DE102016115121A1 - Verfahren für das Zusammenfügen einer Vielzahl von Komponenten und einer Anordnung davon - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Verfahren zum Zusammenfügen einer Vielzahl von Komponenten offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Anordnen einer ersten Komponente, die eine erste Oberfläche, eine gegenüberliegende zweite Oberfläche und ein Merkmal hat, um diese Komponente mir einer zweiten Komponente in Berührung zu bringen, die eine erste Oberfläche und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche hat und eine Öffnung definiert. Bei einer solchen Anordnung ist die erste Komponente nahe der zweiten Oberfläche der zweiten Komponente. Das Verfahren beinhaltet auch das Anordnen eines Befestigungselements auf der ersten Oberfläche der zweiten Komponente und in Kontakt mit dem Merkmal der ersten Komponente, sodass mindesten ein Teil des Befestigungselements die Öffnung auf der ersten Oberfläche der zweiten Komponente überlappt. Das Verfahren beinhaltet zudem das Auflegen und Verschmelzen des Befestigungselements auf das und mit dem Merkmal der ersten Komponente, um so die erste Komponente an der zweiten Komponente zu befestigten.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren für den Zusammenbau einer Vielzahl von Komponenten.
- HINTERGRUND
- Verschiedene Prozesse und Mechanismen sind bei der Fertigung für das Verbinden und Zusammenfügen verschiedener Komponenten verfügbar. Ein spezifischer Zusammenfügungsprozess und/oder -mechanismus wird/werden normalerweise auf Grundlage der Materialien der Komponenten, die zusammengefügt werden sollen, sowie der Betriebsbedingungen ausgewählt. Zudem wird ein spezifischer Zusammenfügungsprozess und/oder -mechanismus auf Grundlage der Zugangsbedingungen der Komponenten, die zusammengefügt werden sollen, und davon abhängig ausgewählt, ob die betroffenen Komponenten permanent zusammengefügt werden oder trennbar bleiben sollen.
- Fahrzeugstrukturen werden für gewöhnlich aus verschiedenen Arten und Güteklassen verschiedener Materialien wie etwa Stahl, Aluminium, Magnesium und Kunststoff geformt. Oft werden zusätzliche Verstärkungsbauteile genutzt, um die Fahrzeugstruktur zu stärken und verschiedene Fahrgestelle und Antriebsstrangsysteme zu halten. Zusammenfügungsprozesse zur Formung von Fahrzeugstrukturen und zusätzlichen Verstärkungs- und Haltebauteilen werden normalerweise auf Grundlage von zumindest einigen der oben genannten Faktoren ausgewählt. Typische Zusammenfügungsprozesse für Fahrzeugstrukturen umfassen Schweißen, Kleben und verschiedenen mechanische Befestigungselemente.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Ein Verfahren zum Zusammenfügen einer Vielzahl von Komponenten ist offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Anordnen einer ersten Komponente, die eine erste Oberfläche, eine gegenüberliegende zweite Oberfläche und ein Merkmal hat, sodass sie eine zweite Komponente berührt, die eine erste Oberfläche und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche hat und eine Öffnung definiert. Bei einer solchen Anordnung ist die erste Komponente nahe der zweiten Oberfläche der zweiten Komponente. Das Verfahren beinhaltet auch das Anordnen eines Befestigungselements auf der ersten Oberfläche der zweiten Komponente und in Kontakt mit dem Merkmal der ersten Komponente, sodass mindesten ein Teil des Befestigungselements die Öffnung auf der ersten Oberfläche der zweiten Komponente überlappt. Das Verfahren beinhaltet zudem das Auflegen und Verschmelzen des Befestigungselements auf das und mit dem Merkmal der ersten Komponente, sodass das Befestigungselement die erste Komponente an der zweiten Komponente befestigt.
- Die erste Komponente kann aus Kunststoff und die zweite Komponente aus Metall oder einem anderen Kunststoff gefertigt werden.
- Der Kunststoff kann ein carbonfaserverstärkter Thermoplast (CFRTP) sein und das Metall kann Stahl sein. Das Material der zweiten Komponente kann auch ein Duroplast-Kunststoff sein.
- Das Befestigungselement kann ein aus Kunststoff gefertigter einseitiger Niet sein.
- Der einseitige Niet kann ein Knopf oder eine Scheibe sein.
- In einer Ausführungsform, in der der einseitige Niet eine Scheibe ist, kann das Merkmal der ersten Komponente ein Pfosten sein, der sich durch die Öffnung hindurch erstreckt, um die Scheibe zu berühren.
- In der Ausführungform, in der der einseitige Niet ein Knopf ist, kann der Knopf einen Schaft haben und das Merkmal der ersten Komponente kann eine Platte sein, die so ausgeführt ist, dass sie den Schaft aufnimmt. In diesem Fall kann der Schaft durch die Öffnung hindurch auf die Platte stoßen.
- Die Art, das Befestigungselements mit dem Merkmal der ersten Komponente zu vereinen, kann Schweißen beinhalten.
- Das Schweißen kann Ultraschallschweißen sein. Das Schweißen kann auch Reibschweißen sein.
- Die erste Komponente kann zusätzlich ein Distanzstück beinhalten, das in ihre erste Oberfläche geformt ist. In diesem Fall kann die Art, die erste Komponente in Kontakt mit der zweiten Komponente zu bringen, das Befestigen der ersten Komponente an der zweiten Oberfläche der zweiten Komponente mittels eines Klebstoffes und das Erzeugen eines Spalts für den Klebstoff mittels des Distanzstücks beinhalten.
- Eine Mehrkomponentenanordnung, die die oben genannten Elemente beinhaltet, wird ebenfalls offenbart.
- Die oben aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen ganz offensichtlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Art(en) zum Ausführen der beschriebenen Offenbarungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und angehängten Ansprüche hervor.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Zeichnung eines Querschnitts mehrerer gestapelter Komponenten, die durch Schweißen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in eine Mehrkomponentenanordnung zusammengefügt werden. -
2 ist eine schematische Zeichnung eines Querschnitts mehrerer gestapelter Komponenten, die durch Schweißen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in eine Mehrkomponentenanordnung zusammengefügt werden. -
3 ist eine schematische Draufsicht der mehreren gestapelten Komponenten, die in1 und2 gezeigt sind, nachdem sie zu einer Mehrkomponentenanordnung zusammengefügt wurden. -
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Fügung mehrerer Komponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in den gleiche Elemente immer mit gleichen Nummern bezeichnet sind, stellen die
1 –3 eine Mehrkomponentenanordnung10 dar. Die Anordnung10 beinhaltet eine erste Komponente12 , die eine erste oder obere Oberfläche14 und eine gegenüberliegende zweite oder untere Oberfläche16 beinhaltet. Die erste Komponente12 hat zudem ein Merkmal18 , welches wie unten dargelegt entweder ein Knopf oder eine Platte sein kann. Die Anordnung10 beinhaltet eine zweite Komponente20 , die eine erste oder obere Oberfläche22 und eine gegenüberliegende zweite oder untere Oberfläche24 beinhaltet. Die zweite Komponente20 definiert zusätzlich eine Öffnung26 . - Wie gezeigt ist die zweite Komponente
20 so angeordnet, dass sie die erste Komponente12 so berührt, dass die obere Oberfläche14 der ersten Komponente in die Nähe der unteren Oberfläche24 der zweiten Komponente kommt. Die erste Komponente12 kann aus Kunststoff gefertigt sein, während die zweite Komponente20 aus Metall oder einem anderen Kunststoff gefertigt sein kann. Der Kunststoff, der für die erste Komponente12 verwendet wird, kann ein Thermoplast wie etwa carbonfaserverstärkter Thermoplast (CFRTP) sein, während des Material, das für die zweite Komponente20 genutzt wird, jedes Duroplast-Material sein kann, das nicht kompatibel mit einer direkten Verschweißung mit dem Thermoplast sein würde. Das Metall, das für die zweite Komponente20 genutzt wird, kann Stahl sein. - Die Anordnung
10 beinhaltet zudem ein Befestigungselement28 . Ähnlich der ersten Komponente12 , kann das Befestigungselement28 aus Kunststoff gefertigt sein. Das Befestigungselement28 kann ein einseitiger Niet sein, der, wie in1 gezeigt, eine Knopfform oder wie in2 gezeigt, eine Scheibenform haben kann. Jede Ausführungsform des einseitigen Niet-Befestigungselements28 , egal ob jenes aus1 oder2 , hat ein erstes Ende oder eine erste Seite28-1 und ein zweites Ende oder eine zweite Seite28-2 . Allerdings unterscheiden sich die zwei Ausführungsformen des einseitigen Niet-Befestigungselements28 , wie unten ausführlich beschrieben, in der Art, in der die zwei Enden28-1 und28-2 gefertigt sind. Der Begriff „Niet” wird hierin verwendet, um ein bestimmtes Befestigungsziel und eine Funktionalität des Befestigungselements28 zu identifizieren, welches an einem Ort fixiert werden kann, ohne Klebstoff zu verwenden, es zwangszubewegen oder gewindemäßig in Bezug auf die erste und zweite Komponente12 ,20 fest zu ziehen. Allerdings kann das diskutierte Befestigungselement28 von einem herkömmlichen Niet in einiger Hinsicht unterschieden werden. - Für gewöhnlich beinhaltet ein herkömmlicher Niet einen allgemein glatten zylindrischen Schaft, auch Nietschaft genannt, der sich entlang einer zentralen Achse erstreckt und mit einem vorgeformten Kopf an einem der beiden Schaftenden verbunden ist. Der Schaft hat einen Schaftdurchmesser und der vorgeformte Kopf hat einen Kopfdurchmesser. Allgemein ist der Kopfdurchmesser vor dem Einbau größer als der Schaftdurchmesser. Beim Einbau wird ein herkömmlicher nicht durchstechender Niet in einer ausgeführten Öffnung platziert, die durch die Komponenten verläuft, die zusammengefügt werden sollen. Der ausgeführte Kopf flacht an einer Seite der Anordnung aus, während ein Teil des Nietschafts auf der anderen Seite der Anordnung herausragt und dann mechanisch angestaucht oder verformt wird, sodass sich der Nietschaft auf etwa das 1,5-fache des ursprünglichen Schaftdurchmessers ausweitet und so einen Schließkopf formt. Der Schließkopf fixiert einen herkömmlichen Niet. Der originale, ausgeführte Kopf und der neu geformte Schließkopf erlauben es dem herkömmlichen Niet Zuglasten, d. h. Lasten parallel zur Schaftachse, zu widerstehen, während der Schaft, der sich in der Öffnung befindet, die durch die zusammengehaltenen Komponenten führt, Scherlasten widerstehen kann, d. h. Lasten, die senkrecht zur Schaftachse wirken.
- Das Befestigungselement
28 ist dafür ausgelegt, sich auf dem gesamten Weg durch die erste und zweite Komponente12 ,20 zu erstrecken und das zuverlässige Zusammenfügen der ersten und zweiten Komponente ist nicht von einem mechanisch verformten Ende abhängig. Stattdessen wird das Befestigungselement28 , wie in1 und2 gezeigt, an der ersten Komponente12 fixiert, während es die zweite Komponente20 zwischen sich und der zweiten Komponente einklemmt. Genauer erzeugt das Befestigungselement28 eine zusammengefügte erste Schnittstelle30 zwischen dem ersten Ende28-1 und dem Merkmal18 , und eine zweite Schnittstelle32 zwischen dem zweiten Ende28-2 und der zweiten Komponente20 . - Während des Zusammenfügens, wird das Befestigungselement
28 gegen die erste Oberfläche22 der zweiten Komponente20 ausgerichtet und wird an das Merkmal18 der ersten Komponente12 so angeschmiegt, dass mindesten ein Teil des zweiten Endes28-2 die Öffnung26 auf der ersten Oberfläche der zweiten Komponente überlappt. Das zweite Ende28-2 des Befestigungselements28 wird zusätzlich mit dem Merkmal18 so verschmolzen, dass das Befestigungselement die erste Komponente12 an der zweiten Komponente20 befestigt. Wie oben erwähnt, kann das Befestigungselement28 die Form eines Knopfes oder einer Scheibe haben. In der Ausführungsform, in der das einseitige Niet-Befestigungselement28 ein Knopf ist, beinhaltet der Knopf einen Nippel oder einen Schaft28-3 , der in einem ersten Ende28-1 abschließt und das Merkmal18 der ersten Komponente12 ist eine Platte, die ausgeführt ist, den Schaft aufzunehmen. Der Schaft28-3 hat eine Länge, die in2 mit Nummer34 bezeichnet ist. Wie in1 gezeigt, wird der Schaft28-3 in die Öffnung26 gesteckt und stößt so an die Platte, d. h., das Merkmal18 . - In einer Ausführungsform, in dem das einseitige Niet-Befestigungselement
28 , wie in2 gezeigt, eine Scheibe ist, ist das Merkmal18 der ersten Komponente12 ein Pfosten, der sich durch die Öffnung26 hindurch erstreckt und die Scheibe berührt. Ähnlich wie der Schaft28-3 hat der Pfosten eine Länge, die in3 mit der Nummer34 bezeichnet ist. In der Ausführungsform aus2 beinhaltet die erste Seite28-1 des Scheiben-Befestigungselements28 einen Teil, der die Öffnung26 auf der ersten Oberfläche22 der zweiten Komponente20 überdeckt, während die zweite Seite28-2 mit dem Pfosten, d. h. im aktuellen Beispiel dem Merkmal18 verschmolzen wird. Sowohl in der Ausführungsform aus1 als auch der aus2 kann das Befestigungselement28 mit dem Merkmal18 der ersten Komponente12 mittels eines Schweißprozesses verschmolzen werden. - Die spezielle Art von Prozess für das Verschmelzen vom Befestigungselement
28 mit dem Merkmal18 kann Ultraschall- oder Reibschweißen sein. Wie in den1 und2 gezeigt, kann Ultraschallschweißen dadurch erreicht werden, dass örtlich eine hochfrequente, akustische Ultraschall-Schwingung mittels einer Sontrode36 an die erste Schnittstelle30 zwischen dem ersten Ende28-1 des Befestigungselements28 und dem Merkmal18 angelegt wird. Während dieses Anlegens einer akustischen Ultraschall-Schwingung, können die erste und zweite Komponente12 ,20 zusammen mit dem Befestigungselement28 unter Druck zusammengehalten werden, um die Anordnung zu stabilisieren und so eine Kaltpress-Schweißung zu erzielen. Wie in3 gezeigt, kann Reibschweißen erreicht werden, indem Hitze durch mechanische Reibung erzeugt wird, indem das Befestigungselement28 gegen das Merkmal18 der ersten Komponente12 bewegt oder rotiert wird. Eine seitliche Kraft kann ebenfalls während des Reibschweißprozesses hinzugefügt werden, um so die Materialien des Befestigungselements28 und des Merkmals18 zu verformen und zu verschmelzen. Sowohl beim oben beschriebenen Ultraschallschweißen als auch beim oben beschriebenen Reibschweißen sind keine verbindenden Bolzen, Nägel, Lötmaterialien oder Klebstoffe nötig, um die Materialien des Befestigungselements28 und dem Merkmal18 der ersten Komponente12 zusammenzufügen. - Zusätzlich zur verschmolzenen, ersten Schnittstelle
30 und der überlappenden zweiten Schnittstelle32 , kann die Mehrkomponentenanordnung10 eine dritte Schnittstelle38 zwischen der ersten Komponente12 und der zweiten Komponente20 beinhalten. Genauer können, wie in den1 –2 gezeigt, eine oder mehrere Distanzstücke40 in die erste Oberfläche14 der ersten Komponente12 geformt werden, um eine dritte Schnittstelle38 zwischen der ersten und zweiten Komponente12 ,20 bereitzustellen. Die erste Komponente12 kann dann an der zweite Komponente20 befestigt werden, wobei das Distanzstück/die Distanzstücke40 einen Abstand zwischen der ersten Oberfläche14 und der zweiten Oberfläche24 bereitstellt. Eine Höhe42 der Distanzstücke40 kann ausgewählt werden, um einen spezifischen Abstand oder Spalt46 zwischen der ersten und zweiten Komponente herzustellen, der die Länge34 von entweder dem Schaft28-3 in1 oder dem Merkmal18 aufnimmt, das als der Pfosten der ersten Komponente12 in2 ausgebildet ist. Dementsprechend kann das Distanzstück/können die Distanzstücke40 das Erzeugen einer gleichmäßigen Beabstandung zwischen der ersten und zweiten Komponente12 ,20 in der Mehrkomponentenanordnung10 mit einem Abstand zur ersten und zweiten Schnittstelle30 ,32 erleichtern und so der Anordnung eine verbesserte Stabilität verleihen. Darüber hinaus kann ein Klebstoff44 zwischen der ersten und zweiten Komponente12 ,20 in den Bereichen aufgetragen werden, die sich um das Befestigungselement28 herum und von ihm entfernt befinden. In diesem Fall kann das Distanzstück/können die Distanzstücke40 dazu dienen, einen Spalt46 für den Klebstoff44 zu erzeugen und aufrecht zu erhalten, wobei der Spalt eine Höhe42 zwischen der ersten Komponente12 und der zweiten Komponente20 hat. Jedes Distanzstück40 kann in die erste Oberfläche14 an jeder Stelle der ersten Komponente12 geformt werden, um eine gewünschte Anordnung und Beabstandung in der Mehrkomponentenanordnung10 zwischen dem Befestigungselement28 , dem Distanzstück und dem Klebstoff44 zu erzeugen. -
4 zeigt ein Verfahren50 für das Erzeugen einer Mehrkomponentenanordnung10 , wie oben mit Bezug auf die1 –3 beschrieben. Das Verfahren beginnt im Feld54 mit dem Anordnen der ersten Komponente12 , sodass sie die erste Komponente20 so berührt, dass die erste Oberfläche14 der ersten Komponente in die Nähe der zweiten Oberfläche24 der zweiten Komponente kommt. Vor Feld54 kann das Verfahren in Feld52 , wie oben beschrieben, den Auftrag von Klebstoff44 zwischen die erste und zweite Komponente12 ,20 beinhalten. Der Klebstoff44 kann entweder auf die erste Komponente12 oder die zweite Komponente20 aufgetragen werden. Als Teil des Ausrichtens der ersten Komponente12 , sodass sie die zweite Komponente20 berührt, kann das Verfahren das Befestigen der ersten Komponente an der zweiten Oberfläche der zweiten Komponente mittels eines Klebstoffes44 und das Erzeugen eines Spalts46 für den Klebstoff mittels des Distanzstücks40 beinhalten. Wie mit Bezug auf2 beschrieben kann das Distanzstück40 in der ersten Oberfläche14 der ersten Komponente12 geformt sein. - Nach Feld
54 , fährt das Verfahren mit Feld56 fort, wo das Verfahren das Anordnen des Befestigungselements28 auf der ersten Oberfläche22 der zweiten Komponente20 und in Kontakt mit dem Merkmal18 der ersten Komponente12 beinhaltet, sodass mindesten ein Teil des Befestigungselements die Öffnung26 auf der ersten Oberfläche der zweiten Komponente überlappt. Nach Feld56 , fährt das Verfahren mit Feld58 fort, wo es das anlegen und verschmelzen vom Befestigungselement28 an das Merkmal18 der ersten Komponente12 beinhaltet und so die erste Komponente an der zweiten Komponente20 mittels des Befestigungselements befestigt. - Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, doch der Umfang der Offenbarung ist einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während ein paar der besten Arten und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung in den angehängten Ansprüchen. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche.
Claims (10)
- Verfahren zum Zusammenfügen einer Vielzahl von Komponenten, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Anordnen einer ersten Komponente, die eine erste Oberfläche, eine gegenüberliegende zweite Oberfläche und ein Merkmal hat, das eine zweite Komponente berührt, worin die zweite Komponente eine erste Oberfläche und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche hat und eine Öffnung so definiert, dass die erste Oberfläche der ersten Komponente nahe der zweiten Oberfläche der zweiten Komponente ist; Ausrichten eines Befestigungselements auf der ersten Oberfläche der zweiten Komponente und in Kontakt mit dem Merkmal der ersten Komponente, sodass mindesten ein Teil des Befestigungselements die Öffnung auf der ersten Oberfläche der zweiten Komponente überlappt; und Anlegen und Verschmelzen des Befestigungselements an das Merkmal der ersten Komponente und damit das Befestigen der ersten Komponente an der zweiten Komponente mittels des Befestigungselements.
- Verfahren nach Anspruch 1, worin die erste Komponente aus Kunststoff und die zweite Komponente aus Metall hergestellt ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, worin der Kunststoff ein carbonfaserverstärkter Thermoplast (CFRTP) und das Metall Stahl ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, worin das Befestigungselement ein aus Kunststoff gefertigter, einseitiger Niet ist.
- Verfahren nach Anspruch 4, worin der einseitige Niet ein Knopf oder eine Scheibe ist.
- Verfahren nach Anspruch 5, worin der einseitige Niet eine Scheibe ist, kann das Merkmal der ersten Komponente ein Pfosten ist, der sich durch die Öffnung hindurch erstreckt und die Scheibe berührt.
- Verfahren nach Anspruch 5, worin der einseitige Niet ein Knopf ist, welcher einen Schaft beinhaltet und das Merkmal der ersten Komponente eine Platte ist, die ausgeführt ist, den Schaft aufzunehmen und worin der Schaft durch die Öffnung gesteckt wird und die Platte berührt.
- Verfahren nach Anspruch 1, worin das erwähnte Verschmelzen des Befestigungselements mit dem Merkmal der ersten Komponente Schweißen beinhaltet.
- Verfahren nach Anspruch 8, worin das erwähnte Schweißen Ultraschall- oder Reibschweißen ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, worin die erste Komponente zusätzlich ein Distanzstück beinhaltet, das in deren erste Oberfläche geformt ist und worin das erwähnte Anordnen, um die erste Komponente in Kontakt mit der zweiten Komponente zu bringen, das Befestigen der ersten Komponente an der zweiten Oberfläche der zweiten Komponente mittels eines Klebstoffes und das Erzeugen eines Spalts für den Klebstoff mittels des Distanzstücks beinhalten.
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