Verbindung.
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Es sind Verfahren bekannt, mit welchen eine Verbindung von mehreren übereinanderliegenden plattenartigen Bauteillagen hergestellt werden kann. Dabei werden Elemente durch eine Decklage getrieben und liegen mit einer Schulter auf dieser auf, wobei ferner der Schaft dieser Elemente mit einer Basislage stoffschlüssig verbunden wird, insbesondere durch Herstellen einer Reibschweißverbindung zwischen dem Element und der Basislage. Diese Art der Verbindung erfordert jedoch die Zuführung von Verbindungselementen, die insbesondere bei großen Zuführstrecken aufwendig und fehleranfällig ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verbindung mehrerer plattenartiger Bauteile anzugeben, das unabhängig von Zuführungserfordernissen ist.
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Die Aufgabe wird für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.
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Die Unteransprüche bilden jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung einer Basislage und mit wenigstens einer Decklage, die eine oberste Lage umfasst, wobei ein Verbindungselement aus der wenigstens oberen Lage durch Heraustrennen aus dieser erzeugt wird. Das herausgetrennte Verbindungselement wird in einem weiteren Schritt mit der untersten Lage stirnseitig stoffschlüssig verbunden. Mittelbar oder unmittelbar darauffolgend, wird die oberste Lage axial und radialverbunden, wodurch die Lagen miteinander verbunden sind. Die radiale Verbindung erfolgt insbesondere form- und / oder stoffschlüssig und / oder kraftschlüssig. Zudem kann auch eine stoffschlüssige Verbindung in axialer Richtung zwischen dem Verbindungselement und der Decklage bereitgestellt werden.
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Auf diese Weise können punktuelle Verbindungen zwischen den Bauteillagen geschaffen werden, ohne dass separate Elemente zugeführt werden müssen. Lange Transportwege der Elemente können auf diese Weise eingespart werden.
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Bevorzugt wird die stirnseitige stoffschlüssige Verbindung mit der untersten Lage unter Relativbewegung, insbesondere Rotation, und einen auf die Stirnseite des Verbindungselements wirkenden Anpressdruck in einer Anpressrichtung, die auf die Stirnseite wirkt, hergestellt. Das aus der oder den oberen Lagen herausgetrennte Verbindungselement wird dort bevorzugt in Drehung versetzt und geht mit der darunterliegenden Bauteillage unter Anpressdruck eine stoffschlüssige Schweißverbindung ein.
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Die Verbindung mit der obersten Bauteillage kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass eine radiale stoffschlüssige Verbindung durch Pressschweißen mittels Relativbewegung eines Schweißwerkzeugs hergestellt wird. So wird im Ergebnis das ursprünglich herausgetrennte Verbindungselement zuerst mit der untersten Bauteillage und später mit der obersten Bauteillage verschweißt.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann die radiale Verbindung des Verbindungselements mit der obersten Lage axial formschlüssig hergestellt werden, indem das Verbindungselement eine Hinterschnitt-Geometrie aufweist, die insbesondere konisch ist. Wird ein solches Verbindungselement mit der Basislage verschweißt, kann dabei automatisch eine formschlüssige Verbindung in axialer Richtung zwischen den Bauteillagen hergestellt werden.
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In einem weiteren Herstellungsschritt kann das Verbindungselement, nachdem es stirnseitig mit der Basislage verbunden wurde, gestaucht werden. Dies kann erfolgen, während oder bevor die Verbindung zwischen der obersten Decklage und dem Verbindungselement hergestellt wird.
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Gibt es mehrere Decklagen, kann auf diese Weise ein Spiel zwischen mehreren Decklagen verhindert werden, indem der durch den Trennvorgang um das Verbindungselement herum entstandene Spalt durch das Stauchen des Verbindungselements weitgehend eliminiert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Verbindung des Verbindungselements mit der obersten Decklage axial formschlüssig hergestellt werden, indem mit einem spitzen Werkzeug, dessen laterale Ausdehnung über die Ausdehnung des Verbindungselements hinausgeht, in das Verbindungselement eingedrückt wird. Dadurch wird eine Verformung des Verbindungselements, als auch des seitlich angrenzenden Bereichs der Decklage herbeigeführt, wobei sich das Material des Verbindungselements über das Material der Decklage schiebt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auch eine Verbindung, umfassend eine Basislage und mehrere Decklagen gefügt werden, indem in einem ersten Schritt ein Verbindungselement aus der obersten Decklage getrennt wird, und mit einer darunter liegenden weiteren Decklage stoffschlüssig, insbesondere durch Pressschweißen, verbunden wird. Anschließend erfolgt ein weiterer Trennvorgang, der die weitere Decklage nebst verbundenem Verbindungselement aus der ersten Decklage aus den weiteren Decklagen heraustrennt. Das so entstandene Verbindungselement kann dann mit der nächstfolgenden Lage, Decklage oder Basislage, wie zuvor beschrieben, verbunden werden und auf diese Weise in seiner Stärke anwachsen, bis es eine Verbindung von oberster Decklage zu Basislage gewährleisten kann. Auf diese Weise ist die axiale Ausdehnung des Verbindungselements immer an die Gesamtstärke des Bauteilverbundes angepasst.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann das Heraustrennen des Verbindungselements in zwei Stufen erfolgen. Dabei kann ein erster Trennschritt das Verbindungselement über einen Großteil seiner Stärke von der umgebenden Decklage trennen, wobei in einem zweiten Trennschritt das Verbindungselement über eine Relativbewegung gegenüber der Decklage vollständig getrennt wird. Bevorzugt kann die Relativbewegung zum endgültigen Herauslösen des Verbindungselements dieselbe Relativbewegung sein, wie sie für den Pressschweißvorgang vorgesehen ist.
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Das für den Trennvorgang vorgesehene Werkzeug trennt den Verbindungskörper bevorzugt in einem spanlosen Verfahren aus der Decklage. Ein entsprechendes Werkzeug kann einen Laser, einen Schneidkörper oder einen Stanzkörper umfassen.
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Zur Übertragung einer Bewegung zur Erzeugung einer Relativbewegung des Verbindungselements gegenüber den Bauteillagen, kann bevorzugt eine Mitnehmerstruktur in das Verbindungselement eingebracht werden. Dies kann insbesondere durch Verformung des Verbindungselements erfolgen.
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Die Herstellung der Mitnehmerstruktur in dem Verbindungselement kann bevorzugt mit demselben Werkzeug während des Trennvorgangs erfolgen. Dadurch kann ein Werkzeugwechsel vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen dem Heraustrennen und dem stoffschlüssigen Verbinden des herausgetrennten Verbindungselements mit der Basislage oder einer zwischenliegenden Decklage, eine Reinigung der Basislage stattfinden. Die Reinigung der Basislage erfolgt durch einen Materialabtrag geringer Schichtdicke, wobei etwaige vorhandene Oberflächenbeschichtungen von der Stelle entfernt werden, an welcher die stirnseitige Verbindung des Verbindungselements mit der Basislage oder einer zwischenliegenden Decklage erfolgen soll. Die entfernte Schichtdicke ist bevorzugt so gewählt, dass eine Schweißverbindung direkt mit dem Grundmaterial der Lage erfolgen kann, da dieses dann blank vorliegt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verbindungselement während des Reinigungsvorgangs im Trennwerkzeug verbleibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Mitnehmerstrukturen, mit einem Schweißwerkzeug, das zur seitlichen Verbindung des Verbindungselements mit der umliegenden Decklage ausgestaltet ist, so umgeformt werden, dass eine weitgehend plane Oberfläche an der Stelle des Verbindungselements entsteht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verbindung von wenigstens zwei übereinanderliegenden Bauteillagen, nämlich einer Basislage und wenigstens einer Decklage. Die Vorrichtung umfasst eine Trenneinheit, zum wenigstens teilweise Herauslösen eines Verbindungselements aus einem ersten plattenartigen Bauteil, insbesondere einer Decklage und eine Schweißeinrichtung zur stirnseitigen Verbindung eines Verbindungselements mit einer weiteren, unter der ersten Bauteillage, liegenden Basislage.
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Auf diese Weise kann ein aus einer ersten Bauteillage, insbesondere einer Decklage, herausgetrenntes Verbindungselement zur Verbindung der Decklage mit einer Basislage genutzt werden. So kann eine Verbindung von wenigstens zwei Bauteillagen hergestellt werden, ohne dass zusätzliche Materialien in die Verbindung eingebracht werden müssen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Trenneinheit einen Schneidlaser, einen Stanzstempel und / oder eine Einheit zum Stanzen mittels Ultraschall und / oder eine andere Schneideinrichtung, zum bevorzugten spanlosen Heraustrennen eines Verbindungselements aufweisen. Ein Schneidlaser hat den Vorteil, dass auch eine Hinterschnittgeometrie als Verbindungselement aus der Decklage herausgetrennt werden kann, wodurch sich nach Verschweißen des Verbindungselements mit der Basislage eine formschlüssige Verbindung zwischen Basislage und Decklage ergibt. So kann ein Schneidlaser in einem Winkel abweichend zur Anpressrichtung angeordnet sein. Auf diese Weise kann ein konisches Element erzeugt werden.
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Bevorzugt können das Trennwerkzeug und Schweißwerkzeug in einem kombinierten Trenn-/Schweißwerkzeug verwirklicht sein, welches sowohl eine Antriebskontur, als auch eine Schneidkante aufweist. Mit diesem Werkzeug kann dann der Trenn- und Schweißschritt in einem Arbeitsgang erfolgen. Alternativ können auch das Schweißwerkzeug und das Fügewerkzeug in einem kombinierten Schweiß-/Fügewerkzeug verwirklicht sein, das eine Antriebskontur und eine Reibfläche aufweist. Mit diesem kombinierten Schweiß-/Fügewerkzeug kann dann der Schweißvorgang und die Verbindung des Verbindungselements mit der das Verbindungselement umgebenden Decklage in einem Arbeitsgang erfolgen.
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Die Trenneinheit kann ein Trennwerkzeug umfassen, das eine Ringschneide aufweist. Die Ringschneide kann mit einer Zahnung ausgestattet sein, welche gewellt, gespitzt, gefast oder geschrägt ausgebildet sein kann. Ferner kann die Zahnung in ihrem Winkel zum Winkel der Schneidkante abweichen. Durch eine gezahnte Ringschneide erfolgt eine Reduktion der Reibung beim Schneidvorgang, was wiederum einen kleineren Wärmeeintrag in das Material während des Schneidprozesses zur Folge hat.
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Das Trennwerkzeug kann eine Beschichtung aufweisen, um das Material sauber voneinander zu trennen.
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Eine Ringschneide, bzw. das Trennwerkzeug kann auch Ausnehmungen in Axialrichtung aufweisen, wodurch zwischen dem auszuschneidenden Verbindungselement und der umgebenden Bauteillage Stege gebildet werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Sensor, über welchen der Eindringweg einer mechanischen Schneide bestimmt werden kann. Dieser Sensor kann in einer einfachen Ausgestaltung als Wegsensor ausgebildet sein.
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Die Schweißeinrichtung ist bevorzugt zur Herstellung einer Pressschweißverbindung ausgelegt. Zur stirnseitigen Verbindung des Verbindungselements mit einer Bauteillage mittels Pressschweißen, kann die Schweißeinrichtung eine Antriebseinheit, umfassend eine axiale Anpresskraft erzeugende Einheit und / oder einer Einheit zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Verbindungselement und dem zweiten Bauteil orthogonal zur Anpressrichtung, umfassen. Die Schweißeinrichtung umfasst insbesondere ein Schweißwerkzeug, das eine Antriebskontur zur Mitnahme des Verbindungselements aufweist. Die Antriebskontur kann aus einer rauen Oberfläche bestehen oder stirnseitig erhabene Strukturen aufweisen, welche sich in das Verbindungselement eindrücken können.
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Ferner kann die Antriebskontur Nuten und / oder Stege am Umfang aufweisen, so dass ein seitlich eingreifender Antrieb mit dem Verbindungselement hergestellt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Fügeeinrichtung zur Verbindung des ersten plattenartigen Bauteils mit dem Verbindungselement aufweisen. Durch das Vorhandensein einer solchen Fügeeinrichtung kann eine gewisse Unabhängigkeit von der Form des herauszutrennenden Verbindungselements erreicht werden. So kann auch ein Verbindungselement in Form eines zylindrischen Stifts, der von sich aus keine Haltestruktur bereitstellt, ebenfalls mit der Decklage verbunden werden. So kann die Fügeeinrichtung beispielsweise ein Fügewerkzeug mit einer stirnseitigen Reibfläche umfassen. Dadurch kann unter Anpressdruck und Relativbewegung unter Erwärmung eine Umformung der Oberfläche stattfinden, so dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Verbindungselement und Decklage hergestellt wird. Hier kann auch eine Verbindung mittels Laserunterstützung erfolgen.
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Auch kann die Fügeeinrichtung einen Prägestempel umfassen, der mittels Anpressdruck eine plastische Verformung des Verbindungselements und seiner umgebenden Bauteillage herbeiführt, so dass ein Formschluss in axialer Richtung entsteht.
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In einer bevorzugten Ausführung kann die Trenneinheit als mechanische Trenneinheit ausgebildet sein. Sie kann ein Trennwerkzeug umfassen, mit dem unter Rotation und Anpresskraft eine Trennung des Verbindungselements von der umgebenden Decklage erfolgt. Für diesen Fall umfasst die Trenneinheit insbesondere eine Antriebseinheit, die eine Anpresskraft erzeugende Einheit und / oder eine Einheit, die eine Bewegung bevorzugt quer, insbesondere orthogonal zur Anpressrichtung ausführen kann, aufweisen kann. Die Herstellung einer Schweißverbindung ist aber auch nur durch die Anpresskraft erzeugende Einheit denkbar, die insbesondere über eine oszillierende Axialbewegung und / oder Anpresskraftsänderung einen entsprechenden Wärmeeintrag zur Herstellung der Schweißverbindung zur Verfügung stellen kann.
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Für den Fall, dass die Trenneinheit als mechanische Trenneinheit ausgebildet ist, und die Schweißeinrichtung zur Herstellung einer Pressschweißverbindung eingerichtet ist, können die Trenneinheit und die Pressschweißeinrichtung eine gemeinsame Antriebseinheit, insbesondere umfassend eine gemeinsame Krafterzeugungseinheit zur Erzeugung der Anpresskraft, nutzen. Bevorzugt kann auch eine vorhandene Fügeeinrichtung die gemeinsame Antriebseinheit, umfassend eine Krafterzeugungseinrichtung nutzen.
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Bevorzugt kann zur Verbindung der Trennwerkzeuge und / oder Fügewerkzeuge und / oder Schweißwerkzeuge mit der Antriebseinheit eine Wechseleinrichtung vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Reinigungseinheit zur Reinigung des Schweißbereichs zur stirnseitigen Verbindung mit dem Verbindungselement der unteren Bauteillage umfassen, mit welcher das Verbindungselement zu verschweißen ist.
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Die Reinigungseinheit kann als eine mechanische Reinigungseinheit ausgestaltet sein und ein Reinigungswerkzeug umfassen, wobei die Reinigung, also der Abtrag einer Oberflächenbeschichtung, unter Druck und Relativbewegung des Reinigungswerkzeugs zur reinigenden Bauteillage erfolgt.
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Ferner kann das Reinigungswerkzeug über Wechselmodul mit der gemeinsamen Antriebseinheit verbunden sein.
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Die Grundfläche des Reinigungswerkzeugs ist kleiner als die Grundfläche oder gleich der Grundfläche des Verbindungselements. Dadurch kann die Toleranz verbessert werden, so dass eine Reinigung erfolgen kann, ohne die Ausnehmung, die durch das Heraustrennen des Verbindungselements entstanden ist, zu vergrößern.
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Die Ausdehnung der Reinigungswerkzeugfläche ist entsprechend abhängig von der vorgesehenen Relativbewegung in Radialrichtung, orthogonal zur Anpressrichtung.
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Als Reinigungswerkzeug kann ein Fräser, vorzugsweise mit Kühlbohrung eingesetzt werden. Die Kühlbohrung kann mit Druckluftbeaufschlagt werden, um abgetragene Oberflächenpartikel besser entfernen zu können. Alternativ ist auch eine Absaugung über die Bohrungen denkbar.
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Die Reinigungseinheit kann jedoch auch in Form eines Lasers ausgestaltet sein, der insbesondere in Baueinheit mit dem Trennlaser ausgeführt sein kann.
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Ferner umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, die zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann bevorzugt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Niederhalter aufweisen. Damit kann ein Verrutschen der Lagen während des Verbindungsprozesses verhindert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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1 eine Schnittansicht eines ersten Prozessschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung zweier plattenartiger Bauteile
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2 eine Schnittansicht während des stirnseitigen Verschweißens des herausgetrennten Elements
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3 eine Schnittansicht nach dem Verschweißen des herausgetrennten Elements
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4 eine Schnittansicht während des Aufsetzens eines Fügewerkzeugs
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5 eine Schnittansicht während des Fügevorgangs zur Verbindung des herausgetrennten Elements mit der Decklage
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6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden zweier plattenartiger Bauteile,
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7 eine perspektivische Ansicht eines kombinierten Trenn-/Schweißwerkzeugs,
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8a eine perspektivische Ansicht eines kombinierten Schweiß-/Fügewerkzeugs
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8b eine Schnittansicht eines kombinierten Schweiß-/Fügewerkzeugs vor dem Schweiß-/Fügeschritt, und
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9 eine Schnittansicht einer mit einem spitzen Fügewerkzeug hergestellten Verbindung.
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1 zeigt die Schnittansicht während der Verbindung einer Decklage 12 mit einer unteren Lage – im Folgenden als Basislage 14 bezeichnet – nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer nicht näher dargestellten Verbindungsvorrichtung 10. Die Verbindungsvorrichtung 10 umfasst einen Niederhalter 16 und ein kombiniertes Trenn-/Schweißwerkzeug 18. In dem in 1 dargestellten Arbeitsschritt wird das kombinierte Trenn-/Schweißwerkzeug 18 gerade auf die Decklage 12 aufgesetzt, die durch den Niederhalter 16 an die Basislage 14 gedrückt wird. Das kombinierte Trenn-/Schweißwerkzeug 18 weist dazu eine Schneidkante 20 und eine Mitnehmerstruktur 22 auf.
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2 zeigt die Schnittansicht während ein, aus der Decklage 12 unter Rotation und Druck herausgetrenntes Verbindungselement 24 mit der Basislage 14 stirnseitig eine Reibschweißverbindung eingeht. Durch Einbringen der Schneidkanten 20 in die Decklage 12 wird ein Verbindungselement 24 aus der Decklage wenigstens teilweise herausgetrennt. Während des Vorgangs des Heraustrennens wird durch die Axialbewegung des kombinierten Trenn/-Schweißwerkzeugs 18 die Mitnehmerstruktur 22 in die Oberseite des entstandenen Verbindungselements 24 eingedrückt. Durch Einsetzen der Drehbewegung wird das bereits teilweise herausgetrennte Verbindungselement 24 vollständig von der Decklage 12 gelöst und geht unter Axialdruck und Drehung eine stoffschlüssige Reibschweißverbindung mit der Basislage 14 ein.
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3 zeigt den nach Abschluss des stirnseitigen Verschweißens des Verbindungselements 24 mit der Basislage 14 entstandenen Bauteilverbund, wobei der Niederhalter 16 die Decklage 12 und die Basislage 14 relativ zueinander festhält, nachdem das kombinierte Trenn-/Schweißwerkzeug 18 von der Verbindungsstelle entfernt wurde. Das im vorangehenden Schritt hergestellte Verbindungselement 24 ist nunmehr über eine Reibschweißzone 26 mit der Basislage 14 verbunden.
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4 zeigt die Decklage 12 und die Basislage 14 mit dem angeschweißten Verbindungselement 24, wobei innerhalb des Niederhalters 16 ein Fügewerkzeug 28 eingebracht wird, und wie hier dargestellt, auf die Oberfläche der Decklage 12 aufgesetzt wird. Das Fügewerkzeug 28 ist in seiner Auflagefläche mit einem größeren Radius ausgestattet, als das kombinierte Trenn-/Schweißwerkzeug (wie in 1 und 2 dargestellt). Das Fügewerkzeug 28 überragt so die Schnittkanten in der Decklage 12 und ist auf diese Weise in der Lage, unter Rotation und Druck die Schnittstellen wieder stoffschlüssig mit dem das Verbindungselement 24 umgebenden Material der Decklage 12 zu verbinden.
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Wie 5 zeigt, ergibt sich nun eine stoffschlüssige Verbindung des Verbindungselements 24 mit der Decklage 12, sowie eine Stirnseite geschweißte Verbindung des Verbindungselements 24 mit dem Basislager 14. Nach der Herstellung der Verbindung zwischen Verbindungselement 24 und Decklage 12 werden sowohl der Niederhalter 16 als auch das Fügewerkzeug 28 wieder von der Verbindungsstelle entfernt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine stoffschlüssige Verbindung einer Decklage 12 mit einem Basislager 14 über eine punktuelle Verbindung hergestellt, ohne dass ein zusätzliches separates Verbindungselement zugeführt werden muss.
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6 zeigt schematisch eine Vorrichtung 30 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Bauteilverbindung zwischen einer Decklage 12 und einer Basislage 14.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 umfasst einen C-Bügel 32 und einen Niederhalter 34, zwischen welchen die zu verbindenden Bauteile 12, 14 zu ihrer Verbindung eingeklemmt werden. Ferner umfasst die Vorrichtung 30 eine Antriebseinheit 36, die im Wesentlichen einen Motor M1 zur Erzeugung einer Axialbewegung für ein für die Herstellung der Verbindung benötigtes Werkzeugaufweist, sowie einen Motor M2 zur Erzeugung einer Drehbewegung für das für Herstellung der Verbindung benötigte Werkzeug. Ferner umfasst die Antriebseinheit 36 ein Kupplungselement 40 zur Verbindung der Antriebseinheit 36 mit dem Werkzeug.
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Das Werkzeug kann bezogen auf den Verfahrensabschnitt bedarfsweise eingesetzt werden. In der 6 ist ein Zustand vor dem Heraustrennen des Verbindungselements dargestellt. Somit ist ein zuvor beschriebenes kombiniertes Trenn-/Schweißwerkzeug 18 über das Kupplungselement verbunden. Wie in den vorangegangenen Figuren beschrieben, kann in das Kupplungselement 40, je nach Verfahrensschritt, auch ein Fügewerkzeug 28 zur Herstellung einer radialen Schweißverbindung oder ein spitzes Fügewerkzeug 44 zur Herstellung einer Formschlussverbindung zwischen der obersten Decklage 12 und dem Verbindungselement eingesetzt werden. Eine durch ein spitzes Fügewerkzeug hergestellte Verbindung ist in 9 näher erläutert. Ferner kann auch ein Reinigungswerkzeug 38 angebunden werden. Mit dem Reinigungswerkzeug 38 kann eine Beschichtung einer Decklage oder Basislage 14 im Verbindungsbereich des herausgetrennten Verbindungselements mit der entsprechenden Bauteillage entfernt werden.
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7 zeigt eine schematische Ansicht eines Trenn-/Schweißwerkzeuges 18 in einer perspektivischen Ansicht. Gut zu erkennen an dieser Darstellung ist die aus drei radial verlaufenden Erhebungen 42 gebildete Mitnehmerstruktur 22. Diese Erhebungen 42 drücken sich während des Schneidvorgangs in das Material der Decklage ein, und können daher für die Übertragung der für den Reibschweißvorgang notwendigen Drehbewegung zu stirnseitigen Verbindung des herausgetrennten Verbindungselements mit der Basislage sorgen.
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8a zeigt eine perspektivische Ansicht eines kombinierten Schweiß-/Fügewerkzeugs 46. Das Schweiß-/Fügewerkzeugs 46 umfasst einen Antriebsbereich 48, an welchem erhabene Antriebsstrukturen 50 vorgesehen sind, die sich beim Aufsetzen auf das wenigstens teilweise herausgetrennte Verbindungselement in dessen Oberseite eindrücken. Der Antriebsbereich 48 ist gegenüber einem Fügebereich 52, der in Form einer Ringfläche ausgestaltet ist, in Axialrichtung abgesetzt. Auf diese Weise berührt der Fügebereich die Oberseite der Decklage erst, wenn das Verbindungselement ausreichend an eine untere Lage angedrückt wird.
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8b zeigt eine Schnittansicht des kombinierten Schweiß-/Fügewerkzeugs 46 gemäß 8a, umfassend einen Antriebsbereich 48, der Antriebsstrukturen 50 aufweist. Ferner umfasst das kombinierte Schweiß-/Fügewerkzeug 46 einen Fügebereich 52, insbesondere in Form einer ringförmigen Reibfläche. Das kombinierte Schweiß-/Fügewerkzeug 46 ist in einem Prozessschritt dargestellt, bevor es in das bereits durch ein Trennwerkzeug teilweise aus der Decklage 12 herausgetrenntes Verbindungelement 24 eingreift, und dieses schlussendlich unter Rotation vollständig trennt und in einem Arbeitsgang stirnseitig mit der Basislage 14 und mit Hilfe des Fügebereichs 52 radial mit der Decklage 12 verschweißt.
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9 zeigt eine mit Hilfe eines spitzen Fügewerkzeugs 44, gemäß 6, hergestellte Verbindung, wobei durch das spitze Fügewerkzeug 44 eine Verdrängung von Material des Verbindungselements 24 aus seiner Mitte heraus über die Decklage 12 hinweg erfolgt, so dass ein axialer Formschluss entsteht.
