DE102016209875A1

DE102016209875A1 - Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile sowie Bauteilverbindung

Info

Publication number: DE102016209875A1
Application number: DE102016209875.6A
Authority: DE
Inventors: Maik Hammer; Johann van NIEKERK
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: DE102016209875B4

Abstract

Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (1, 3) mit folgenden Schritten:
– Bereitstellen eines ersten Bauteils (1),
– Aufschweißen eines Verbindungselements auf das erste Bauteil (1), so dass das Verbindungselement von dem ersten Bauteil (1) absteht, wobei das Verbindungselement mindestens eine Kugel (2) aufweist oder durch mindestens eine Kugel (2) gebildet ist,
– Bereitstellen eines zweiten Bauteil (3), welches ein Durchgangsloch (3a) aufweist,
– Aneinandersetzen der beiden Bauteile (1, 3), derart, dass das von dem ersten Bauteil (1) abstehende Verbindungselement durch das in dem zweiten Bauteil (3) vorgesehene Durchgangsloch (3a) hindurchragt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich zwischen einer Äquatorebene (4) der mindestens einen Kugel (2) und einer dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite (3a) des zweiten Bauteils (3) ein Klemmring (5) auf die mindestens eine Kugel (2) aufgeklemmt wird, wobei der Klemmring (5) als Sicherungselement fungiert, das sich einem Herausziehen des Verbindungselements aus dem Durchgangsloch (3a) widersetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Bauteilverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Bauteilverbindung ist aus der WO 2012/031652 A1 bekannt. Dort ist eine Kugelklemmverbindung beschrieben. Auf ein erstes Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Stahlblechbauteil handeln kann, ist eine Kugel aufgeschweißt. Ein zweites Bauteil weist ein Durchgangsloch mit Klemmkrägen, die vom Lochrand nach oben gebogen sind, auf. Der Durchmesser der Kugel und des Durchgangslochs sind so aufeinander abgestimmt, dass die Kugel durch das Durchgangsloch hindurchgesteckt werden kann, wobei die Klemmkrägen von außen her klemmend an der Kugel anliegen. Über derartige Kugelklemmverbindungen können zwei Bauteile formschlüssig und reibschlüssig miteinander verbunden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer alternativen, konstruktiv einfach aufgebauten Kugelklemmverbindung anzugeben sowie eine entsprechende Bauteilverbindung, die kostengünstig und einfach herstellbar ist, anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 9 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 und eines zweiten Bauteils. Auf das erste Bauteil wird ein Verbindungselement aufgeschweißt, welches mindestens eine Kugel aufweist oder welches durch mindestens eine Kugel gebildet ist. Im einfachsten Fall wird also eine als Verbindungselement fungierende Kugel auf das erste Bauteil aufgeschweißt. Alternativ dazu kann es sich bei dem Verbindungselement auch um eine sogenannte „Doppelkugel“ handeln, d. h. um ein Verbindungselement, das zwei Kugeln aufweist, von denen eine erste Kugel auf das erste Bauteil aufgeschweißt ist und eine zweite Kugel auf die erste Kugel aufgeschweißt ist. Denkbar wäre auch, dass das Verbindungselement pilzartig ausgebildet ist, mit einem auf das erste Bauteil aufgeschweißten Schaftabschnitt, von dem die mindestens eine Kugel absteht. Das auf das erste Bauteil aufgeschweißte Verbindungselement steht von dem ersten Bauteil ab.
Ein bereitzustellendes zweites Bauteil weist ein Durchgangsloch auf bzw. in einem bereitgestellten zweiten Bauteil wird gemäß der Erfindung ein Durchgangsloch erzeugt.
Anschließend werden die Bauteile aneinander gesetzt und zwar derart, dass das von dem ersten Bauteil abstehende Verbindungselement durch das in dem zweiten Bauteil vorgesehene Durchgangsloch hindurchragt. Das Verbindungselement und das Durchgangsloch können hinsichtlich ihrer Dimensionen so aufeinander abgestimmt sein, dass sie beim Einführen des Verbindungselements in das Durchgangsloch eine Spielpassung oder eine Übergangspassung bilden.
In Abgrenzung zu der eingangs genannten WO 2012/031652 A1 besteht ein zentraler Gedanke der Erfindung darin, dass die beiden Bauteile nach dem „Zusammenstecken“ nicht durch Klemmkrägen, welche von dem einen Bauteil abstehen, zusammengehalten werden, sondern durch ein separates „Sicherungselement“, das durch einen Klemmring gebildet ist. Gemäß der Erfindung wird nach dem Aneinandersetzen der Beiden Bauteile auf die mindestens eine Kugel des Verbindungselements also ein Klemmring aufgeklemmt und zwar in einem Bereich zwischen einer Äquatorebene der mindestens einen Kugel und einer dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils. Der Klemmring fungiert als Sicherungselement und widersetzt sich formschlüssig einem Herausziehen des Verbindungselements aus dem Durchgangsloch.
Bei dem Klemmring kann es sich um einen geschlitzten bzw. offenen Ring handeln, z. B. um einen Seegerring. Derartige Klemmringe sind Massenware, die auf dem Markt in unterschiedlichsten Ausführungsformen und Größen extrem preisgünstig erhältlich sind. Die Erfindung ermöglicht somit eine sehr kostengünstige, einfache und sichere Bauteilverbindung.
Bei dem Klemmring kann es sich beispielsweise um einen Klemmring aus Metall, z. B. aus einem Federstahl, aus Aluminium oder aus einem anderen hinreichend elastischen Metallwerkstoff handeln. Prinzipiell kann der Klemmring aber auch aus einem anderen Material, z. B. aus einem federelastischen Kunststoff bestehen. Wichtig ist, dass der Klemmring hinreichend elastisch ist, so dass er verliersicher klemmend im Bereich zwischen der Äquatorebene der mindestens einen Kugel des Verbindungselements und der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils auf die mindestens eine Kugel des Verbindungselements aufgeklemmt werden kann. Anders ausgedrückt, sind gemäß der Erfindung der Durchmesser der mindestens einen Kugel des Verbindungselements und Durchmesser des Klemmrings so aufeinander abzustimmen, dass der Klemmring spielfrei an der mindestens einen Kugel des Verbindungselements anliegt.
Um zwischen den beiden Bauteilen eine formschlüssige Verbindung zu erreichen, sind der Durchmesser des Klemmrings und der Durchmesser des Durchgangslochs so aufeinander abzustimmen, dass der Klemmring das Durchgangsloch überkragt.
Bei dem ersten Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Metall- oder Kunststoffbauteil handeln, insbesondere um ein Metallblechbauteil, wie z. B. ein Fahrzeugkarosserieblechbauteil.
Da das Verbindungselement auf das erste Bauteil aufgeschweißt wird, ist es von Vorteil, wenn das Verbindungselement aus demselben Material wie das erste Bauteil besteht, da auf diese Weise eine qualitativ hochwertige und feste Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem Verbindungselement erreicht werden kann.
Wenn die beiden Bauteile „unlösbar“ miteinander verbunden werden sollen, kann vorgesehen sein, dass der Klemmring nach dem Aufklemmen auf die mindestens eine Kugel des Verbindungselements aufgeschmolzen wird, derart, dass flüssiges Klemmringmaterial mit Material des Verbindungselements und/oder mit Material des zweiten Bauteils verschmilzt bzw. verschweißt. Auf diese Weise kann nicht nur eine formschlüssige, sondern zusätzlich auch um eine stoffschlüssige Verbindung erreicht werden.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteilverbindung; und
1a den in 1 gezeigten Klemmring in Draufsicht.
1 zeigt ein erstes Bauteil 1, bei dem es sich beispielsweise um ein Metallblechbauteil handeln kann. Auf das erste Bauteil 1 wurde eine als Verbindungselement fungierende Kugel 2 aufgeschweißt. Das erste Bauteil 1 kann z. B. aus Stahl oder Aluminium bestehen. Prinzipiell kann das erste Bauteil 1 auch ein Kunststoffbauteil sein. Vorzugsweise besteht die Kugel 2 aus demselben Material wie das erste Bauteil 1. Sofern es sich bei dem ersten Bauteil 1 um ein Kunststoffbauteil handelt, kann die Kugel 2 auch durch Ultraschallschweißen auf das erste Bauteil 1 aufgeschweißt worden sein.
Ein zweites Bauteil 3, bei dem es sich z. B. ebenfalls um ein Metallblechbauteil handeln kann, weist ein Durchgangsloch 3a auf. Der Durchmesser des Durchgangslochs 3a und der Durchmesser der Kugel 2 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Kugel 2 durch das Durchgangsloch hindurch geschoben bzw., sofern es sich um eine Übergangs- bzw. Klemmpassung handelt, hindurchgedrückt werden kann. Wichtig ist, dass die in einer Richtung senkrecht zu dem ersten Bauteil gemessene Dicke D des zweiten Bauteils 3 nicht zu groß ist. Nicht zu groß bedeutet in diesem Zusammenhang, dass nach dem Aneinandersetzen der beiden Bauteile 1, 3 eine Äquatorebene 4 der Kugel 2 hinreichend weit über eine dem ersten Bauteil 1 abgewandte Seite 3b des zweiten Bauteils 3 vorsteht. Der Abstand zwischen der Äquatorebene 4 und der dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite 3b des zweiten Bauteils 3 beträgt hier s.
Durch die durch das Durchgangsloch 3a hindurchragende Kugel 2 wird in Richtungen, die parallel zu den Ebenen der beiden Bauteile 1, 3 sind, bereits ein gewisser Formschluss erreicht.
Um auch in Einführrichtung der Kugel 2 in Bezug auf das Durchgangsloch 3a eine Verbindung der beiden Bauteile 1, 3 zu erreichen, wird auf die Kugel 2 ein offener bzw. geschlitzter Klemmring 5 aufgeklemmt. Ein Beispiel eines solchen Klemmrings 5 ist in 1a dargestellt. Bei dem Klemmring 5 der 1a handelt es sich um einen Standardseegerring, wie er in unterschiedlichsten Größen und Ausführungen auf dem Markt erhältlich ist. Wichtig ist, dass die in 1a senkrecht zur Zeichenebene gemessene Dicke des Klemmrings 5 zumindest etwas kleiner als der Abstand s zwischen der Äquatorebene 4 und der dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite 3b des zweiten Bauteils 3 ist, was in 1 der Fall ist.
Wichtig ist, dass der Durchmesser des Klemmrings 5 und der Durchmesser des Durchgangslochs 3a so aufeinander abgestimmt sind, dass der Klemmring 5 das Durchgangsloch 3a zumindest geringfügig überkragt.
Der in 1a dargestellte Klemmring 5 weist an seinen freien Enden jeweils ein Durchgangsloch 5a, 5b auf. An den Durchgangslöchern 5a, 5b kann der Klemmring 5 mit einem Montagewerkzeug bzw. einer Montagezange erfasst und während des Aufbringens des Klemmrings 5 elastisch aufgebogen 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

WO 2012/031652 A1 [0002, 0008]

Claims

Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (1, 3) mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines ersten Bauteils (1), – Aufschweißen eines Verbindungselements auf das erste Bauteil (1), so dass das Verbindungselement von dem ersten Bauteil (1) absteht, wobei das Verbindungselement mindestens eine Kugel (2) aufweist oder durch mindestens eine Kugel (2) gebildet ist, – Bereitstellen eines zweiten Bauteil (3), welches ein Durchgangsloch (3a) aufweist, – Aneinandersetzen der beiden Bauteile (1, 3), derart, dass das von dem ersten Bauteil (1) abstehende Verbindungselement durch das in dem zweiten Bauteil (3) vorgesehene Durchgangsloch (3a) hindurchragt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich zwischen einer Äquatorebene (4) der mindestens einen Kugel (2) und einer dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite (3a) des zweiten Bauteils (3) ein Klemmring (5) auf die mindestens eine Kugel (2) aufgeklemmt wird, wobei der Klemmring (5) als Sicherungselement fungiert, das sich einem Herausziehen des Verbindungselements aus dem Durchgangsloch (3a) widersetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Klemmring ein Klemmring aus einem Metallwerkstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Klemmring ein geschlitzter bzw. offener Ring verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der mindestens einen Kugel (2) und der Durchmesser des Klemmrings (5) so aufeinander abgestimmt sind, dass der Klemmring (5) spielfrei an der Kugel (2) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Klemmrings (5) und der Durchmesser des Durchgangslochs (3a) so aufeinander abgestimmt sind, dass der Klemmring (5) das Durchgangsloch (3a) überkragt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Bauteil (1) ein Metallbauteil oder ein Kunststoffbauteil verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungselement ein Element verwendet wird, welches aus demselben Material besteht, wie das erste Bauteil (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (5) aufgeschmolzen wird, derart, dass flüssiges Klemmringmaterial mit Material des Verbindungselements und/oder mit Material des zweiten Bauteils (3) verschmilzt bzw. verschweißt.
Bauteilverbindung mit, – einem ersten Bauteil (1), auf das ein von dem ersten Bauteil (1) abstehendes Verbindungselement aufgeschweißt ist, wobei das Verbindungselement mindestens eine Kugel (2) aufweist oder durch mindestens eine Kugel (2) gebildet ist, – einem zweiten Bauteil (3), welches ein Durchgangsloch (3a) aufweist, wobei – die beiden Bauteile (1, 3) derart aneinandergesetzt sind, dass das von dem ersten Bauteil (1) abstehende Verbindungselement durch das in dem zweiten Bauteil (3) vorgesehene Durchgangsloch (3a) hindurchragt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich zwischen einer Äquatorebene (4) der mindestens einen Kugel (2) und einer dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite (3b) des zweiten Bauteils (3) ein Klemmring (5) auf die mindestens eine Kugel (2) aufgeklemmt ist, wobei der Klemmring (5) als Sicherungsring fungiert, welcher sich einem Herausziehen des Verbindungselements aus dem Durchgangsloch (3a) widersetzt.
Bauteilverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Klemmrings kleiner ist als ein Abstand (s) zwischen der Äquatorebene (4) der mindestens einen Kugel (2) und der dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite (3b) des zweiten Bauteils (3).