DE102016212271B4

DE102016212271B4 - Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem Bauteil und einem Verbindungselement

Info

Publication number: DE102016212271B4
Application number: DE102016212271.1A
Authority: DE
Inventors: Maik Hammer; Johann Niekerk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: DE102016212271A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem ersten Bauteil (1) und einem Verbindungselement mit folgenden Schritten:• Bereitstellen eines ersten Bauteils (1), welches ein erstes Durchgangsloch (5) mit einem ersten Lochdurchmesser aufweist,• eine erste Kugel (6) bereitgestellt wird, welche einen ersten Durchmesser aufweist, der zumindest etwas größer als der erste Lochdurchmesser ist, wobei die erste Kugel (6) von einer ersten Seite (1a) des ersten Bauteils (1) so an das erste Durchgangsloch (5) angelegt wird, dass eine Kalotte der ersten Kugel (6) in oder durch das erste Durchgangsloch (5) ragt,• eine zweite Kugel (7) an die erste Kugel (6) angesetzt und mit der ersten Kugel (6) verbunden wird, wodurch ein durch die beiden Kugeln (6, 7) gebildetes Verbindungselement entsteht, wobei• ein zweites Bauteil (2) bereitgestellt wird, welches ein zweites Durchgangsloch (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass• die zweite Kugel (7) von einer der ersten Seite (1a) des ersten Bauteils (1) abgewandten zweiten Seite (1b) her an die erste Kugel (6) angesetzt wird,• die zweite Kugel (7) in das zweite Durchgangsloch (10) eingeführt wird und• nach dem Einführen der zweiten Kugel (7) in das zweite Durchgangsloch (10) die zweite Kugel (7) mit dem zweiten Bauteil (2) stoffschlüssig verbunden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem Bauteil und einem Verbindungselement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 10 2014 211 659 A1 bekannt.
In der DE 10 2014 200 391 B3 ist ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile beschrieben, die jeweils ein Durchgangsloch aufweisen, beschrieben. Die beiden Bauteile werden zunächst aneinander gelegt, so dass die Durchgangslöcher konzentrisch relativ zueinander sind. Anschließend wird ein durch zwei miteinander verschweißte Kugeln gebildetes Verbindungselement in die Durchgangslöcher eingedrückt, derart, dass kragenartige Klemmelemente, welche von den Rändern der Durchgangslöcher abstehend, klemmend an den Kugeln des Verbindungselements anliegen.
Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die US 5 473 955 A und die US 3 148 310 A .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem Bauteil und einem Verbindungselement zu schaffen, wobei die Verbindung einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem Verbindungselement, wobei das bereitzustellende erste Bauteil ein erstes Durchgangsloch mit einem ersten Lochdurchmesser aufweist.
Gemäß der Erfindung wird eine erste Kugel bereitgestellt, welche einen Durchmesser aufweist, der zumindest etwas größer als der erste Lochdurchmesser ist. Die erste Kugel „passt“ also nicht durch das erste Durchgangsloch hindurch. Die erste Kugel wird von einer ersten Seite des ersten Bauteils her so an das erste Durchgangsloch angelegt, dass eine Kalotte der ersten Kugel in das Durchgangsloch hineinragt oder sogar ein Stück weit durch das erste Durchgangloch hindurchragt.
Anschließend wird gemäß der Erfindung eine zweite Kugel von einer der ersten Seite des ersten Bauteils abgewandten zweiten Seite her an die erste Kugel angesetzt und mit der ersten Kugel verbunden. Das Verbinden der beiden Kugeln kann z. B. stoffschlüssig, durch Kleben, Verschrauben oder in anderer Weise erfolgen. Das erfindungsgemäße „Verbindungselement“ ist also durch die erste und die zweite Kugel, welche miteinander verbunden werden, gebildet.
Vorzugsweise wird die zweite die zweite Kugel mit der ersten Kugel verschweißt. Versuche haben ergeben, dass qualitativ hochwertige Schweißverbindungen zwischen den Kugeln durch Laserschweißen, insbesondere durch gepulstes Laserschweißen erreicht werden können. Unter gepulstem Laserschweißen ist zu verstehen, dass der Laser wiederholt pulsartig ein- und ausgeschaltet wird, wodurch sich der Wärmeeintrag in die Kugeln begrenzen lässt und dennoch qualitativ hochwertige „Schweißpunkte“, die sich zu einer qualitativ hochwertigen Schweißnaht überlappen, hergestellt werden können. Laserschweißen hat ferner den Vorteil, dass es berührungslos durchführbar ist.
Gemäß der Erfindung wird ein zweites Bauteil mit dem ersten Bauteil verbunden. Ein bereitzustellendes zweites Bauteil, welches ein zweites Durchgangsloch aufweist, wird so in Bezug auf das erste Bauteil platziert, dass die zweite Kugel in das in dem zweiten Bauteil vorgesehene zweite Durchgangsloch eingeführt wird bzw. hinein oder sogar teilweise das Durchgangsloch hindurchragt.
Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das zweite Bauteil klemmend mit der zweiten Kugel verbunden wird. In diesem Fall weist die zweite Kugel einen zweiten Durchmesser auf, der zumindest etwas größer oder zumindest geringfügig größer als der zweite Lochdurchmesser ist. Die zweite Kugel wird dann in das zweite Durchgangsloch eingeklemmt, derart, dass ein Rand des zweiten Durchgangslochs oder von einem Rand des zweiten Durchgangslochs abstehende Klemmelemente, klemmend von außen her an der zweiten Kugel anliegen. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Kugel soweit durch das zweite Durchgangsloch durchgedrückt wird, dass eine Äquatorebene der zweiten Kugel auf einer dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils aus dem zweiten Bauteil zumindest geringfügig herausragt.
Alternativ zu einer Klemmverbindung zwischen dem zweiten Bauteil und der zweiten Kugel kann ein zweites Bauteil auch über ein Clipelement formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Verbindungselement verbunden werden. Hierzu wird ein zweites Bauteil bereitgestellt, welches ebenfalls ein zweites Durchgangsloch aufweist. Die zweite Kugel wird durch das zweite Durchgangsloch hindurch oder in das zweite Durchgangsloch eingeschoben bzw. eingedrückt und zwar so weit, dass die zweite Kugel auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils zumindest ein Stück weit, d. h. zumindest geringfügig aus dem zweiten Durchgangsloch herausragt.
Je nachdem, wie weit die zweite Kugel aus dem zweiten Durchgangsloch herausragt, kann, sofern die zweite Kugel hinreichend aus dem zweiten Durchgangsloch herausragt, ein Clipelement auf die zweite Kugel aufgeclipst werden, welche das zweite Durchgangsloch überkragt und welches somit das zweite Bauteil formschlüssig mit der zweiten Kugel bzw. dem Verbindungselement verbindet.
Gemäß der Erfindung wird nach dem Einführen der zweiten Kugel in das zweite Durchgangsloch die zweite Kugel auch mit dem zweiten Bauteil stoffschlüssig verbunden werden, z.B. durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen, insbesondere durch gepulstes Laserschweißen.
Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil ein Metallbauteil ist. Sowohl bei dem ersten Bauteil, als auch bei dem zweiten Bauteil kann es sich beispielsweise um . Stahl- oder ein Aluminiumblechbauteile handeln.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 - 4 die einzelnen Schritte zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen.

1 zeigt ein erstes Bauteil 1, bei dem es sich beispielsweise um ein Stahl- oder Aluminiumblechbauteil handeln kann. Insbesondere kann es sich hierbei um ein Stahl- oder Aluminiumblechbauteil einer herzustellenden Fahrzeugkarosserie handeln. Das Bauteil 1 wird, wie im Zusammenhang mit den 1 - 4 erläutert wird, mit einem zweiten Bauteil 2 verbunden und zwar an zwei Verbindungsstellen 3, 4, die gleich aufgebaut bzw. hergestellt werden. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird das Verfahren zum Herstellen der beiden Bauteilverbindungen lediglich anhand der Verbindungsstelle 3 erläutert.
In dem ersten Bauteil 1 ist ein erstes Durchgangsloch 5 vorgesehen, welches einen ersten Lochdurchmesser aufweist, der zumindest etwas kleiner als der Durchmesser einer ersten Kugel 6 ist. Anders ausgedrückt ist der Durchmesser der Kugel 6 etwas größer als der erste Lochdurchmesser 5. Die erste Kugel 6 wird von einer ersten Seite 1a des ersten Bauteils 1 her an das erste Durchgangsloch 5 angelegt, derart, dass eine Kalotte der ersten Kugel 6, d. h. ein unterer Kugelabschnitt der ersten Kugel 6, in das Durchgangsloch 5 hineinragt.
Anschließend wird die Kugel 6 mit einer vorgegebenen Kraft in das Durchgangsloch 5 eingedrückt, so dass sie zumindest ein Stück weit aus dem Durchgangsloch 5 nach unten herausragt. Dieser Eindrückzustand der Kugel 6 ist aus 2 ersichtlich.
Anschließend wird eine zweite Kugel 7 von einer der ersten Seite 1a des ersten Bauteils abgewandten zweiten Seite 1b her an die erste Kugel 6 angesetzt und mit der ersten Kugel 6 verbunden. Das Verbinden beiden Kugeln 6, 7 kann durch Verschweißen erfolgen. Besonders geeignet hierfür ist ein berührungsloses Schweißverfahren, wie z. B. Laserschweißen. Ein Laserstrahl 8 wird mittels einer Laserschweißeinrichtung 9 erzeugt. Qualitativ besonders hochwertige Schweißverbindungen lassen sich erzeugen, wenn der Laserstrahl 8 gepulst erzeugt wird, d. h. wenn der Laserstrahl 8 wiederholt ein- und ausgeschaltet wird. Durch gepulstes Laserschweißen kann der Wärmeeintrag, d. h. die Erwärmung der Kugeln 6, 7 auf ein Minimum begrenzt werden.
Bei dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Kugel 7 denselben Durchmesser wie die Kugel 6 auf, jedenfalls einen Durchmesser, der größer als der erste Lochdurchmesser des Durchgangslochs 5 ist. Durch das Verschweißen der beiden Kugeln 6, 7 ergibt sich somit ein Verbindungselement in Form einer „Doppelkugel“, die bereits unlösbar mit dem ersten Bauteil 1 verbunden ist, da, wie bereits gesagt, der Durchmesser der beiden Kugeln 6, 7 größer als der erste Lochdurchmesser des Durchgangslochs 5 ist.
Das oben bereits erwähnte zweite Bauteil 2 weist ein Durchgangsloch 10 mit einem zweiten Lochdurchmesser auf. Der zweite Lochdurchmesser des Durchgangslochs 10 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel etwas größer als der Durchmesser der zweiten Kugel 7. Die zweite Kugel 7 kann somit kraftfrei in das zweite Durchgangsloch 10 eingeführt werden.
Nach dem Einführen der zweiten Kugel 7 in das zweite Durchgarigsloch 10 kann die zweite Kugel 7 mit dem zweiten Bauteil 2 und/oder mit dem ersten Bauteil 1 und/oder mit der ersten Kugel 6 verschweißt werden, was in 4 gezeigt ist. Dieser Schweißprozess kann ebenfalls berührungslos durch Laserschweißen, insbesondere durch gepulstes Laserschweißen erfolgen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem ersten Bauteil (1) und einem Verbindungselement mit folgenden Schritten: • Bereitstellen eines ersten Bauteils (1), welches ein erstes Durchgangsloch (5) mit einem ersten Lochdurchmesser aufweist, • eine erste Kugel (6) bereitgestellt wird, welche einen ersten Durchmesser aufweist, der zumindest etwas größer als der erste Lochdurchmesser ist, wobei die erste Kugel (6) von einer ersten Seite (1a) des ersten Bauteils (1) so an das erste Durchgangsloch (5) angelegt wird, dass eine Kalotte der ersten Kugel (6) in oder durch das erste Durchgangsloch (5) ragt, • eine zweite Kugel (7) an die erste Kugel (6) angesetzt und mit der ersten Kugel (6) verbunden wird, wodurch ein durch die beiden Kugeln (6, 7) gebildetes Verbindungselement entsteht, wobei • ein zweites Bauteil (2) bereitgestellt wird, welches ein zweites Durchgangsloch (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass • die zweite Kugel (7) von einer der ersten Seite (1a) des ersten Bauteils (1) abgewandten zweiten Seite (1b) her an die erste Kugel (6) angesetzt wird, • die zweite Kugel (7) in das zweite Durchgangsloch (10) eingeführt wird und • nach dem Einführen der zweiten Kugel (7) in das zweite Durchgangsloch (10) die zweite Kugel (7) mit dem zweiten Bauteil (2) stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kugel (7) mit der ersten Kugel (6) verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kugel (7) verwendet wird, welche einen zweiten Durchmesser aufweist, der größer als der erste Lochdurchmesser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen der zweiten Kugel (7) mit der ersten Kugel (6) berührungslos durch Laserstrahlschweißen, insbesondere durch gepulstes Laserstrahlschweißen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kugel (7) einen zweiten Durchmesser aufweist, der zumindest etwas größer als ein zweiter Lochdurchmesser des zweiten Durchgangslochs (10) ist, wobei die zweite Kugel (7) in das zweite Durchgangsloch (10) geklemmt oder soweit durch das zweite Durchgangsloch (10) gedrückt wird, dass eine Äquatorebene der zweiten Kugel (7) auf einer dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite des zweiten Bauteils (2) aus dem zweiten Durchgangsloch (10) zumindest geringfügig herausragt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Bauteil (2) bereitgestellt wird, welches ein zweites Durchgangsloch (10) mit einem zweiten Lochdurchmesser aufweist, der zumindest etwas größer als der Durchmesser der zweiten Kugel (7) ist, wobei die zweite Kugel (7) in das zweite Durchgangsloch (10) eingeführt wird, so dass die zweite Kugel (7) auf der dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite des zweiten Bauteils (2) zumindest ein Stück weit aus dem zweiten Durchgangsloch (10) herausragt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einführen der zweiten Kugel (7) in das zweite Durchgangsloch (10) ein Clipelement auf die zweite Kugel (7) aufgeclipst wird, welches das zweite Durchgangsloch (10) formschlüssig überkragt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einführen der zweiten Kugel (7) in das zweite Durchgangsloch (10) die zweite Kugel (7) mit dem ersten Bauteil (1) und/oder mit der ersten Kugel (6) stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Verbinden durch Verschweißen, insbesondere durch berührungsloses Laserstrahlschweißen, insbesondere durch gepulstes Laserstrahlschweißen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und/oder das zweite Bauteil (2) ein Metallbauteil ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und/oder das zweite Bauteil (2) ein Blechbauteil, insbesondere ein Stahl- oder Aluminiumblechbauteil ist.