DE102017205940A1

DE102017205940A1 - Method for producing a composite component and motor vehicle

Info

Publication number: DE102017205940A1
Application number: DE102017205940.0A
Authority: DE
Inventors: Lars Wiese
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2018-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Widerstandsschweißen sowie ein Kraftfahrzeug.Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Widerstandsschweißen zur Verfügung gestellt. Dieses umfasst die Bereitstellung eines ersten Bauteils (12), insbesondere eines Aluminiumblechs, sowie wenigstens eines zweiten Bauteils (14), insbesondere eines Stahlblechs, wobei wenigstens das zweite Bauteil (14) zumindest bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist. Es erfolgt die Bereitstellung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Fügeelements (10), umfassend einen Schaftabschnitt (40) mit einem ersten Längsende und einem dem ersten Längsende gegenüberliegenden zweiten Längsende, wobei am zweiten Längsende des Schaftabschnitts (40) eine Fase ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das Verfahren das Einführen des Fügeelements (10) in das erste Bauteil (12), so dass das Fügeelement (10) mit seinem zweiten Längsende das zweite Bauteil (14) kontaktiert, sowie die Realisierung eines elektrischen Stromes (I) zumindest durch das Fügeelement (10) und das zweite Bauteil (14). Dies erfolgt zur Erzielung einer widerstandsbedingten Erwärmung, so dass sich im Kontaktbereich des Fügeelements (10) mit dem zweiten Bauteil (14) ein Schweißbereich (36) ausbildet. Das Verfahren wird derart ausgeführt, dass sich der Schaftabschnitt (40) des Fügeelements (10) zumindest im Schweißbereich (36) aufweitet und im ersten Bauteil (12) einen Hinterschnitt (32) ausbildet.The invention relates to a method for producing a composite component by means of resistance welding and a Kraftfahrzeug.Es a method for producing a composite component by means of resistance welding is provided. This comprises the provision of a first component (12), in particular an aluminum sheet, and at least one second component (14), in particular a steel sheet, wherein at least the second component (14) is at least partially made of an electrically conductive material. The provision of a joining element (10) consisting of an electrically conductive material, comprising a shank portion (40) having a first longitudinal end and a second longitudinal end opposite the first longitudinal end, wherein a chamfer is formed at the second longitudinal end of the shank portion (40). Furthermore, the method comprises the insertion of the joining element (10) into the first component (12), so that the joining element (10) contacts the second component (14) with its second longitudinal end, and the realization of an electric current (I) at least through the Joining element (10) and the second component (14). This is done to achieve resistance-related heating, so that a welding region (36) is formed in the contact region of the joining element (10) with the second component (14). The method is carried out such that the shank portion (40) of the joining element (10) expands at least in the welding region (36) and forms an undercut (32) in the first component (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Widerstandsschweißen sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for producing a composite component by means of resistance welding and a motor vehicle.

Ein wesentliches Ziel bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen ist die Gewichtsreduktion. Insbesondere im Bereich der Karosserie werden vermehrt Kompositwerkstoffe eingesetzt, die Vorteile hinsichtlich der Gewichtseinsparungen einerseits sowie der geforderten Festigkeiten andererseits aufweisen. Ein Beispiel für eine derartige Kombination sind Karosseriebauteile aus hochfestem formgehärtetem Stahl und Aluminium.An essential goal in the construction of motor vehicles is the weight reduction. Especially in the field of body composite materials are increasingly used, which have advantages in terms of weight savings on the one hand and the required strength on the other. An example of such a combination are body parts made of high-strength form-hardened steel and aluminum.

Zur Verbindung der einzelnen Bauteile zur Herstellung bzw. Weiterverarbeitung der Kompositwerkstoffe sind Fügeverfahren notwendig. Es steht hier allerdings nur eine begrenzte Anzahl an Verfahren zur Auswahl, die nur in bestimmten Fällen eingesetzt werden können.Joining methods are necessary for the connection of the individual components for the production or further processing of the composite materials. However, there are only a limited number of methods that can only be used in certain cases.

Einige mechanische Verfahren, wie beispielsweise Blindnieten, bedingen ein Vorlochen der Bleche. Dies ist mit hohen Kosten verbunden. Clinchen ist aufgrund der hohen Festigkeiten formgehärteter Stähle bei diesem Material nicht möglich. Stanznieten mit Vollniet und Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen bringen aufgrund der hohen Prozesskräfte hohen Verschleiß am Werkzeug bzw. Brüche am Fügeelement mit sich. Widerstandspunktlöten mit Metallschutzgas-Lotdepot erreicht nur geringe Festigkeiten und ist somit nur in Verbindung mit Kleben einsetzbar.Some mechanical processes, such as blind riveting, require pre-punching of the sheets. This is associated with high costs. Clinching is not possible with this material due to the high strength of form-hardened steels. Punch rivets with rivet and high-speed bolt set bring high wear on the tool or breaks on the joining element due to the high process forces. Resistance point soldering with metal protective gas solder deposit achieves only low strengths and can therefore only be used in conjunction with gluing.

Beim Kleben als Fügeverfahren wird noch ein zusätzliches Fügeverfahren zur Herstellung einer ausreichenden Festigkeit benötigt. Hierzu kann beispielsweise das mit einem Stahlniet ausgeführte Widerstandselementschweißen genutzt werden. Hierbei ist allerdings das Einbringen des Nietes als zusätzlicher Prozessschritt notwendig. Beispielsweise wird der Niet mit einem Presswerkzeug oder über eine separate Prägezange in das zu fügende Bauteil, beispielsweise ein Aluminiumblech, gestanzt und anschließend verprägt. Im Anschluss wird der Niet mit dem Stahl verschweißt, beispielsweise mit einer konventionellen Widerstandspunktschweißanlage, wobei gleichzeitig die Klebeverbindung hergestellt werden kann.When gluing as a joining process, an additional joining process for producing sufficient strength is needed. For this purpose, for example, carried out with a steel rivet resistance element welding can be used. In this case, however, the insertion of the rivet is necessary as an additional process step. For example, the rivet is punched with a pressing tool or a separate embossing forceps in the component to be joined, for example, an aluminum sheet, and then embossed. Subsequently, the rivet is welded to the steel, for example with a conventional resistance spot welding system, at the same time the adhesive bond can be made.

Die DE 10 2004 025 492.3 offenbart ein Verfahren zum Fügen mehrerer Fügeteile, wobei ein Fügeelement unter mechanischer Belastung mit mindestens einem zu fügenden Teil verschweißt wird. Das Verschweißen wird insbesondere mittels widerstandsbedingter Erwärmung realisiert. Das Fügeelement weist dabei eine Schneide oder Spitze auf und wird vor dem Verschweißen durch mindestens eines der Fügeteile hindurch getrieben. Eines der Fügeteile kann dabei ein nicht verschweißbares Material wie ein Kunststoff sein.The DE 10 2004 025 492.3 discloses a method for joining a plurality of joining parts, wherein a joining element is welded under mechanical stress with at least one part to be joined. The welding is realized in particular by means of resistance-induced heating. The joining element has a cutting edge or tip and is driven through at least one of the joining parts prior to welding. One of the joining parts may be a non-weldable material such as a plastic.

Beim einstufigen Widerstandsschweißnieten wird eine Verbindung der zu fügenden Teile über ein Fügeelement realisiert, wobei die beiden metallurgisch unverträglichen Werkstoffe der zu fügenden Teile nicht miteinander vermischt werden. Das Fügeelement, beispielsweise ein Stahlniet, wird mit Hilfe einer Punktschweißzange in das Aluminiumblech warmeingeprägt. Es können Widerstandspunktschweißzangen, Kondensatorentladungsanlagen oder Einrichtungen zum Rollnahtpunktschweißen genutzt werden.In single-stage resistance welding rivets, a connection of the parts to be joined is realized via a joining element, wherein the two metallurgically incompatible materials of the parts to be joined are not mixed together. The joining element, for example a steel rivet, is heat-embossed into the aluminum sheet with the aid of spot welding tongs. Resistance spot welding guns, capacitor discharge systems or roller seam spot welding equipment can be used.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem unterschiedliche Materialien einfach, kostengünstig und mit einer hohen Festigkeit miteinander verbunden werden können.It is the object of the invention to provide a method with which different materials can be connected to one another in a simple, cost-effective and high-strength manner.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Widerstandsschweißen gemäß Anspruch 1. Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt.The object is achieved by the method for producing a composite component by means of resistance welding according to claim 1. Embodiments of the method are specified in the subclaims. Furthermore, a motor vehicle is provided.

Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels Widerstandsschweißen. Dieses umfasst die Bereitstellung eines ersten Bauteils, insbesondere eines Aluminiumblechs, sowie wenigstens eines zweiten Bauteils, insbesondere eines Stahlblechs, wobei wenigstens das zweite Bauteil zumindest bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist. Weiterhin umfasst es die Bereitstellung eines aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Fügeelements, umfassend einen Schaftabschnitt mit einem ersten Längsende und einem dem ersten Längsende gegenüberliegenden zweiten Längsende, wobei am zweiten Längsende des Schaftabschnitts eine Fase ausgebildet ist. Insbesondere erfolgt das zumindest bereichsweise Positionieren des zweiten Längsendes des Schaftabschnitts des Fügeelements am ersten Bauteil. Es erfolgt weiterhin das Einführen des Fügeelements in das erste Bauteil, so dass das Fügeelement mit seinem zweiten Längsende das zweite Bauteil kontaktiert, sowie die Realisierung eines elektrischen Stromes zumindest durch das Fügeelement und das zweite Bauteil. Letzteres erfolgt zur Erzielung einer widerstandsbedingten Erwärmung, so dass sich im Kontaktbereich des Fügeelements mit dem zweiten Bauteil ein Schweißbereich ausbildet. Dabei wird das Verfahren derart ausgeführt, dass sich der Schaftabschnitt des Fügeelements zumindest im Schweißbereich aufweitet und im ersten Bauteil einen Hinterschnitt ausbildet.A first aspect of the invention is a method for producing a composite component by means of resistance welding. This comprises the provision of a first component, in particular an aluminum sheet, and at least one second component, in particular a steel sheet, wherein at least the second component is at least partially made of an electrically conductive material. Furthermore, it comprises the provision of a joining element consisting of an electrically conductive material, comprising a shank section having a first longitudinal end and a second longitudinal end opposite the first longitudinal end, wherein a chamfer is formed on the second longitudinal end of the shank section. In particular, the at least partially positioning of the second longitudinal end of the shaft section of the joining element takes place on the first component. Furthermore, the insertion of the joining element into the first component takes place, so that the joining element contacts the second component with its second longitudinal end, as well as the realization of an electric current, at least through the joining element and the second component. The latter takes place to achieve resistance-related heating, so that a welding region is formed in the contact region of the joining element with the second component. In this case, the method is carried out such that the shank portion of the joining element expands at least in the welding area and forms an undercut in the first component.

Die Fase des Schaftabschnitts des Fügeelements bildet eine Stirnfläche aus, welche einen geringeren Flächeninhalt hat als der parallel dazu gemessene Querschnitt des Schaftabschnitts. Insbesondere hat der Schaftabschnitt die Grundform eines allgemeinen geraden Zylinders, also beispielsweise eines Kreiszylinders, Quaders oder geraden Prismas. Er kann rotationssymmetrisch um eine Mittelachse angeordnet sein. The chamfer of the shank portion of the joining element forms an end face which has a smaller surface area than the cross section of the shank portion measured parallel thereto. In particular, the shank portion has the basic shape of a general straight cylinder, that is, for example, a circular cylinder, cuboid or straight prism. It can be arranged rotationally symmetrical about a central axis.

Die Bezeichnung Grundform meint dabei, dass die Kanten selbstverständlich abgerundet sein können. Auch die beschriebene Fase steht der zylinderförmigen Grundform nicht entgegen.The term basic form means that the edges can of course be rounded. The described bevel does not oppose the cylindrical basic shape.

Das Verfahren kann zwischen zwei Schweißelektroden realisiert werden, die zum Aufbringen einer Kraft zwecks Einführens des Fügeelements in das erste Bauteil und ggf. zum Zusammendrücken der Teile während des Schweißens eingerichtet sein können.The method can be implemented between two welding electrodes, which can be set up to apply a force for the purpose of introducing the joining element into the first component and possibly for compressing the parts during the welding.

In einer Ausführungsform wird vor dem Einführen und/oder während des Einführens des Fügeelements in das erste Bauteil ein elektrischer Strom durch das Fügeelement, das erste Bauteil und das zweite Bauteil realisiert. Insbesondere wird dies durchgeführt, wenn das erste Bauteil aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Aluminium, besteht. Somit erfolgt eine widerstandsbedingte Erwärmung des ersten Bauteils sowie des Fügeelements. Das Material des Fügeelements hat dabei typischerweise eine höhere Warmfestigkeit und/oder eine höhere Schmelztemperatur auf als das Material des ersten Bauteils. Die Festigkeit des ersten Bauteils wird im Kontaktbereich mit dem Fügeelement reduziert, bis dieses einen fließfähigen, z. B. teigigen, Zustand erreicht, und das Fügeelement kann unter Aufbringung einer geringen äußeren Kraft in das erste Bauteil eingeführt werden. Dabei werden insbesondere die am Fügeelement bzw. am zweiten Bauteil anliegenden Schweißelektroden zur Aufbringung der notwendigen Kraft genutzt. Alternativ kann das Fügeelement unter alleiniger Aufbringung einer Kraft mechanisch in das erste Bauteil eingeführt werden. Dies kann beispielsweise bei Kunststoffen der Fall sein.In one embodiment, an electrical current through the joining element, the first component and the second component is realized prior to insertion and / or during insertion of the joining element into the first component. In particular, this is carried out when the first component consists of electrically conductive material, for example aluminum. Thus, a resistance-related heating of the first component and the joining element takes place. The material of the joining element typically has a higher heat resistance and / or a higher melting temperature than the material of the first component. The strength of the first component is reduced in the contact area with the joining element until this is a flowable, z. B. doughy state, and the joining element can be introduced with the application of a small external force in the first component. In particular, the welding electrodes applied to the joining element or to the second component are used to apply the necessary force. Alternatively, the joining element can be mechanically introduced into the first component under the sole application of a force. This can for example be the case with plastics.

Die aufzubringende Kraft wirkt insbesondere zwischen dem Fügeelement und dem zweiten Bauteil. Es kann also auch das Fügeelement gehalten werden und eine Kraft auf das zweite Bauteil ausgeübt werden.The applied force acts in particular between the joining element and the second component. So it can also be held the joining element and a force to be exerted on the second component.

Insbesondere werden das Positionieren, das Einführen und das Realisieren des elektrischen Stroms zum Verschweißen des Fügeelements mit dem zweiten Bauteil in einem Verfahrensgang ausgeführt. Somit wird ein schnelles, effizientes und kostengünstiges Verfahren zur Verfügung gestellt. Das Fügeelement wird nicht mechanisch durch das erste Bauteil gestanzt sondern beispielsweise mittels einer konventionellen Punktschweißzange in dieses, beispielsweise ein Aluminiumblech, warmeingeprägt.In particular, the positioning, the insertion and the realization of the electrical current for welding the joining element to the second component are carried out in one process. Thus, a fast, efficient and cost effective method is provided. The joining element is not mechanically punched through the first component but, for example, by means of a conventional spot welding gun in this, for example, an aluminum sheet, warmingeprägt.

Die zumindest bereichsweise Positionierung des zweiten Längsendes des Fügeelements am ersten Bauteil kann eine Positionierung des zweiten Bauteils zwischen Fügeelement und erstem Bauteil sein. Sie erfolgt typischerweise an einem Bereich des ersten Bauteils, der an einen elektrisch leitfähigen Bereich des zweiten Bauteils angrenzt, so dass nach erfolgtem Einführen des Fügeelements in das erste Bauteil dieses in Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Bereich des zweiten Bauteils gelangen kann.The at least partially positioning of the second longitudinal end of the joining element on the first component may be a positioning of the second component between the joining element and the first component. It typically takes place at a region of the first component which adjoins an electrically conductive region of the second component, so that after the insertion of the joining element into the first component, it can come into contact with the electrically conductive region of the second component.

Der Schaftabschnitt des Fügeelements weitet sich zumindest im Schweißbereich auf. Damit ergibt sich ein im Vergleich zum ersten Längsende vergrößerter Durchmesser des Schaftabschnitts im Bereich der Kontaktierung des Fügeelements mit dem zweiten Bauteil, also im Schweißbereich. Dabei wird im ersten Bauteil ein Hinterschnitt ausgebildet, es wird also eine formschlüssige Verbindung zwischen Fügeelement und erstem Bauteil realisiert.The shank portion of the joining element expands at least in the welding area. This results in an enlarged compared to the first longitudinal end diameter of the shaft portion in the region of the contacting of the joining element with the second component, ie in the welding area. In this case, an undercut is formed in the first component, so it is a positive connection between the joining element and the first component realized.

Dies erfolgt bzw. wird wesentlich begünstigt durch die Anordnung der Fase am zweiten Ende des Schaftabschnitts. Die schräge Fläche der Fase wird durch den Kontakt zwischen dem erhitzten Fügeelement und dem im Vergleich dazu insbesondere härteren zweiten Bauteil zusammengedrückt und weicht seitlich aus, was eine Vergrößerung des Durchmessers mit sich bringt.This takes place or is substantially favored by the arrangement of the chamfer at the second end of the shaft portion. The inclined surface of the chamfer is compressed by the contact between the heated joining element and the second component in particular harder and deviates laterally, which brings an increase in the diameter with it.

Typischerweise wird das Fügeelement durch das erste Bauteil warmeingeprägt, was mittels einer geeigneten Steuerung des Schweißprogrammes realisiert werden kann. Die widerstandsbedingte Erwärmung des Fügeelements begünstigt gemeinsam mit der Erwärmung des ersten Bauteils den Warmeinprägevorgang. Der Hinterschnitt kann sich allerdings auch ohne Wärmeinwirkung bei genügend großer Kraft ausbilden.Typically, the joining element is hot-stamped by the first component, which can be realized by means of a suitable control of the welding program. The resistance-related heating of the joining element, together with the heating of the first component, promotes the hot stamping process. However, the undercut can also form without sufficient heat at sufficiently high power.

Für die Aufweitung ist es vorteilhaft, dass das Fügeelement sowie das zweite Bauteil eine ausreichende Steifigkeit aufweist. Vorzugsweise sollte das zweite Bauteil, zumindest im Schweißbereich, und insbesondere auch das Fügeelement ein Material mit einer Streckgrenze Rp 0,2 von 300 bis 500 MPa sowie eine Bruchdehnung A 80 von ≥ 15 haben, wie z.B. 22MnB5. Vorteilhaft ist des Weiteren eine Härte nach Brinell von mindestens 80 HBW. Sollte das zweite Bauteil weich sein, ggf. begünstigt durch eine zu hohe Temperatur, taucht das Fügeelement in das Basisblech ein und die Aufweitung ist nicht realisierbar.For the expansion, it is advantageous that the joining element and the second component has sufficient rigidity. Preferably, the second component, at least in the welding region, and in particular also the joining element should have a material with a yield strength Rp 0.2 of 300 to 500 MPa and an elongation at break A 80 of ≥ 15, such as e.g. 22MnB5. Furthermore, a Brinell hardness of at least 80 HBW is advantageous. If the second component is soft, possibly favored by too high a temperature, the joining element dips into the base plate and the expansion is not feasible.

Zu diesem Zweck ist insbesondere ein großes Schweißstrom zu Schweißzeit-Verhältnis zu wählen. Der Warmeinprägeprozess erfolgt über einen Stromanstieg, der beispielsweise als Rampe des Schweißstroms darstellbar ist. Ist die Steigung flach, wird also ein vergleichsweise kleiner Einprägestrom über eine lange Einprägezeit genutzt, wird das zweite Bauteil stärker erwärmt. Eine steilere Steigung der Rampe, die einen hohen Schweißstrom bei einer kürzeren Schweißzeit beschreibt, führt zwar auch zu einer Erwärmung des zweiten Bauteils. Es hat sich allerdings gezeigt, dass sich in diesem Fall eine sehr gute Aufweitung des Schaftabschnitts ausbildet. Dies ist zumindest anteilig auf die Widerstandsverhältnisse in der Fügezone zurückzuführen. For this purpose, in particular a large welding current to weld time ratio to choose. The hot stamping process takes place via a current increase, which can be represented, for example, as a ramp of the welding current. If the slope is flat, ie if a comparatively small impressing current is used over a long embossing time, the second component is heated more strongly. A steeper slope of the ramp, which describes a high welding current at a shorter welding time, although also leads to a heating of the second component. However, it has been found that in this case a very good widening of the shaft portion is formed. This is at least partly attributable to the resistance conditions in the joint zone.

Insbesondere beträgt das Verhältnis von Zeit in Millisekunden und Strom in Kiloampere, also die Steigung der Rampe, zwischen 4 und 15. Beispielsweise beträgt das genannte Verhältnis bei einem Stromanstieg um I = 10 kA in einer Zeit t = 100 ms 10.In particular, the ratio of time to milliseconds and current to kiloamps, that is to say the slope of the ramp, is between 4 and 15. For example, said ratio is 10 for a current increase of I = 10 kA in a time t = 100 ms.

Das Verfahren, auch als verbessertes Widerstandsschweißnieten bezeichnet, ermöglicht das formschlüssige Anbinden des ersten Bauteils an das zweite Bauteil. Selbstverständlich können auch mehrere Bauteile mittels eines Fügeelements mit einem Basisbauteil, beispielsweise einem Stahlblech, verbunden werden. Der Querschnitt des Schweißpunktes ist vergrößert, was eine erhöhte Festigkeit der Verbindung zwischen zweitem Bauteil und Fügeelement mit sich bringt. Kopf- und Scherzugfestigkeiten können deutlich erhöht werden. Weiterhin ist der Prozess sehr stabil gegenüber produktionsbedingten Störgrößen wie z.B. Zangenschrägstellungen, Kappenversatz oder Blechspalten.The method, also referred to as improved resistance welding riveting, allows the positive connection of the first component to the second component. Of course, several components by means of a joining element with a base member, such as a steel sheet, are connected. The cross section of the welding point is enlarged, which entails an increased strength of the connection between the second component and the joining element. Head and shear tensile strengths can be significantly increased. Furthermore, the process is very stable against production-related disturbances such as Pliers inclinations, cap offset or plate gaps.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens weist der Schaftabschnitt des Fügeelements eine kreiszylinderförmige Grundform mit einem Durchmesser DS auf und eine am zweiten Längsende des Schaftabschnitts durch die Fase begrenzte Stirnfläche hat einen Durchmesser DP. Dabei gilt: DP ≤ 0,8*DS, insbesondere DP ≤ 0,6*DS.In one embodiment of the method, the shank portion of the joining element has a circular cylindrical basic shape with a diameter DS and an end face bounded by the chamfer at the second longitudinal end of the shank portion has a diameter DP. The following applies: DP ≤ 0.8 * DS, in particular DP ≤ 0.6 * DS.

In Versuchen hat sich herausgestellt, dass bei großen Verhältnissen des Durchmessers der Stirnfläche, auch Plateau genannt, zum Schaftdurchmesser des Fügeelements besonders vorteilhaft der gewünschte Hinterschnitt erzeugt werden kann. Durch die große Fläche der Stirnseite erfolgt bei Realisierung der äußeren Druckkraft zwischen dem auf diese Weise weiterentwickelten Fügeelement und dem zweiten Bauteil eine vorteilhafte, besonders günstige und einfache Aufweitung des Schaftquerschnitts.In experiments it has been found that for large ratios of the diameter of the end face, also called plateau, to the shaft diameter of the joining element particularly advantageous the desired undercut can be generated. Due to the large area of the front side, an advantageous, particularly favorable and simple widening of the shank cross-section takes place when the external compressive force between the joining element developed in this way and the second component is realized.

Ansonsten weitet das Fügeelement umso besser auf, je größer das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Schaftabschnitts DS und dem Durchmesser der Stirnfläche DP ist. DS ist nach oben limitiert, da die Umformbarkeit mit den an Punktschweißzangen erbrachten Elektrodenkräften bei zu großen Durchmessern nicht ausreicht. Bei einem zu geringen DS weist das Fügeelement hingegen nicht die notwendige Steifigkeit auf und wird zusammengedrückt.Otherwise, the larger the ratio between the diameter of the shank portion DS and the diameter of the end face DP, the better the joining element widens. DS is limited to the top, since the formability with the electrode forces provided at spot welding guns is not sufficient with too large diameters. By contrast, if the DS is too low, the joining element does not have the necessary rigidity and is compressed.

Insbesondere gilt weiterhin: DP ≤ 0,95*DS und insbesondere DP ≤ 0,9*DS. Damit wird sichergestellt, dass eine ausreichende Fase vorhanden ist. Ohne Vorhandensein einer Fase kann das Verfahren nur eingeschränkt genutzt werden bzw. die erzielten Verbindungen weisen nicht in vollem Umfang die gewünschten Eigenschaften auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen Unterschied des Durchmessers der Stirnfläche DP in Bezug zum Durchmesser des Schaftabschnittes DS eingeschränkt, sondern es kann sogar gelten: DP/DS = 1.In particular: DP ≤ 0.95 * DS and in particular DP ≤ 0.9 * DS. This ensures that a sufficient chamfer exists. Without the presence of a chamfer, the process can only be used to a limited extent or the compounds obtained do not have the desired properties completely. However, the invention is not limited to a difference in the diameter of the end face DP with respect to the diameter of the shank portion DS, but may even be: DP / DS = 1.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Fügeelement derart ausgebildet, dass für die in Längserstreckungsrichtung des Schaftabschnitts gemessene Fasenhöhe LF und die Längserstreckung LS des Schaftabschnitts folgende Beziehung gilt: LF ≤ 0,2*LS, insbesondere 0,1*LS ≤ LF ≤ 0,2*LS.In a further embodiment, the joining element is designed such that for the chamfer height LF and the longitudinal extent LS of the shank portion measured in the longitudinal direction of extension of the shank portion the following relationship applies: LF ≦ 0.2 * LS, in particular 0.1 * LS ≦ LF ≦ 0.2 * LS.

Die Fasenhöhe ist somit auf einen geringen Anteil der Längserstreckung des Schaftabschnittes begrenzt. Die Längserstreckung des Schaftabschnitts ist dabei die Länge des zylindrischen Teils des Schaftabschnittes. Die Fasenhöhe ist die in Längserstreckungsrichtung des Schaftabschnitts gemessene Höhe der Fase.The chamfer height is thus limited to a small proportion of the longitudinal extent of the shank portion. The longitudinal extent of the shaft portion is the length of the cylindrical portion of the shaft portion. The chamfer height is the height of the chamfer measured in the longitudinal extension direction of the shank portion.

In Versuchen hat sich gezeigt, dass die Aufweitung des Schaftabschnitts weniger gut erfolgt, wenn die Fasenhöhe die genannten Werte übersteigt. Je geringer die Fasenhöhe ist, umso besser kann dabei die Stirnfläche am zweiten Längsende des Schaftabschnitts eingedrückt werden und der Hinterschnitt ausgebildet werden. Der Vorteil ist, dass der mechanische Widerstand und somit die für die Verformung des Fügeelements aufzubringenden Kräfte kleiner werden.Experiments have shown that the widening of the shank section is less effective when the chamfer height exceeds the stated values. The smaller the bevel height, the better the end face can be pressed in at the second longitudinal end of the shaft section and the undercut can be formed. The advantage is that the mechanical resistance and thus the forces to be applied for the deformation of the joining element become smaller.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Fügeelement derart ausgebildet, dass für die Längserstreckung LS des Schaftabschnitts und die Dicke D1 des ersten Bauteils im an das Fügeelement angrenzenden Bereich folgende Beziehung gilt: LS ≥ D1 - 0,2 mm.In a further embodiment, the joining element is designed such that the following relationship applies to the longitudinal extent LS of the shaft portion and the thickness D1 of the first component in the region adjacent to the joining element: LS ≥ D1 -0.2 mm.

Insbesondere soll das Fügeelement beim Einführen in das erste Bauteil dieses derart durchdringen, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung und ein direkter Kontakt zwischen den Teilen besteht. Dies dient der besseren Erwärmung und ergibt somit den Vorteil eines effektiven Schweißens.In particular, the joining element when inserted into the first component should penetrate this in such a way that there is an electrically conductive connection and a direct contact between the parts. This serves for better heating and thus gives the advantage of effective welding.

Insbesondere weist der Schaftabschnitt dazu eine größere Länge auf als das zu durchdringende erste Bauteil. Somit kann er zwecks Herstellung der Schweißverbindung durch das erste Bauteil hindurch an das zweite Bauteil gedrückt werden. Dabei kann die Stirnfläche in das zweite Bauteil eintauchen. Insbesondere verbleibt sie an der Oberfläche des zweiten Bauteils und bildet dort mit diesem die Schweißverbindung aus. In particular, the shank portion has a greater length than the first component to be penetrated. Thus, it can be pressed through the first component to the second component for the purpose of producing the welded connection. In this case, the end face can dip into the second component. In particular, it remains on the surface of the second component and forms therewith the welded connection.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Material des Fügeelements einen elektrischen Widerstand von höchstens 500 µΩ auf.In a further embodiment, the material of the joining element has an electrical resistance of at most 500 μΩ.

Dies ermöglicht ein gleichmäßiges und im Vergleich zum ersten Bauteil langsameres Erwärmen des Fügeelements, was den Prozess besser steuerbar und stabiler macht.This enables a uniform and, compared to the first component, slower heating of the joining element, which makes the process more controllable and more stable.

Insbesondere ist das Fügeelement aus Stahl hergestellt. Dies kann ein Eisen-Mangan-Stahl wie z. B. 20MnB4 sein. Auch niedriglegierte Stähl wie beispielsweise C15 oder Edelstähle sind nutzbar.In particular, the joining element is made of steel. This can be an iron-manganese steel such. For example, 20MnB4. Low-alloy steels such as C15 or stainless steels can also be used.

Niedrig legierte Stähle haben dabei den Vorteil eines niedrigeren elektrischen Widerstands, was zu einer geringeren widerstandsbedingten Erwärmung führt. Somit wird das Fügeelement nicht zu heiß, was, wie beschrieben, zu einem besonders stabilen Prozess führt.Low-alloyed steels have the advantage of lower electrical resistance, which leads to less resistance-induced heating. Thus, the joining element is not too hot, which, as described, leads to a particularly stable process.

In einer Ausführungsform sind das Fügeelement und das zweite Bauteil aus demselben Werkstoff hergestellt.In one embodiment, the joining element and the second component are made of the same material.

In einer Ausführungsform umfasst das Fügeelement einen Kopfabschnitt mit einer kegelstumpfförmigen Grundform, wobei die Deckfläche des Kegelstumpfs dem ersten Längsende des Schaftabschnitts zugewandt ist und wobei insbesondere der Durchmesser der Deckfläche im Wesentlichen dem Durchmesser des Schaftabschnitts entspricht. Alternativ weist das Fügeelement einen Kopfabschnitt auf, der im Wesentlichen eine Kreiszylinderform aufweist, die konzentrisch zum Schaftabschnitt angeordnet ist. Dabei ist der Durchmesser des Kopfabschnitts größer ist als der Durchmesser DS des Schaftabschnitts.In one embodiment, the joining element comprises a head section with a frusto-conical basic shape, the top surface of the truncated cone facing the first longitudinal end of the shaft section, and in particular the diameter of the top surface substantially corresponding to the diameter of the shaft section. Alternatively, the joining element has a head section, which essentially has a circular cylindrical shape, which is arranged concentrically to the shaft section. In this case, the diameter of the head portion is greater than the diameter DS of the shaft portion.

Mit anderen Worten wird ein Flachkopf oder ein Senkkopf zur Verfügung gestellt. Der Senkkopf ist dabei eine Kopfform, die dazu eingerichtet ist, zumindest teilweise und insbesondere vollständig im ersten Bauteil versenkt zu werden. Die Deckfläche des Kegelstumpfs ist dabei die kleinere der kreisförmigen Flächen, die den Kegelstumpf in axialer Richtung begrenzen. Diese kontaktiert die am ersten Längsende des Schaftabschnitts befindliche Stirnfläche des Schaftabschnitts.In other words, a flat head or a countersunk head is provided. The countersunk head is a head shape which is adapted to be sunk at least partially and in particular completely in the first component. The top surface of the truncated cone is the smaller of the circular surfaces that limit the truncated cone in the axial direction. This contacts the located at the first longitudinal end of the shaft portion end face of the shaft portion.

Diese Kopfform weist den Vorteil eines bündigen Abschlusses mit der Bauteiloberfläche auf.This head shape has the advantage of flush termination with the component surface.

Insbesondere ist der Kopfabschnitt mit dem ersten Längsende des Schaftabschnitts fest verbundenen und erstreckt sich zumindest bereichsweise in radialer Richtung über den Schaftabschnitt hinaus, überragt den Schaftabschnitt also zumindest bereichsweise. Der Schaftabschnitt kann mit dem Kopfabschnitt eine Schulter ausbilden, die beispielsweise aus zwei rechten Winkeln gebildet wird.In particular, the head portion is fixedly connected to the first longitudinal end of the shaft portion and extends at least partially in the radial direction beyond the shaft portion, thus projects beyond the shaft portion at least partially. The shank portion may form with the head portion a shoulder formed, for example, from two right angles.

Der Kopfabschnitt kann eine aus mehreren Vertiefungen bestehende Materialaufnahmestruktur aufweisen, die sich in einer an den Schaftabschnitt angrenzenden Fläche des Kopfabschnitts jeweils teilumfänglich erstrecken. Diese können mittels Stegen, die sich beispielsweise radial erstrecken, voneinander abgegrenzt sein.The head portion may comprise a multi-well material receiving structure extending in a part of the head portion adjacent to the shaft portion in each case. These can be delimited from one another by means of webs which, for example, extend radially.

Der Durchmesser des Schaftabschnitts kann zwischen 2 mm und 10 mm betragen und/oder der Durchmesser einer am zweiten Längsende des Schaftabschnitts durch die Fase begrenzten Stirnfläche kann zwischen 0,1 mm und 10 mm betragen. Dies sind vorteilhafte, typischerweise genutzte Dimensionen des Fügeelements im erfindungsgemäßen Verfahren.The diameter of the shank portion may be between 2 mm and 10 mm and / or the diameter of an end face defined by the chamfer at the second longitudinal end of the shank portion may be between 0.1 mm and 10 mm. These are advantageous, typically used dimensions of the joining element in the method according to the invention.

In einer Ausgestaltung wird das Verfahren mit einer Widerstandspunktschweißzange realisiert. Es können vorteilhafterweise Standard-Widerstandspunktschweißzangen genutzt werden. Diese kann eine magnetisch, pneumatisch oder elektrisch angetriebene Schweißzange sein. Prinzipiell können alle Betriebsmittel eingesetzt werden, mit denen eine Widerstandserwärmung möglich ist, wie z.B. auch eine Kondensatorentladungsanlage oder eine Einrichtung zum Rollnahtpunktschweißen.In one embodiment, the method is realized with a resistance spot welding gun. Advantageously, standard resistance spot welding guns can be used. This can be a magnetically, pneumatically or electrically driven welding tongs. In principle, all equipment can be used, with which a resistance heating is possible, such. also a capacitor discharge system or a device for roll seam spot welding.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses als Rollnahtschweißverfahren realisiert. Dabei überrollt eine Rolle als Elektrode mehrere Fügeelemente und realisiert mehrere Schweißbereiche. Insbesondere positioniert die Rolle die Fügeelemente weiterhin und/oder führt sie in das erste Bauteil ein.In a further embodiment of the method, this is realized as a roller seam welding process. A roll as an electrode rolls over several joining elements and realizes several welding areas. In particular, the roller continues to position the joining elements and / or introduce them into the first component.

Insbesondere werden mehrere Niete in einem definierten Abstand am ersten Bauteil positioniert, in das erste Bauteil eingeführt und mittels der Rolle durch widerstandsbedingte Erwärmung mit dem zweiten Bauteil verschweißt. Dabei bildet sich insbesondere in jedem Kontaktbereich zwischen einem jeweiligen Fügeelement und dem zweiten Bauteil ein Schweißbereich aus.In particular, a plurality of rivets are positioned at a defined distance on the first component, introduced into the first component and welded by means of the role of resistance-related heating with the second component. In this case, in particular in each contact region between a respective joining element and the second component, a welding region is formed.

Die Rolle kann beispielsweise ein Magazin aufweisen, so dass mehrere Niete z. B. in Aussparungen in der Rolle oder an der Rolle angeordnet werden können und aus dieser Position heraus auf dem ersten Bauteil positioniert werden können. Somit können die Schritte Positionieren, Einführen und Verschweißen in einem Verfahrensgang ausgeführt werden.The role may for example have a magazine, so that several rivets z. B. be arranged in recesses in the roll or on the roll can and can be positioned out of this position on the first component. Thus, the steps of positioning, insertion and welding can be performed in one process step.

Zusätzlich zur Schweißverbindung kann zwischen erstem und zweitem Bauteil eine Klebeverbindung hergestellt werden.In addition to the welded joint, an adhesive bond can be produced between the first and second component.

Es wird zumindest in einem Bereich eines Bauteils, ggf. nach einer geeigneten Vorbehandlung, ein Klebstoff eingebracht. Dieser kann vor, während und/oder nach der Herstellung der Schweißverbindung aushärten. Es wird somit ein Hybridfügeverfahren zur Verfügung gestellt.At least in one region of a component, if appropriate after a suitable pretreatment, an adhesive is introduced. This can harden before, during and / or after the production of the welded joint. Thus, a hybrid joining method is provided.

Die widerstandsbedingte Einbringung von Wärme kann dabei die Realisierung der Klebeverbindung verbessern und beispielsweise einen größeren Halt zwischen den geklebten Flächen ermöglichen. Weiterhin kann das Aufbringen von Druck, beispielsweise durch das Einführen des Fügeelements in das erste Bauteil, eine festere Klebeverbindung ermöglichen. Diese Ausgestaltung hat somit den Vorteil einer gesteigerten Festigkeit der Verbindung bei einer zusätzlichen Nutzung der ausgeübten Kraft und/oder der erhöhten Temperatur durch den Klebeprozess.The resistance-related introduction of heat can thereby improve the realization of the adhesive bond and, for example, allow a greater grip between the glued surfaces. Furthermore, the application of pressure, for example by the insertion of the joining element in the first component, allow a firmer adhesive bond. This embodiment thus has the advantage of increased strength of the connection with an additional use of the applied force and / or the increased temperature by the bonding process.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, welches wenigstens einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteilverbund aufweist. Dieser kann somit ohne Einbußen in der Festigkeit besonders leicht konstruiert werden.A second aspect of the invention is a motor vehicle, in particular a passenger car, which has at least one component composite produced by the method according to the invention. This can thus be constructed very easily without sacrificing strength.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention will be explained below with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings.

Es zeigenShow it

1 Two sectional drawings and two perspective views of joining elements for carrying out the method according to the invention, and
2 : A schematic representation of inventive method steps with a representation of the realized current over time.

1 zeigt zwei Ausführungsformen des Fügeelements 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Links oben dargestellt ist eine Ausführungsform mit einem Flachkopf. Das Fügeelement 10 umfasst einen kreiszylinderförmiger Schaftabschnitt 40 mit einem ersten Längsende und einem dem ersten Längsende gegenüberliegenden zweiten Längsende. Die Längserstreckung LS des Schaftabschnitts 40 ist geringer als sein Durchmesser DS. Am ersten Längsende ist ein kreiszylinderförmiger Kopfabschnitt 42 mit einem größeren Durchmesser als der Schaftabschnitt 40 angeordnet. Beide Abschnitte erstrecken sich konzentrisch um eine Achse 46. 1 shows two embodiments of the joining element 10 for carrying out the method according to the invention. Shown on the top left is an embodiment with a flat head. The joining element 10 includes a circular cylindrical shaft portion 40 with a first longitudinal end and a second longitudinal end opposite the first longitudinal end. The longitudinal extent LS of the shaft portion 40 is less than its diameter DS. At the first longitudinal end is a circular cylindrical head section 42 with a larger diameter than the shank portion 40 arranged. Both sections extend concentrically about an axis 46 ,

Am zweiten Längsende des Schaftabschnitts 40 ist eine Fase ausgebildet. Sie bildet eine Stirnfläche 44, deren Durchmesser DP im gezeigten Beispiel ungefähr 0,6*DS beträgt. Die Fasenhöhe LF ist klein im Vergleich zur Längserstreckung LS des Schaftabschnitts 40; sie beträgt etwa 0,12*LS.At the second longitudinal end of the shaft portion 40 a chamfer is formed. It forms an end face 44 whose diameter DP in the example shown is approximately 0.6 * DS. The chamfer height LF is small in comparison to the longitudinal extent LS of the shaft portion 40 ; it is about 0.12 * LS.

Rechts ist ein ähnliches Fügeelement 10 mit einem Kopfabschnitt 42 dargestellt, welches als Senkkopf ausgestaltet ist. Die Bezeichnungen und Abmessungen sind analog zur links dargestellten Figur. Der Kopfabschnitt 42 umfasst eine kegelstumpfförmige Grundform, wobei die Deckfläche des Kegelstumpfs dem ersten Längsende des Schaftabschnitts 40 zugewandt ist. Der Durchmesser der Deckfläche entspricht dabei dem Durchmesser DS des Schaftabschnitts 40. Auch der Senkkopf erstreckt sich rotationssymmetrisch um die gemeinsame Achse 46.Right is a similar joining element 10 with a head section 42 shown, which is designed as a countersunk head. The names and dimensions are analogous to the figure shown on the left. The head section 42 includes a frusto-conical basic shape, wherein the top surface of the truncated cone is the first longitudinal end of the shaft portion 40 is facing. The diameter of the top surface corresponds to the diameter DS of the shaft portion 40 , Also, the countersunk head extends rotationally symmetrical about the common axis 46 ,

Die jeweils darunter liegenden Darstellungen zeigen Schrägbilder der beschriebenen Fügeelemente 10. Es sind jeweils die Stirnflächen 44 als durch die Fasen abgegrenzte Bereiche sichtbar.The respective underlying representations show oblique images of the described joining elements 10 , There are each the faces 44 visible as areas delimited by the chamfers.

Der Ablauf einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, eines Verfahrens zum Widerstandsschweißnieten, ist in 2 dargestellt. In der oben gezeigten Schrittfolge werden die Positionen des ersten Bauteils 12, des zweiten Bauteils 14 und des Fügeelements 10 zueinander ersichtlich. Darunter befindet sich ein Diagramm, das den Strom I über die Zeit t aufträgt und für die einzelnen Verfahrensschritte somit die entsprechenden Informationen zum realisierten Strom I gibt. Im gezeigten Beispiel ist das erste Bauteil, das Deckblech, ein Aluminiumblech und das zweite Bauteil, das Basisblech, ein Stahlblech. Das Fügeelement 10 besteht aus niedriglegiertem Stahl.The course of an embodiment of the method according to the invention, a method for resistance welding rivets, is in 2 shown. In the sequence of steps shown above, the positions of the first component become 12 , the second component 14 and the joining element 10 visible to each other. Below this is a diagram which plots the current I over the time t and thus gives the corresponding information about the realized current I for the individual method steps. In the example shown, the first component, the cover plate, an aluminum sheet and the second component, the base plate, a steel sheet. The joining element 10 consists of low-alloy steel.

Die erste Abbildung zeigt das mit seinem zweiten Längsende an einem ersten Bauteil 12 anliegende Fügeelement 10. Unter dem ersten Bauteil 12 ist ein zweites Bauteil 14 angeordnet, welches mittels des Fügeelements 10 mit dem ersten Bauteil 12 zu verbinden ist. Eine oben angeordnete erste Elektrode 20 kontaktiert das Fügeelement 10 und eine unten angeordnete zweite Elektrode 22 kontaktiert das zweite Bauteil 14. Die Elektroden 20, 22 sind entlang einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet. Wie unten ersichtlich ist, fließt noch kein Strom I; die gezeigte Darstellung ist ein Ausgangszustand bzw. ein vorbereitender Schritt der Positionierung.The first figure shows this with its second longitudinal end on a first component 12 fitting joining element 10 , Under the first component 12 is a second component 14 arranged, which by means of the joining element 10 with the first component 12 to connect. An upper electrode arranged at the top 20 contacts the joining element 10 and a lower electrode disposed at the bottom 22 contacts the second component 14 , The electrodes 20 . 22 are arranged along a common central axis. As can be seen below, no current I flows yet; The illustration shown is an initial state or a preliminary step of the positioning.

Anschließend an diese Darstellung wird mittels der Elektroden 20, 22 ein in einer Rampe 70 stetig ansteigender Strom I durch Fügeelement 10, erstes Bauteil 12 und zweites Bauteil 14 angelegt. Widerstandsbedingt erwärmen sich die genannten Teile 10, 12, 14. Mittels einer vergleichsweise geringen Druckkraft, die über die Elektroden 20, 22 ausgeübt wird, wird das Fügeelement 10 in das erste Bauteil 12 eingeführt. Somit kommt es zu einem Kontakt zwischen seinem zweiten, mit der Fase versehenen Längsende und dem zweiten Bauteil 14. Der Kopfabschnitt (hier nicht bezeichnet) des Fügeelements 10 liegt in der hier gezeigten Darstellung allerdings noch nicht an der Oberfläche des ersten Bauteils 12 an, sondern bildet einen Überstand 30 aus, der sich aus der Schaftlänge + Fasenhöhe des Fügeelements 10 abzüglich der Dicke des ersten Bauteils 12 ergibt.Following this presentation is by means of the electrodes 20 . 22 one in a ramp 70 steadily increasing current I through joining element 10 , first component 12 and second component 14 created. As a result of resistance, the parts mentioned heat up 10 . 12 . 14 , By means of a comparatively low compressive force, via the electrodes 20 . 22 is exercised, the joining element 10 in the first component 12 introduced. Thus, there is a contact between its second, provided with the chamfer longitudinal end and the second component 14 , The head section (not marked here) of the joining element 10 However, in the illustration shown here is not yet on the surface of the first component 12 but forms a supernatant 30 resulting from the shaft length + chamfer height of the joining element 10 minus the thickness of the first component 12 results.

Durch die Verdrängung von Material aus dem ersten Bauteil 12 mittels des Fügeelements 10 entsteht eine Materialansammlung 38 um den Durchstoßbereich herum und zwischen den Bauteilen 12, 14. Diese wird im weiteren Verlauf, wie in der folgenden Darstellung gezeigt, über eine gesteigerte Kraft der Elektroden 20, 22 auf die Bauteile 12, 14 verteilt und der zwischenzeitlich vorhandene Abstand zwischen den zu fügenden Bauteilen 12, 14 kann somit wieder ausgeglichen werden.By displacing material from the first component 12 by means of the joining element 10 creates a collection of material 38 around the puncture area and between the components 12 . 14 , This is later in progress, as shown in the following diagram, via an increased force of the electrodes 20 . 22 on the components 12 . 14 distributed and the meantime existing distance between the components to be joined 12 . 14 can thus be compensated again.

Die dritte Darstellung zeigt diese Phase des Verfahrens. Das Fügeelement 10 wurde vollständig eingeführt und ist nun um den Betrag des Überstands 30 in das zweite Bauteil 14 eingetaucht. Es bildet sich ein Eintauchbereich 31. Die konnte erfolgen, das durch den weiter gesteigerten Strom I entlang der beschriebenen Rampe 70, auch als Vorimpuls bezeichnet, die Temperatur weiter erhöht wurde. Je höher der Strom I hier gewählt wird, desto tiefer taucht der Schaftabschnitt in das zweite Bauteil 14 ein.The third illustration shows this phase of the procedure. The joining element 10 has been fully introduced and is now around the amount of the supernatant 30 in the second component 14 immersed. It forms a dip area 31 , This could be done by the further increased current I along the described ramp 70 , also known as pre-pulse, the temperature was further increased. The higher the current I chosen here, the deeper the shaft section dives into the second component 14 one.

Im folgenden Schritt ist im I-t-Diagramm der Schweißimpuls 72 dargestellt, der sich durch einen plötzlichen Anstieg des Stroms I zur Durchführung der Aufweitung und des Schweißprozesses kennzeichnet. Dieser ist als Rechteckimpuls realisiert. Aufgrund der starken und raschen Erwärmung in Verbindung mit der über die Elektroden 20, 22 aufgebrachten Kraft weitet sich das zweite Längsende des Schaftabschnitts des Fügeelements 10 auf und bildet im ersten Bauteil 12 den gewünschten Hinterschnitt 32 aus. Eine Vergrößerung des Durchmessers 34 wird deutlich.The next step in the It diagram is the welding pulse 72 represented by a sudden increase in the current I to perform the expansion and the welding process. This is realized as a rectangular pulse. Due to the strong and rapid heating in connection with the over the electrodes 20 . 22 applied force expands the second longitudinal end of the shaft portion of the joining element 10 on and forms in the first component 12 the desired undercut 32 out. An enlargement of the diameter 34 becomes clear.

In der folgenden fünften Abbildung ist die Ausbildung des Schweißbereichs 36 gezeigt. Der Schweißimpuls 72 ist beendet und die sogenannte Schweißlinse verbindet das Fügeelement im Kontaktbereich des vergrößerten Durchmessers 34 seines Schaftabschnitts mit dem zweiten Bauteil 14. Die hergestellte Verbindung weist aufgrund des größeren Schweißbereichs 36 eine höhere Festigkeit auf als die mit einem herkömmlichen Verfahren herstellbare Verbindung.In the following fifth figure is the formation of the weld area 36 shown. The welding impulse 72 is finished and the so-called weld lens connects the joining element in the contact area of the enlarged diameter 34 its shaft portion with the second component 14 , The connection made is due to the larger weld area 36 a higher strength than the compound producible by a conventional method.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Fügeelementjoining element 1010 Erstes BauteilFirst component 1212 Zweites BauteilSecond component 1414 Erste ElektrodeFirst electrode 2020 Zweite ElektrodeSecond electrode 2222 ÜberstandGot over 3030 EintauchbereichImmersion region 3131 Hinterschnittundercut 3232 Vergrößerung des DurchmessersEnlargement of the diameter 3434 Schweißbereichwelding area 3636 Materialansammlungmaterial collection 3838 Schaftabschnittshank portion 4040 Kopfabschnittheader 4242 Stirnflächeface 4444 Achseaxis 4646 Längserstreckung des SchaftabschnittsLongitudinal extension of the shaft section LSLS Durchmesser des SchaftabschnittsDiameter of the shaft section DSDS FasenhöheBevelheight LFLF Durchmesser der StirnflächeDiameter of the face DPDP Schweißstromwelding current II ZeitTime tt Ramperamp 7070 Schweißimpulswelding pulse 7272

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004025492 [0006]

Claims

Method for producing a composite component by means of resistance welding, comprising the steps: - providing a first component (12), in particular an aluminum sheet, and at least one second component (14), in particular a steel sheet, wherein at least the second component (14) at least partially from a providing electrically conductive material, comprising a shank portion (40) having a first longitudinal end and a second longitudinal end opposite the first longitudinal end, a chamfer at the second longitudinal end of the shank portion (40) is formed, - introducing the joining element (10) in the first component (12), so that the joining element (10) with its second longitudinal end, the second component (14) contacted, - realization of an electric current (I) at least by the joining element ( 10) and the second component (14) to achieve a res Conditional heating, so that in the contact region of the joining element (10) with the second component (14) forms a welding area (36), characterized in that the method is carried out such that the shank portion (40) of the joining element (10) at least widens in the welding area (36) and forms an undercut (32) in the first component (12).

Method for producing a component composite according to Claim 1 , characterized in that the shank portion (40) of the joining element (10) has a circular cylindrical basic shape with a diameter DS and a at the second longitudinal end of the shank portion (40) limited by the chamfer end face (44) has a diameter DP, where: DP ≤ 0.8 * DS, in particular DP ≤ 0.6 * DS.

Method for producing a component assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the joining element (10) is designed such that the following relationship applies to the bevel height LF measured in the longitudinal direction of the shank portion (40) and the longitudinal extent LS of the shank portion (40): LF ≤ 0.2 * LS, in particular 0.1 * LS ≤ LF ≤ 0.2 * LS.

Method for producing a composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the joining element (10) is designed such that for the longitudinal extent LS of the shank portion (40) and the thickness D1 of the first component (12) in the joining element (10 ) adjacent area has the following relationship: LS ≥ D1 - 0.2 mm.

Method for producing a component composite according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the joining element (10) has an electrical resistance of at most 500 μΩ.

Process for producing a component composite according to one of Claims 2 - 5 , characterized in that the joining element (10) has a head portion (42) comprising - a frusto-conical basic shape, wherein the top surface of the truncated cone faces the first longitudinal end of the shaft portion (40) and wherein in particular the diameter of the top surface is substantially equal to the diameter DS of the shank portion (40) corresponds to or substantially has a circular cylindrical shape, which is arranged concentrically to the shank portion (40), wherein the diameter of the head portion (42) is greater than the diameter DS of the shank portion (40).

A method for producing a composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter DS of the shank portion (40) is between 2 mm and 10 mm and / or that the diameter DP of one at the second longitudinal end of the shank portion (40) bounded by the chamfer Face (44) is between 0.1 mm and 10 mm.

A method for producing a composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the method is realized as a roller seam welding process, wherein a roller as an electrode rolls over several joining elements (10) and a plurality of welding areas (36) realized, wherein the roller, the joining elements (10) in particular also positioned and / or inserted into the first component (12).

Method for producing a component composite according to one of the preceding claims, characterized in that an adhesive bond is produced between the first (12) and second component (14).

Motor vehicle, in particular passenger car, characterized in that this at least one with the method according to one of Claims 1 - 9 having produced composite component.