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Die Erfindung betrifft ein Fügeelement zum Einbringen in ein Sandwichbauteil und/oder zum Verbinden von plattenförmigen Bauteilen.
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Fügeelemente zum Einbringen in Sandwichbauteile sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Sandwichbauteile weisen typischerweise zwei Decklagen und einen zwischen den Decklagen angeordneten Kern, beispielsweise einen Wabenkern, auf. Sandwichbauteile dienen zum Leichtbau und werden daher beispielsweise im Flugzeugbau eingesetzt.
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Die Decklagen der Sandwichbauteile sind in der Regel vergleichsweise stabil ausgebildet, wobei der zwischen den Decklagen angeordnete Kern eine weit geringere Stabilität aufweist.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Fügeelemente werden beispielsweise zur Realisierung von Verbindungsstellen oder Schnittstellen als sogenannte Inserts oder Onserts in Sandwichbauteile eingebracht.
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Diese sogenannten Onserts werden regelmäßig nur auf eine Decklage eines Sandwichbauteils aufgebracht, so dass auch nur diese eine Decklage einer erhöhten Belastung ausgesetzt ist. Ein Materialversagen kann daher bei einem Sandwichbauteil mit erhöhter Wahrscheinlichkeit auf der Decklagenseite auftreten, an welcher ein derartiges Onsert angebracht ist.
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Um dies zu vermeiden sind Fügeelemente bekannt geworden, welche durch ein gesamtes Sandwichbauteil von einer ersten Decklage bis zu einer zweiten Decklage geschoben werden und dann im Bereich der zweiten Decklage mit dem Sandwichbauteil verklebt werden. Eine einseitige Belastung des Sandwichbauteils auf der Seite lediglich einer Decklage kann dabei zumindest teilweise vermieden werden. Allerdings hat sich die Befestigung derartiger Fügeelemente in Sandwichbauteilen dennoch als vergleichsweise unzuverlässig und kompliziert erwiesen.
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Darüber hinaus weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Fügeelemente einen stark eingeschränkten Verwendungsbereich auf, wobei die Verwendung lediglich auf Sandwichbauteile beschränkt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fügeelement bereitzustellen, welches einerseits eine einfache und dauerhafte Befestigung in einem Sandwichbauteil ermöglicht und welches darüber hinaus variabel einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein Fügeelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das Fügeelement weist einen in Richtung einer Längsachse zumindest bereichsweise axial komprimierbaren Grundkörper auf.
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Der Grundkörper umfasst einen ersten Klemmbereich zum Klemmen einer ersten Decklage eines Sandwichbauteils oder zum Klemmen eines ersten plattenförmigen Bauteils.
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Der Grundkörper umfasst ferner einen zweiten Klemmbereich zum Klemmen einer zweiten Decklage eines Sandwichbauteils oder zum Klemmen eines zweiten plattenförmigen Bauteils.
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Der Grundkörper umfasst zudem einen Abstandsbereich.
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Der erste und der zweite Klemmbereich sind an einander abgewandten Endbereichen des Abstandsbereichs angeordnet.
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Der erste Klemmbereich umfasst einen oder mehrere Umformungsbereiche.
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Der eine oder die mehreren Umformungsbereiche sind durch axiales Komprimieren des Grundkörpers zum Klemmen einer ersten Decklage eines Sandwichbauteils oder zum Klemmen eines ersten plattenförmigen Bauteils plastisch verformbar.
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Der zweite Klemmbereich umfasst einen oder mehrere Umformungsbereiche.
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Der eine oder die mehreren Umformungsbereiche sind durch axiales Komprimieren des Grundkörpers zum Klemmen einer zweiten Decklage eines Sandwichbauteils oder zum Klemmen eines zweiten plattenförmigen Bauteils plastisch verformbar.
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Im Rahmen dieser Patentanmeldung können Decklagen eines Sandwichbauteils sowie plattenförmige Bauteile eine ebene oder auch eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.
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Der Grundkörper des Fügeelements ist vorzugsweise zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet.
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Es ist jedoch insbesondere auch denkbar, dass der Grundkörper nicht rotationssymmetrisch ist, sondern in Richtung der Längsachse beispielsweise einen viereckigen, insbesondere einen quadratischen, fünfeckigen oder andersartig polygonalen Querschnitt aufweist.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Umformungsbereiche in einem unverformten Zustand, das heißt in einem Zustand, in dem der Grundkörper noch nicht axial komprimiert ist und die Umformungsbereiche noch nicht plastisch verformt sind, zumindest näherungsweise axial, das heißt parallel zur Längsachse des Grundkörpers.
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In einem verformten Zustand, das heißt wenn der Grundkörper zumindest bereichsweise komprimiert ist und ein jeweiliger Umformungsbereich plastisch verformt ist, erstrecken sich die Umformungsbereiche jeweils insbesondere zumindest näherungsweise radial, das heißt senkrecht zur Längsachse.
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Vorzugsweise bilden die Umformungsbereiche im verformten Zustand einen radial nach außen ragenden Kragen, beispielsweise einen Klemmkragen.
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Vorzugsweise sind der Grundkörper und die Umformungsbereiche zumindest abschnittsweise zylindermantelförmig und/oder hohlzylinderförmig ausgebildet.
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Die Umformungsbereiche weisen im unverformten Zustand in Richtung der Längsachse vorzugsweise eine Höhe von wenigstens 4mm auf.
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Wenn der Grundkörper rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet ist, sind der eine oder die mehreren Umformungsbereiche im verformten Zustand insbesondere kreisringförmig ausgebildet.
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Vorzugsweise entspricht eine Kreisringbreite des Umformungsbereichs im verformten Zustand dann zumindest näherungsweise einer doppelten Höhe des Umformungsbereichs im unverformten Zustand.
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Dies entspricht einer Idealbetrachtung bei einer Wandstärke des Umformungsbereichs von näherungsweise gleich Null. Um einen Klemmkragen mit einer im verformten Zustand des Umformungsbereichs gewünschten Kreisringbreite bereitstellen zu können, muss der Umformungsbereich im unverformten Zustand daher eine Höhe aufweisen, welche zumindest der doppelten Kreisringbreite im verformten Zustand entspricht.
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Der Grundkörper weist vorzugsweise in Richtung der Längsachse eine Höhe auf, welche größer ist als eine Dicke des Sandwichbauteils, in welches das Fügeelement eingebracht werden soll.
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Somit kann erreicht werden, dass auch bei axial komprimiertem Grundkörper sowie im ersten und zweiten Klemmbereich jeweils eingeklemmter erster und zweiter Decklage des Sandwichbauteils keine axiale Belastung auf die beiden Decklagen des Sandwichbauteils ausgeübt wird.
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Der Abstandsbereich weist insbesondere eine Länge auf, welche im Wesentlichen einer Dicke des Kerns oder Wabenkerns eines Sandwichbauteils entspricht. Die Länge des Abstandsbereichs kann vorzugsweise auch einem gewünschten oder einzustellenden Abstand zweier zu verbindender plattenförmiger Bauteile entsprechen.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Klemmbereich einen ersten Anlageflansch umfasst, wobei der erste Anlageflansch und der Umformungsbereich des ersten Klemmbereichs auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Aufnahmebereichs zur Aufnahme einer ersten Decklage eines Sandwichbauteils oder eines ersten plattenförmigen Bauteils angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist der erste Anlageflansch mit dem Grundkörper insbesondere einteilig verbunden. Der erste Anlageflansch erstreckt sich insbesondere zumindest näherungsweise orthogonal zur Längsachse, das heißt radial.
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Der erste Anlageflansch ist insbesondere zur flächigen Anlage an ein plattenförmiges Bauteil ausgebildet.
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Der Anlageflansch ist vorzugsweise kreisringförmig ausgebildet, insbesondere bei rotationssymmetrisch ausgebildetem Grundkörper.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper zweiteilig ist und einen ersten Grundkörperteil sowie einen zweiten Grundkörperteil umfasst. Der erste Grundkörperteil umfasst vorzugsweise den ersten Klemmbereich und den ersten Anlageflansch.
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Der zweite Grundkörperteil umfasst vorzugsweise den zweiten Klemmbereich, welcher einen zweiten Anlageflansch umfasst.
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Der zweite Anlageflansch und der Umformungsbereich des zweiten Klemmbereichs sind insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Aufnahmebereichs zur Aufnahme einer zweiten Decklage eines Sandwichbauteils oder eines zweiten plattenförmigen Bauteils angeordnet.
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Günstig kann es dabei sein, wenn der erste Grundkörperteil und der zweite Grundkörperteil jeweils wenigstens ein Verbindungselement zur gegenseitigen Verbindung des ersten Grundkörperteils und des zweiten Grundkörperteils aufweisen.
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Das Verbindungselement ist vorzugsweise ein Schraubgewinde.
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Dabei kann es günstig sein, wenn am ersten Grundkörperteil ein Innengewinde vorgesehen ist und wenn am zweiten Grundkörperteil ein Außengewinde vorgesehen ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass am ersten Grundkörperteil ein Außengewinde vorgesehen ist, wobei am zweiten Grundkörperteil ein Innengewinde vorgesehen ist.
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Alternativ oder ergänzend zu einem Schraubgewinde ist denkbar, dass das Verbindungselement ein Klemmabschnitt, ein Schnapp- oder ein Rasthaken ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper einteilig ist, wobei der erste und/oder der zweite Klemmbereich jeweils zwei Umformungsbereiche umfasst, welche jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Aufnahmebereichs zur Aufnahme einer Decklage eines Sandwichbauteils oder eines plattenförmigen Bauteils angeordnet sind.
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Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Klemmbereich insgesamt vier Umformungsbereiche aufweisen, wobei kein Anlageflansch vorgesehen ist.
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Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der erste Klemmbereich einen Anlageflansch und einen Umformungsbereich umfasst, wobei der zweite Klemmbereich zwei Umformungsbereiche umfasst.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umformungsbereiche faltbar ausgebildet sind.
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Die Umformungsbereiche sind insbesondere durch Faltenbeulen, insbesondere nach radial außen, das heißt senkrecht zur Längsachse, insbesondere plastisch, verformbar.
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Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn eine Verformung der Umformungsbereiche durch geeignete Maßnahmen ausgelöst oder getriggert wird.
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Zur Auslösung oder Triggerung der Umformung kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper im Bereich der Umformungsbereiche eine reduzierte Materialdicke aufweist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper eine Durchgangsöffnung aufweist, welche insbesondere konzentrisch zur Längsachse angeordnet und/oder ausgebildet ist.
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Vorzugsweise weist der Grundkörper eine oder mehrere Öffnungen auf, welche den Grundkörper radial insbesondere vollständig durchdringen.
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Somit kann ein in ein Sandwichbauteil eingebrachtes Fügeelement durch Einbringen eines Klebstoffs in das Sandwichbauteil durch die Öffnungen hindurch mit dem Sandwichbauteil zumindest abschnittsweise verklebt werden.
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Insbesondere können durch Einbringen eines Klebstoffs durch die Öffnungen beschädigte Bereiche des Sandwichbauteils, welche durch Verformung der Umformungsbereiche entstanden sind, beispielsweise im Kern des Sandwichbauteils, mit Klebstoff gefüllt werden.
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Wenn der Grundkörper eine Durchgangsöffnung aufweist, durchdringen die Öffnungen vorzugsweise eine Wand des Grundkörpers in radialer Richtung.
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Günstig kann es sein, wenn der Grundkörper eine Werkzeugansetzstelle und/oder ein Innengewinde umfasst, wobei die Werkzeugansetzstelle und/oder das Innengewinde insbesondere in einer Durchgangsöffnung des Grundkörpers angeordnet ist.
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Wenn der Grundkörper des Fügeelements zweiteilig ist, kann es insbesondere günstig sein, wenn der erste Grundkörperteil und der zweite Grundkörperteil jeweils eine Werkzeugansetzstelle umfassen.
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Die eine oder die mehreren Werkzeugansetzstellen und das Innengewinde sind vorzugsweise koaxial zur Längsachse des Grundkörpers angeordnet.
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Die Werkzeugansetzstelle ist beispielsweise ein Innensechskant.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper in den Umformungsbereichen eine Verformungswandstärke aufweist, welche geringer ist als eine Wandstärke des Grundkörpers außerhalb der Umformungsbereiche, insbesondere im Abstandsbereich und/oder im Aufnahmebereich.
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Dabei können insbesondere an verschiedenen Umformungsbereichen jeweils voneinander verschiedene Verformungswandstärken vorgesehen sein. Somit kann vorzugsweise erreicht werden, dass verschiedene Umformungsbereiche bei axialer Komprimierung des Grundkörpers nacheinander verformt werden.
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Vorzugsweise werden zunächst die Umformungsbereiche mit der geringsten Verformungswandstärke verformt und anschließend die Umformungsbereiche mit der nächstgrößeren Verformungswandstärke.
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Alternativ oder ergänzend zu einer Verformungswandstärke, welche geringer ist als eine Wandstärke des Grundkörpers außerhalb der Umformungsbereiche, kann vorgesehen sein, dass an einem Umfangsbereich eines Umformungsbereichs beispielsweise eine Materialschwächung, insbesondere eine Einkerbung, vorgesehen ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Klemmbereich und der zweite Klemmbereich jeweils einen Aufnahmebereich umfassen.
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Der Grundkörper weist im Aufnahmebereich vorzugsweise eine Wandstärke auf, welche größer ist als eine Verformungswandstärke des Grundkörpers in den Umformungsbereichen.
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Die Wandstärke des Grundkörpers im Aufnahmebereich ist insbesondere wenigstens um einen Faktor 1,5 bis 2 größer als eine Verformungswandstärke des Grundkörpers in den Umformungsbereichen.
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Bei axialer Komprimierung des Grundkörpers erfolgt somit insbesondere keine Verformung des Grundkörpers im Aufnahmebereich.
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Bei einem Fügeelement, welches einen einteiligen Grundkörper aufweist, kann der erste Umformungsbereich insbesondere mittels des Aufnahmebereichs vom ersten Anlageflansch beabstandet sein.
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Ein zweiter und ein dritter Umformungsbereich, welche beispielsweise am zweiten Klemmbereich angeordnet sind, können entsprechend mittels eines Aufnahmebereichs voneinander beabstandet sein.
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Das Fügeelement kann daher vorzugsweise durch eine Wahl einer Höhe der jeweiligen Aufnahmebereiche, insbesondere durch Wahl einer Höhe in Richtung der Längsachse des Grundkörpers, an eine Dicke der Decklagen eines Sandwichbauteils bzw. an eine Dicke von zu verbindenden plattenförmigen Bauteilen angepasst werden.
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Wenn der Grundkörper des Fügeelements zweiteilig ausgebildet ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Umformungsbereich des ersten Klemmbereichs und der Umformungsbereich des zweiten Klemmbereichs jeweils mittels eines Aufnahmebereichs vom jeweiligen Anlageflansch beabstandet sind.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper einen oder mehrere Auslösebereiche umfasst.
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Vorzugsweise umfasst das Fügeelement ferner einen oder mehrere Auslösemechanismen.
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Der eine oder die mehreren Auslösebereiche und/oder der eine oder die mehreren Auslösemechanismen lösen bei Krafteinleitung in axialer Richtung des Grundkörpers insbesondere eine Verformung des einen oder der mehreren Umformungsbereiche aus.
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Vorzugsweise umfasst das Fügeelement für jeden Umformungsbereich jeweils einen Auslösebereich und/oder jeweils einen Auslösemechanismus.
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Der Auslösebereich kann dabei insbesondere eine am Grundkörper angeordnete Materialschwächung, beispielsweise eine insbesondere umlaufende Nut, Rillung und/oder Einkerbung, sein.
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Günstig kann es insbesondere sein, wenn die Materialschwächung axial mittig am Umformungsbereich angeordnet ist. Somit kann erreicht werden, dass eine plastische Verformung des Umformungsbereichs an einer definierten Position erfolgt.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Auslösemechanismus ein Stützelement zur Stützung des Grundkörpers in einem Umformungsbereich umfasst, welches am Grundkörper anordenbar, insbesondere auf den Grundkörper aufsteckbar, ist.
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Das Stützelement ist insbesondere am Grundkörper axial festlegbar. Somit kann eine axiale Position des Stützelements eingestellt werden.
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Das Stützelement umfasst vorzugsweise eine Öffnung, wobei ein Innendurchmesser der Öffnung insbesondere nur unwesentlich größer ist als ein Außendurchmesser des Grundkörpers, insbesondere im Bereich des einen oder der mehreren Umformungsbereiche.
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Das Fügeelement umfasst vorzugsweise mehrere Stützelemente.
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Die mehreren Stützelemente weisen insbesondere in Richtung der Längsachse verschiedene Höhen auf. Somit kann erreicht werden, dass durch Auswahl eines Stützelements ein Abstand eines Umformungsbereichs zu einem Anlageflansch und/oder ein Abstand zwischen zwei Umformungsbereichen einstellbar ist.
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Insbesondere kann vermieden werden, dass eine Höhe eines Aufnahmebereichs an eine Dicke einer Decklage eines Sandwichbauteils oder an eine Dicke eines plattenförmigen Bauteils angepasst werden muss.
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Das Stützelement kann beispielsweise eine Scheibe sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Stützelement in einem in Richtung der Längsachse genommenen Querschnitt einen von einer Kreisringform abweichenden Querschnitt aufweist.
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Wesentlich ist insbesondere lediglich, dass das Stützelement eine Verformung des Grundkörpers in dem Bereich der Umformungsbereiche verhindert, in dem es am Grundkörper angeordnet ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper eine Verdrehsicherung zur Vermeidung eines Verdrehens des Grundkörpers gegenüber einer Decklage eines Sandwichbauteils oder gegenüber einem plattenförmigen Bauteil und/oder zur Vermeidung eines Verdrehens der Grundkörperteile untereinander umfasst.
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Die Verdrehsicherung verhindert dabei insbesondere ein Verdrehen des Grundkörpers gegenüber einer Decklage eines Sandwichbauteils und/oder gegenüber einem plattenförmigen Bauteil.
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Vorzugsweise ist die Verdrehsicherung am ersten Anlageflansch und/oder am zweiten Anlageflansch angeordnet.
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Die Verdrehsicherung kann insbesondere eine Nut umfassen, welche am Anlageflansch angeordnet ist und beispielsweise in radialer Richtung verläuft.
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Eine derartige als Nut ausgebildete Verdrehsicherung kann beispielsweise mit einer Verdrehsicherung an einem Werkzeug, insbesondere mit einem Vorsprung, derart zusammenwirken, dass der Grundkörper mittelbar über das Werkzeug gegen Verdrehen gesichert ist.
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Alternativ oder ergänzend zu einer Nut kann die Verdrehsicherung einen oder mehrere Vorsprünge umfassen, welche in axialer Richtung vom Anlageflansch weg ragen.
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Derartige Vorsprünge können insbesondere als Rippen, Dorne oder Riffelungen ausgebildet sein.
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Die Vorsprünge dienen insbesondere zur Verankerung in einer Decklage eines Sandwichbauteils.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Bauteilverbund, welcher ein Sandwichbauteil umfasst.
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Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, einen Bauteilverbund bereitzustellen, bei dem Decklagen eines Sandwichbauteils oder zwei oder mehrere plattenförmige Bauteile einfach und dauerhaft miteinander verbunden sind.
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Diese Aufgabe wird durch einen Bauteilverbund mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Ein derartiger Bauteilverbund umfasst ein Sandwichbauteil oder zwei oder mehrere plattenförmige Bauteile. Der Bauteilverbund umfasst ferner ein oder mehrere Fügeelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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Der Grundkörper des einen oder der mehreren Fügeelemente ist zumindest bereichsweise axial komprimiert.
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Eine erste Decklage des Sandwichbauteils oder ein erstes plattenförmiges Bauteil ist zumindest bereichsweise im ersten Klemmbereich des Grundkörpers geklemmt, wobei ein oder mehrere Umformungsbereiche des ersten Klemmbereichs verformt sind.
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Eine zweite Decklage des Sandwichbauteils oder ein zweites plattenförmiges Bauteil ist zumindest bereichsweise im zweiten Klemmbereich des Grundkörpers geklemmt, wobei ein oder mehrere Umformungsbereiche des zweiten Klemmbereichs verformt sind.
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Vorzugsweise sind die plattenförmigen Bauteile oder die Decklagen des Sandwichbauteils durch das Fügeelement form- und kraftschlüssig miteinander verbunden.
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Somit können mittels eines Fügeelements insbesondere zwei oder mehrere plattenförmige Bauteile in vorgegebenem Abstand miteinander verbunden werden.
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Ferner ist es vorzugsweise möglich, Decklagen eines Sandwichbauteils mittels des Fügeelements gegenseitig zu stabilisieren.
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Zudem können mittels des Fügeelements insbesondere Anbindungselemente zur Anbindung weiterer Bauteile an einem Sandwichbauteil angeordnet werden, ohne die Decklagen des Sandwichbauteils wesentlich zu belasten.
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Insgesamt kann in einem derartigen Bauteilverbund durch ein Fügeelement erreicht werden, dass eine Belastung eines Sandwichbauteils auf beide Decklagen des Sandwichbauteils im Bauteilverbund verteilt werden kann.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper des Fügeelements am Abstandsbereich zwischen den beiden Klemmbereichen einen Kernumformungsbereich aufweist, welcher derart verformt ist, dass er in einen Kern des Sandwichbauteils zumindest teilweise eingreift.
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Vorzugsweise ist der Kernumformungsbereich ebenfalls zwischen einem unverformten Zustand und einem verformten Zustand durch axiales Komprimieren des Grundkörpers plastisch verformbar.
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Der Kernumformungsbereich ist im unverformten Zustand insbesondere zumindest abschnittsweise parallel zum Abstandsbereich.
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Vorzugsweise weist der Grundkörper im Kernumformungsbereich eine Wandstärke auf, welche in etwa einer Verformungswandstärke der Umformungsbereiche entspricht.
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Die Wandstärke des Grundkörpers im Kernumformungsbereich kann insbesondere zur zeitlich getriggerten Verformung an verschiedene Verformungswandstärken der Umformungsbereiche angepasst sein.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einbringen eines Fügeelements in ein Sandwichbauteil.
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Der Erfindung liegt daher die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine einfache und dauerhafte Befestigung eines Fügeelements in einem Sandwichbauteil ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Das Verfahren umfasst zunächst entweder ein Einbringen des ersten Klemmbereichs und des zweiten Klemmbereichs des Grundkörpers in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils oder ein Einbringen des ersten Klemmbereichs des Grundkörpers in eine Durchgangsöffnung eines ersten plattenförmigen Bauteils sowie Einbringen des zweiten Klemmbereichs des Grundkörpers in eine Durchgangsöffnung eines zweiten plattenförmigen Bauteils.
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Das Verfahren umfasst ferner ein anschließendes axiales Komprimieren des Grundkörpers, so dass die Umformungsbereiche des ersten Klemmbereichs und des zweiten Klemmbereichs plastisch verformt werden.
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Dabei werden eine erste Decklage und eine zweite Decklage des Sandwichbauteils oder das erste plattenförmige Bauteil und das zweite plattenförmige Bauteil zumindest bereichsweise mittels der verformten Umformungsbereiche im ersten Klemmbereich und im zweiten Klemmbereich geklemmt.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch ein Fügeelement mit einem einteiligen Grundkörper in einem unverformten Zustand;
- 2 eine schematische Darstellung eines in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils eingebrachten Fügeelements gemäß 1 in einem Längsschnitt durch das Sandwichbauteil vor axialer Komprimierung des Grundkörpers des Fügeelements mittels eines Stempels;
- 3 eine schematische Darstellung eines in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils eingebrachten Fügeelements, wobei der in 2 gezeigte Stempel den Grundkörper des Fügeelements bereits in einem ersten Umformungsbereich bereichsweise komprimiert und plastisch verformt hat;
- 4 eine schematische Darstellung eines in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils eingebrachten Fügeelements, wobei der in den 2 und 3 gezeigte Stempel den Grundkörper des Fügeelements bereits bereichsweise komprimiert und auch einen zweiten Umformungsbereich des Grundkörpers plastisch verformt hat;
- 5 eine schematische Darstellung eines in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils eingebrachten Fügeelements, wobei der in den 2 bis 4 gezeigte Stempel den Grundkörper des Fügeelements bereits axial komprimiert und auch in einem dritten Umformungsbereich plastisch verformt hat;
- 6 eine schematische Darstellung zweier mittels eines in 1 dargestellten Fügeelements verbundener plattenförmiger Bauteile, wobei der Stempel den Grundkörper des Fügeelements bereits axial komprimiert und in sämtlichen Umformungsbereichen plastisch verformt hat;
- 7 eine schematische Darstellung eines ersten Grundkörperteils eines Grundkörpers eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Fügeelements;
- 8 eine schematische Darstellung eines zweiten Grundkörperteils eines Grundkörpers des zweiten Ausführungsbeispiels des Fügeelements gemäß 7;
- 9 eine schematische Darstellung eines in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils eingebrachten zweiten Grundkörperteils gemäß 8, wobei der zweite Grundkörperteil bereits bereichsweise axial komprimiert ist und ein Umformungsbereich des zweiten Grundkörperteils plastisch verformt ist;
- 10 eine schematische Darstellung eines in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils eingebrachten ersten Grundkörperteils, wobei der erste Grundkörperteil bereits bereichsweise axial komprimiert ist und ein Umformungsbereich des ersten Grundkörperteils plastisch verformt ist;
- 11 eine schematische Darstellung eines in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils eingebrachten zweiten Grundkörperteils gemäß 8 oder 9, wobei das Sandwichbauteil zwischen einem Gegenhalter und einem Niederhalter eingespannt ist und der zweite Grundkörperteil mittels eines Stempels bereichsweise axial komprimiert wird;
- 12 eine schematische Darstellung eines an den in 11 gezeigten anschließenden Schritts, wobei der erste Grundkörperteil ebenfalls in die Durchgangsöffnung des Sandwichbauteils eingebracht ist und der erste Grundkörperteil mittels eines Stempels bereichsweise axial komprimiert wird, wobei der zweite Grundkörperteil und der erste Grundkörperteil mittels jeweiliger, als Schraubgewinde ausgebildeter, Verbindungselemente miteinander verbunden sind;
- 13 eine schematische Darstellung einer Detailansicht eines in eine Durchgangsöffnung eines Sandwichbauteils eingebrachten Fügeelements gemäß 13, wobei ein als Scheibe ausgebildetes Stützelement mit einer ersten Höhe am Grundkörper angeordnet ist; und
- 14 eine schematische Darstellung der Detailansicht gemäß 13, wobei ein als Scheibe ausgebildetes Stützelement mit einer zweiten Höhe am Grundkörper angeordnet ist.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel eines als Ganzes mit 100 bezeichneten Fügeelements ist in den 1 bis 6 gezeigt.
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Die 7 bis 12 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Fügeelements 100.
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In den 13 und 14 ist jeweils eine Weiterbildung im Detail gezeigt, welche sowohl auf das in den 1 bis 6 gezeigte Fügeelement 100, als auch auf das in den 7 bis 12 gezeigte Fügeelement 100 anwendbar ist.
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Das in den 1 bis 6 gezeigte Fügeelement 100 ist in 1 im Schnitt gezeigt.
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Das Fügeelement 100 ist insbesondere zum Einbringen in ein Sandwichbauteil 102 (vergl. 2 bis 5) oder zum Verbinden zweier plattenförmiger Bauteile 104, 106 ausgebildet (vergl. 6).
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Das Fügeelement 100 weist daher einen in Richtung einer Längsachse 108 zumindest bereichsweise axial komprimierbaren Grundkörper 110 auf.
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Der Grundkörper 110 umfasst einen ersten Klemmbereich 112 zum Klemmen einer ersten Decklage 114 des Sandwichbauteils 102 (vergl. 5) oder zum Klemmen eines ersten plattenförmigen Bauteils 104 (vergl. 6).
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Der Grundkörper 110 umfasst ferner einen zweiten Klemmbereich 116 zum Klemmen einer zweiten Decklage 118 des Sandwichbauteils 102 (vergl. 5) oder zum Klemmen eines zweiten plattenförmigen Bauteils 106 (vergl. 6).
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Der erste und der zweite Klemmbereich 112, 116 sind an einander abgewandten Endbereichen eines Abstandsbereichs 120 des Grundkörpers angeordnet.
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Der Abstandsbereich 120 weist in Richtung der Längsachse 108 vorzugsweise eine Länge 122 auf, welche nur geringfügig kleiner oder gleich groß wie eine Dicke 124 eines Kerns 126 des Sandwichbauteils 102 ist (vergl. 5).
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Alternativ dazu entspricht die Länge 122 des Abstandsbereichs 120 insbesondere in etwa einem einzustellenden Abstand 128 der beiden plattenförmigen Bauteile 104, 106 (vergl. 6).
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Der erste Klemmbereich 112 umfasst einen oder mehrere Umformungsbereiche 130.
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Der zweite Klemmbereich 116 umfasst einen oder mehrere Umformungsbereiche, bei dem in 1 gezeigten Fügeelement 100 insbesondere zwei Umformungsbereiche 132, 134.
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Der Umformungsbereich 130 des ersten Klemmbereichs 112 ist durch axiales Komprimieren des Grundkörpers 110 in Richtung der Längsachse 108 zum Klemmen einer ersten Decklage 114 des Sandwichbauteils 102 oder zum Klemmen eines ersten plattenförmigen Bauteils 104 plastisch verformbar.
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Die beiden Umformungsbereiche 132, 134 des zweiten Klemmbereichs 116 sind durch axiales Komprimieren des Grundkörpers 110 in Richtung der Längsachse 108 zum Klemmen einer zweiten Decklage 118 des Sandwichbauteils 102 oder zum Klemmen eines zweiten plattenförmigen Bauteils 106 plastisch verformbar.
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Im plastisch verformten Zustand bilden die Umformungsbereiche 130, 132, 134 des Grundkörpers 110 vorzugsweise einen radial nach außen ragenden Kragen, beispielweise einen Klemmkragen.
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Bei einem rotationssymmmetrischen Grundkörper 110 des Fügeelements 100 sind die Umformungsbereiche 130, 132, 134 im verformten Zustand insbesondere kreisringförmig.
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Dabei ist es denkbar, dass die Decklagen 114, 118 des Sandwichbauteils 102 oder die plattenförmigen Bauteile 104, 106 eine ebene Oberfläche aufweisen (vergl. 2 bis 6). Es ist jedoch auch denkbar, dass die Decklagen 114, 118 des Sandwichbauteils 102 oder die plattenförmigen Bauteile 104, 106 eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.
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Die Umformungsbereiche 130, 132, 134 des Grundkörpers 110 des in den 1 bis 6 gezeigten Fügeelements 100 erstrecken sich in einem in 1 gezeigten unverformten Zustand insbesondere zumindest näherungsweise axial in Richtung der Längsachse 108.
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Der Grundkörper 110 des in den 1 bis 6 gezeigten Fügeelements 100 ist vorzugsweise zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch zur Längsachse 108 ausgebildet.
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Der Grundkörper 110 ist insbesondere zylindermantelförmig und/oder hohlzylinderförmig ausgebildet.
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Der Grundkörper 110 des Fügeelements 100 weist in Richtung der Längsachse 108 insbesondere eine Höhe 136 auf, welche größer ist als eine Dicke 138 des Sandwichbauteils 102 (vergl. 5).
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Bei dem in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des Fügeelements 100 weist der erste Klemmbereich 112 vorzugsweise einen ersten Anlageflansch 140 auf, welcher mit dem Grundkörper 110 einteilig verbunden ist.
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Der erste Anlageflansch 140 erstreckt sich insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht zur Längsachse 108 (d.h. radial).
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Der erste Anlageflansch 140 ist insbesondere zur flächigen Anlage an eine Decklage 114, 118 eines Sandwichbauteils 102 oder zur flächigen Anlage an ein plattenförmiges Bauteil 104, 106 ausgebildet.
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Der erste Anlageflansch 140 des in 1 gezeigten Fügeelements 100 ist insbesondere kreisringförmig ausgebildet.
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Der erste Anlageflansch 140 und der Umformungsbereich 130 des ersten Klemmbereichs 112 sind vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten eines ersten Aufnahmebereichs 142 angeordnet.
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Der Grundkörper 110 des Fügeelements 100 kann eine Verdrehsicherung 143 zur Vermeidung eines Verdrehens des Grundkörpers 110 gegenüber einer Decklage 114, 118 eines Sandwichbauteils 102 oder gegenüber einem plattenförmigen Bauteil104, 106 umfassen.
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Diese Verdrehsicherung 143 ist insbesondere am ersten Anlageflansch 140 angeordnet.
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Die Verdrehsicherung 143 kann vorzugsweise eine Nut umfassen, welche am Anlageflansch 140 angeordnet ist und beispielsweise in radialer Richtung verläuft.
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Eine derartige als Nut ausgebildete Verdrehsicherung 143 kann insbesondere mit einer Verdrehsicherung an einem Werkzeug, beispielsweise mit einem Vorsprung, derart zusammenwirken, dass der Grundkörper 110 mittelbar über das Werkzeug gegen Verdrehen gesichert ist.
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Alternativ oder ergänzend zu einer Nut kann die Verdrehsicherung 143 einen oder mehrere Vorsprünge umfassen, welche in axialer Richtung vom Anlageflansch 140 weg ragen.
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Derartige Vorsprünge können insbesondere als Rippen, Dorne oder Riffelungen ausgebildet sein.
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Der erste Aufnahmebereich 142 ist insbesondere zur Aufnahme einer ersten Decklage 140 des Sandwichbauteils 102 oder zur Aufnahme eines ersten plattenförmigen Bauteils 104 ausgebildet.
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Bei dem in 1 gezeigten Grundkörper 110 des Fügeelements 100 sind die Umformungsbereiche 132, 134 des zweiten Klemmbereichs 116 insbesondere jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten eines zweiten Aufnahmebereichs 144 angeordnet.
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Der zweite Aufnahmebereich 144 ist vorzugsweise zur Aufnahme einer Decklage 114, 118 des Sandwichbauteils 102 oder eines plattenförmigen Bauteils 104, 106 ausgebildet.
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Bei dem in den 1 bis 6 gezeigten Fügeelement 100 ist der Grundkörper 110 vorzugsweise einteilig ausgebildet.
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Es ist denkbar, dass im ersten Klemmbereich 112, analog zum zweiten Klemmbereich 116, kein Anlageflansch 140 vorgesehen ist.
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Insbesondere ist denkbar, dass der Grundkörper 110 des Fügeelements 100 auch am ersten Klemmbereich 112 zwei Umformungsbereiche 130 aufweist, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Aufnahmebereichs 142 angeordnet sind.
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Wie in den 1 bis 6 deutlich zu erkennen ist, weist der Grundkörper 110 vorzugsweise eine Durchgangsöffnung 146 auf.
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Die Durchgangsöffnung 146 ist vorzugsweise gestuft ausgebildet und insbesondere konzentrisch zur Längsachse 108 angeordnet und/oder ausgebildet.
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Der erste Klemmbereich 112 und der zweite Klemmbereich 116 des Grundkörpers 110 umfassen vorzugsweise jeweils den ersten Aufnahmebereich 142 oder den zweiten Aufnahmebereich 144.
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Die Umformungsbereiche 130, 132, 134 des Grundkörpers 110 sind vorzugsweise faltbar ausgebildet.
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Die Umformungsbereiche 130, 132, 134 sind insbesondere durch Faltenbeulen nach radial außen, das heißt senkrecht zur Längsachse 108 plastisch verformbar, wenn der Grundkörper 110 in Richtung der Längsachse 108 axial komprimiert wird.
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Dabei können Maßnahmen vorgesehen sein, welche die Verformung der Umformungsbereiche 130, 132, 134 auslösen oder triggern.
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Der Grundkörper 110 weist hierzu beispielsweise in den Umformungsbereichen 130, 132, 134 eine Verformungswandstärke 148 auf.
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Diese Verformungswandstärke 148 ist geringer als eine Wandstärke des Grundkörpers 110 außerhalb der Umformungsbereiche 130, 132, 134, insbesondere geringer als eine Wandstärke 149 im Abstandsbereich 120 und/oder als eine Wandstärke in einem der Aufnahmebereiche 142, 144.
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Dabei ist es denkbar, dass der Grundkörper 110 in den Umformungsbereichen 130, 132, 134 voneinander verschiedene Verformungswandstärke 148 aufweist, so dass verschiedene Umformungsbereiche 130, 132, 134 bei axialer Komprimierung des Grundkörpers 110 nacheinander verformt werden.
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Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass der Umformungsbereich 134 des zweiten Klemmbereichs 116 die geringste Verformungswandstärke 148a aufweist.
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Der Umformungsbereich 132 des zweiten Klemmbereichs 116 kann dann eine Verformungswandstärke 148b aufweisen, welche geringfügig größer ist als die Verformungswandstärke 148a des Umformungsbereichs 134.
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Im Umformungsbereich 130 des ersten Klemmbereichs 112 kann der Grundkörper 110 eine Verformungswandstärke 148c aufweisen, welche geringfügig größer ist als die Verformungswandstärke 148b im Umformungsbereich 132 des zweiten Klemmbereichs 116.
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Bei axialer Komprimierung des Grundkörpers 110 in Richtung der Längsachse 108 werden dann vorzugsweise zunächst die Umformungsbereiche 134 mit der geringsten Verformungswandstärke 148a verformt, wobei danach die Umformungsbereiche 132 mit der nächstgrößeren Verformungswandstärke 148b und anschließend die Umformungsbereiche 130 mit der größten Verformungswandstärke 148c plastisch verformt werden.
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In den Aufnahmebereichen 142, 144 weist der Grundkörper insbesondere eine Wandstärke 150, 152 auf, welche größer ist als die Verformungswandstärke 148 des Grundkörpers 110 in den Umformungsbereichen 130, 132, 134.
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Somit kann erreicht werden, dass bei axialer Komprimierung des Grundkörpers 110 in den Aufnahmebereichen 142, 144 keine Verformung des Grundkörpers 110 erfolgt.
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Der erste Anlageflansch 140 ist insbesondere mittels des ersten Aufnahmebereichs 142 vom Umformungsbereich 130 des ersten Klemmbereichs 112 beabstandet und weist eine Höhe 154 auf.
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Die beiden Umformungsbereiche 132, 134 des zweiten Klemmbereichs 116 sind insbesondere mittels des Aufnahmebereichs 144 voneinander beabstandet.
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Der zweite Aufnahmebereich 144 weist eine Höhe 156 auf.
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Durch Wahl der Höhe 154, 156 der Aufnahmebereiche 142, 144 kann der Grundkörper 110 des Fügeelements 100 an eine Dicke 157 der plattenförmigen Bauteile 104, 106 oder an eine Dicke 160 der Decklagen 114, 118 des Sandwichbauteils 102 angepasst werden.
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Wie in den 1 und 5 deutlich zu erkennen ist, kann der Grundkörper 110 des Fügeelements 100 am Abstandsbereich 120 zwischen den beiden Klemmbereichen 112, 116 einen Kernumformungsbereich 158 aufweisen.
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Der Kernumformungsbereich 158 ist in den 1 und 5 gestrichelt gekennzeichnet und in 1 in einem unverformten Zustand dargestellt.
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5 zeigt den Kernumformungsbereich 158 in einem plastisch verformten Zustand, wenn der Grundkörper 110 axial in Richtung der Längsachse 108 zumindest bereichsweise komprimiert ist.
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Im Kernumformungsbereich 158 weist der Grundkörper 110 ebenfalls eine Verformungswandstärke 148d auf, welche geringer ist als eine Wandstärke des Grundkörpers 110 außerhalb der Umformungsbereiche 130, 132, 134 bzw. außerhalb des Kernumformungsbereichs 158.
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Die Verformungswandstärke 148d ist insbesondere geringer als die Wandstärke 149 des Grundkörpers 110 im Abstandsbereich 120.
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Bei axialer Komprimierung des Grundkörpers 110 in Richtung der Längsachse 108 wird der Kernumformungsbereich 158 daher insbesondere von seinem in 1 gezeigten unverformten Zustand in einen in 5 gezeigten verformten Zustand plastisch verformt.
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Im verformten Zustand gemäß 5 greift der Kernumformungsbereich 158 vorzugsweise zumindest teilweise in den Kern 126 des Sandwichbauteils 102 ein.
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Der Grundkörper 110 des in den 1 bis 6 gezeigten Fügeelements 100 kann vorzugsweise einen oder mehrere Auslösebereiche 162, 164, 166 umfassen, welche bei Krafteinleitung in axialer Richtung des Grundkörpers 110 (d.h. in Richtung der Längsachse 108) eine Umformung der Umformungsbereiche 130, 132, 134 auslösen.
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Bei dem in den 1 bis 6 gezeigten Fügeelement 100 werden die Auslösebereiche 162, 164, 166 insbesondere von den Umformungsbereichen 130, 132, 134 oder durch eine zusätzliche Materialschwächung des Grundkörpers 110 im Bereich der Umformungsbereiche 130, 132, 134 gebildet.
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Alternativ oder ergänzend hierzu ist denkbar, dass im Bereich der Umformungsbereiche 130, 132, 134 beispielsweise eine umlaufende Nut, Rillung und/oder Einkerbung vorgesehen ist, welche beispielsweise axial mittig an den Umformungsbereichen 130, 132, 134 angeordnet ist.
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Das Verfahren zum Einbringen des Fügeelements 100 gemäß der 1 bis 6 kann auch als sogenanntes Einschrittverfahren bezeichnet werden.
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Alternativ oder ergänzend zu den Auslösebereichen 162, 164, 166 kann bei dem erfindungsgemäßen Fügeelement 100 insbesondere vorgesehen sein, dass das Fügeelement 100 einen oder mehrere Auslösemechanismen 168 umfasst.
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Derartige Auslösemechanismen 168 sind beispielhaft in den 13 und 14 für das Ausführungsbeispiel des Fügeelements 100 gemäß der 1 bis 6 gezeigt.
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Die Auslösemechanismen 168 sind jedoch analog dazu auch für das in den 7 bis 12 gezeigte Fügeelement 100 anwendbar.
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Die Auslösemechanismen 168 lösen bei Krafteinleitung in axialer Richtung des Grundkörpers 110 eine Verformung der Umformungsbereiche 130, 132, 134 aus.
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Der in den 13 und 14 gezeigte Auslösemechanismus 168 umfasst jeweils ein Stützelement 170 zur Stützung des Grundkörpers 110 in einem Umformungsbereich 130, 132, 134.
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In den 13 und 14 ist das Stützelement 170 am Grundkörper 110 angeordnet, insbesondere auf den Grundkörper 110 aufgesteckt.
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Das Stützelement 170 ist am Grundkörper 110 im Bereich des Umformungsbereichs 130 des ersten Klemmbereichs 112 insbesondere axial festgelegt.
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Hierzu weist das Stützelement 170, welches beispielsweise als Scheibe ausgebildet sein kann, vorzugsweise eine Öffnung mit einem Innendurchmesser auf, welcher nur unwesentlich größer als ein Außendurchmesser des Grundkörpers 110 im Bereich des Umformungsbereichs 130 ist.
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Wie in den 13 und 14 deutlich erkennbar ist, weist der Umformungsbereich 130 in Richtung der Längsachse 108 insbesondere bei beiden Grundkörpern 110 jeweils dieselbe Länge auf.
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Bei dem in 13 gezeigten Detail des Fügeelements 100 weist das Stützelement 170 in Richtung der Längsachse 108 eine Höhe 172 auf, welche größer ist als die Dicke 160 der ersten Decklage 114 des Sandwichbauteils 102.
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Mit einem Stützelement 170 das eine derart große Höhe 172 aufweist, kann das Fügeelement 100 insgesamt bei unverändertem Grundkörper 110 an ein Sandwichbauteil 102 mit einer ersten Decklage 114 angepasst werden, welche eine größere Dicke 174 aufweist.
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Eine Verformung des Umformungsbereichs 130 erfolgt dabei vorzugsweise nicht im gesamten Umformungsbereich 130 sondern nur in dem Bereich, welcher nicht von dem Stützelement 170 gestützt wird.
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Im Gegensatz dazu zeigt 14 den Fall, in dem das Stützelement 170 eine der Dicke 160 der ersten Decklage 114 des Sandwichbauteils 102 entsprechende Höhe 172 aufweist.
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Mit einem derartigen Stützelement 170 kann insbesondere erreicht werden, dass die erste Decklage 114 beim axialen Komprimieren des Grundkörpers 110 in Richtung der Längsachse 108 und der damit einhergehenden plastischen Verformung des Umformungsbereichs 130 nicht oder nahezu nicht durch die plastische Verformung des Umformungsbereichs 130 belastet wird.
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Das in den 1 bis 6 gezeigte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fügeelements 100 funktioniert wie folgt.
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Das Fügeelement 100 wird mit dem ersten Klemmbereich 112, sowie dem zweiten Klemmbereich 116 des Grundkörpers 110 in eine Durchgangsöffnung 176 des Sandwichbauteils 102 eingebracht (vergl. 2).
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Alternativ dazu ist es denkbar, dass der erste Klemmbereich 112, sowie der zweite Klemmbereich 116 des Grundkörpers 110 in eine Durchgangsöffnung 178 eines ersten plattenförmigen Bauteils 104 sowie in eine Durchgangsöffnung 180 eines zweiten plattenförmigen Bauteils 106 eingebracht werden (vergl. 6).
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Sowohl bei dem in den 2 bis 5 gezeigten Einbringen in ein Sandwichbauteil 102, als auch beim Verbinden zweier plattenförmiger Bauteile 104, 106 (vergl. 6), wird der erste Anlageflansch 140 insbesondere an die erste Decklage 114 des Sandwichbauteils 102 oder an das erste plattenförmige Bauteil 104 angelegt.
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Anschließend wird ein Stempel 182 in Richtung der Längsachse 108 so weit bewegt, bis er am Grundkörper 110 des Fügeelements 100 anliegt.
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Der Stempel 182 weist vorzugsweise eine Aussparung 184 auf, welche insbesondere derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass der Stempel 182 am Grundkörper 110 des Fügeelements 100 zur Anlage kommt, bevor der Stempel 182 die zweite Decklage 118 des Sandwichbauteils 102 oder das zweite plattenförmige Bauteil 106 berührt.
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Anschließend wird der Grundkörper 110 des Fügeelements 100 axial in Richtung der Längsachse 108 komprimiert, so dass zunächst insbesondere der Umformungsbereich 134 des zweiten Klemmbereichs 116 aufgrund der Verformungswandstärke 148a plastisch verformt wird (vergl. 3).
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Danach wird insbesondere der Umformungsbereich 132 des zweiten Klemmbereichs 116 des Grundkörpers 110 aufgrund der Verformungswandstärke 148b, welche geringfügig größer ist als die Verformungswandstärke 148a plastisch verformt (vergl. 4).
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Dabei wird vorzugsweise die zweite Decklage 118 des Sandwichbauteils 102 im zweiten Klemmbereich 116 des Grundkörpers 110 zumindest bereichsweise geklemmt.
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Wenn der Grundkörper 110 des Fügeelements 100 nun weiter durch den Stempel 182 axial in Richtung der Längsachse 108 komprimiert wird, wird insbesondere auch der Umformungsbereich 130 des ersten Klemmbereichs 112 aufgrund der Verformungswandstärke 148c, welche größer ist als die Verformungswandstärke 148b plastisch verformt (vergl. 5).
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Die erste Decklage 114 des Sandwichbauteils 102 ist nunmehr insbesondere im ersten Klemmbereich 112 zwischen dem plastisch verformten Umformungsbereich 130 sowie dem ersten Anlageflansch 140 zumindest bereichsweise geklemmt.
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Wenn der Grundkörper 110 des Fügeelements 100 einen Kernumformungsbereich 158 umfasst, kann auch dieser Kernumformungsbereich 158 in den in 5 gestrichelt gezeigten plastisch verformten Zustand verformt werden und dabei zumindest teilweise in den Kern 126 des Sandwichbauteils 102 eingreifen.
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6 zeigt dabei einen Verformungszustand des Fügeelements 100 analog zu 5, wobei ein erstes plattenförmiges Bauteil 104 und ein zweites plattenförmiges Bauteil 106 mittels des Fügeelements 100 bzw. mittels des Grundkörpers 110 des Fügeelements 100 miteinander verbunden sind.
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Unter Bezugnahme auf die 7 bis 11 wird im Folgenden das zweite Ausführungsbeispiel des Fügeelements 100 beschrieben.
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Dem ersten Ausführungsbeispiel des Fügeelements 100 gemäß der 1 bis 6 entsprechende oder funktional äquivalente Elemente sind in den 7 bis 12 mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals im Detail erläutert.
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Im Gegensatz zu dem in den 1 bis 6 gezeigten Fügeelement 100 weist das in den 7 bis 12 gezeigte Fügeelement 100 vorzugsweise einen zweiteiligen Grundkörper 110 auf.
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Der Grundkörper 110 umfasst einen insbesondere ersten Grundkörperteil 184 (vergl. 7) sowie einen zweiten Grundkörperteil 186 (vergl. 8).
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Der erste Grundkörperteil 184 umfasst vorzugsweise den ersten Klemmbereich 112 sowie den ersten Anlageflansch 140.
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Der zweite Grundkörperteil 186 umfasst vorzugsweise den zweiten Klemmbereich 116, welcher einen zweiten Anlageflansch 188 umfasst.
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Der zweite Anlageflansch 188 sowie ein Umformungsbereich 132 des zweiten Klemmbereichs 116 sind insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Aufnahmebereichs 144 angeordnet.
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Der Aufnahmebereich 144 ist zur Aufnahme einer zweiten Decklage 118 eines Sandwichbauteils 102 oder eines zweiten plattenförmigen Bauteils 106 ausgebildet.
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Der erste Grundkörperteil 184 und der zweite Grundkörperteil 186 weisen an ihren den Anlageflanschen 140, 188 abgewandten jeweiligen Endbereichen 190 insbesondere jeweils wenigstens ein Verbindungselement 192 zur gegenseitigen Verbindung des ersten Grundkörperteils 184 und des zweiten Grundkörperteils 186 auf.
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Bei dem in den 7 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiel des Fügeelements 100 ist das Verbindungselement 192 beispielsweise ein Schraubgewinde, wobei am ersten Grundkörperteil 184 ein Außengewinde 194 vorgesehen ist und wobei am zweiten Grundkörperteil 186 ein Innengewinde 196 vorgesehen ist.
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Der erste Grundkörperteil 184 des Grundkörpers 110 des Fügeelements 100 kann eine vorzugsweise Verdrehsicherung 143a zur Vermeidung eines Verdrehens des ersten Grundkörperteils 184 gegenüber einer Decklage 114, 118 eines Sandwichbauteils 102 oder gegenüber einem plattenförmigen Bauteil 104, 106 umfassen.
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Diese Verdrehsicherung 143a ist insbesondere am ersten Anlageflansch 140 angeordnet.
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Der zweite Grundkörperteil 186 des Grundkörpers 110 des Fügeelements 100 kann ebenfalls eine Verdrehsicherung 143b zur Vermeidung eines Verdrehens des zweiten Grundkörperteils 186 gegenüber einer Decklage 114, 118 eines Sandwichbauteils 102 oder gegenüber einem plattenförmigen Bauteil 104, 106 umfassen.
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Diese Verdrehsicherung 143b ist insbesondere am zweiten Anlageflansch 188 angeordnet.
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Die Verdrehsicherungen 143 können vorzugsweise eine Nut umfassen, welche an den Anlageflanschen 140, 188 angeordnet ist und beispielsweise in radialer Richtung verläuft.
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Eine derartige als Nut ausgebildete Verdrehsicherung 143 kann insbesondere mit einer Verdrehsicherung an einem Werkzeug, beispielsweise mit einem Vorsprung, derart zusammenwirken, dass die Grundkörperteile 184, 186 mittelbar über das Werkzeug gegen Verdrehen gesichert sind.
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Alternativ oder ergänzend zu einer Nut können die Verdrehsicherungen 143 einen oder mehrere Vorsprünge umfassen, welche in axialer Richtung von den Anlageflanschen 140, 188 weg ragen.
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Derartige Vorsprünge können insbesondere als Rippen, Dorne oder Riffelungen ausgebildet sein.
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Das Einbringen des zweiten Ausführungsbeispiels des Fügeelements 100 gemäß der 7 bis 12 wird im Folgenden beschrieben.
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Zunächst wird insbesondere der zweite Klemmbereich 116 des zweiten Grundkörperteils 186 in die Durchgangsöffnung 176 des Sandwichbauteils 102 in Richtung der Längsachse 108 eingebracht, insbesondere bis der zweite Anlageflansch 188 des zweiten Grundkörperteils 186 an der zweiten Decklage 118 des Sandwichbauteils 102 zur Anlage kommt.
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Der zweite Anlageflansch 188 wird dabei vorzugsweise mittels eines Gegenhalters 198 in Richtung der durch den Pfeil 200 in 11 dargestellten Richtung gegen die zweite Decklage 118 des Sandwichbauteils 102 gedrückt. Zugleich wirkt der Gegenhalter 198 als Gegenhalter für die zweite Decklage 118 des Sandwichbauteils 102.
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Die der zweiten Decklage 118 gegenüberliegende erste Decklage 114 wird vorzugsweise mittels eines Niederhalters 202 ebenfalls in Position gehalten.
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Mittels eines ersten Stempels 204, welcher am Endbereich 190 des zweiten Grundkörperteils 186 angreift, wird der zweite Grundkörperteil 186 zumindest bereichsweise axial komprimiert, wobei der Umformungsbereich 132 des zweiten Klemmbereichs 116 plastisch verformt wird.
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Nach Abschluss des in 11 gezeigten Verfahrensschritts ist die zweite Decklage 118 des Sandwichbauteils 102 zumindest bereichsweise im zweiten Klemmbereich 116 zwischen dem zweiten Anlageflansch 188 und dem verformten Umformungsbereich 132 eingeklemmt.
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Anschließend wird der Stempel 204 aus der Durchgangsöffnung 176 entfernt.
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Im darauffolgenden und in 12 gezeigten Verfahrensschritt wird der erste Grundkörperteil 184 in die Durchgangsöffnung 176 des Sandwichbauteils 102 entgegen der Richtung 200 eingeführt.
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Mittels eines weiteren Stempels 206 erfolgt dann eine Krafteinleitung in axialer Richtung entgegen der Richtung 200.
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Dabei wirkt der Stempel 206 auf den ersten Anlageflansch 140 und der erste Grundkörperteil 184 wird zumindest bereichsweise axial komprimiert.
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Bei der zumindest bereichsweisen axialen Komprimierung des ersten Grundkörperteils 184 wird der Umformungsbereich 130 des ersten Klemmbereichs 112 plastisch verformt, so dass die erste Decklage 114 des Sandwichbauteils 102 zumindest bereichsweise im ersten Klemmbereich 112 zwischen dem ersten Anlageflansch 140 und dem verformten Umformungsbereich 130 geklemmt ist.
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Zeitgleich zu der axialen Komprimierung des ersten Grundkörperteils 184 oder daran anschließend erfolgt eine Verbindung des Innengewindes 196 des zweiten Grundkörperteils 186 mit dem Außengewinde 194 des ersten Grundkörperteils 184 bzw. der Verbindungselemente 192 miteinander.
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Folglich erfordert das Verfahren zum Einbringen eines zweiteiligen Grundkörpers 110 des Fügeelements 100 gemäß der 7 bis 12 zumindest zwei Verfahrensschritte und stellt damit ein Zweischrittverfahren dar.
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Insgesamt kann mit dem Fügeelement 100 eine variable Möglichkeit geschaffen werden, Decklagen 114, 118 eines Sandwichbauteils 102 oder plattenförmige Bauteile 104, 106 auf einfache und sichere Art miteinander zu verbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fügeelement
- 102
- Sandwichbauteil
- 104
- erstes Bauteil
- 106
- zweites Bauteil
- 108
- Längsachse
- 110
- Grundkörper
- 112
- erster Klemmbereich
- 114
- erste Decklage
- 116
- zweiter Klemmbereich
- 118
- zweite Decklage
- 120
- Abstandsbereich
- 122
- Länge
- 124
- Dicke
- 126
- Kern
- 128
- Abstand
- 130, 132, 134
- Umformungsbereich
- 136
- Höhe
- 138
- Dicke
- 140
- Anlageflansch
- 142
- erster Aufnahmebereich
- 143
- Verdrehsicherung
- 144
- zweiter Aufnahmebereich
- 146
- Durchgangsöffnung
- 148
- Verformungswandstärke
- 149
- Wandstärke
- 150, 152
- Wandstärke
- 154, 156
- Höhe
- 157
- Dicke
- 158
- Kernumformungsbereich
- 160
- Dicke
- 162, 164, 166
- Auslösebereich
- 168
- Auslösemechanismus
- 170
- Stützelement
- 172
- Höhe
- 174
- Dicke
- 176, 178, 180
- Durchgangsöffnung
- 182
- Stempel
- 184
- Aussparung
- 184
- erster Grundkörperteil
- 186
- zweiter Grundkörperteil
- 188
- zweiter Anlageflansch
- 190
- Endbereich
- 192
- Verbindungselement
- 194
- Außengewinde
- 196
- Innengewinde
- 198
- Gegenhalter
- 200
- Richtung
- 202
- Niederhalter
- 204
- erster Stempel
- 206
- Stempel
