DE102018221157A1 - Joining device and joining method for establishing a connection between components - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung (10) zum Verbinden von insbesondere plattenförmigen Bauteilen (40, 41), insbesondere zur Herstellung von Batteriegehäusen für Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge, und ein Fügeverfahren (70) zur Herstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen (40, 41). Die Fügevorrichtung (10) weist einen Fügekörper (20) auf, der über einen eine Längsachse (35) definierenden Fügekörperschaft (30) verfügt. Der Fügekörper (20) weist ferner einen an einem freien ersten Ende des Fügekörperschafts (30) angeordneten Fügeabschnitt (32) zum Verbinden des Fügekörpers (20) mit einem ersten Bauteil (41) und einen Krafteinleitungsabschnitt (32) zum Verbinden des Fügekörpers (20) mit einem zweiten Bauteil (40) und zur Übertragung von Fügekräften (52) auf. Dabei ist der Krafteinleitungsabschnitt (31) an einem zum freien ersten Ende entgegengesetzten freien zweiten Ende des Fügkörperschafts (30) angeordneten. Der Fügekörperschaft (30) weist weiterhin wenigstens einen Dehnabschnitt (33) auf, durch den eine, insbesondere elastische, Längenänderung (43) des Fügekörperschafts (30) in Richtung der Längsachse (35) hervorrufbar ist.The invention relates to a joining device (10) for connecting, in particular, plate-shaped components (40, 41), in particular for producing battery housings for electric or hybrid motor vehicles, and a joining method (70) for establishing a connection between components (40, 41). The joining device (10) has a joining body (20) which has a joining body (30) that defines a longitudinal axis (35). The joining body (20) also has a joining section (32) arranged at a free first end of the joining body shaft (30) for connecting the joining body (20) to a first component (41) and a force introduction section (32) for connecting the joining body (20) with a second component (40) and for the transfer of joining forces (52). The force introduction section (31) is arranged on a free second end of the joint body shaft (30) opposite the free first end. The joining body (30) also has at least one stretching section (33) through which a, in particular elastic, change in length (43) of the joining body shaft (30) in the direction of the longitudinal axis (35) can be caused.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Verbinden von, insbesondere plattenförmigen, Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Fügeverfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen sowie ein gemäß dem Verfahren hergestelltes Kraftfahrzeugbauteil.The invention relates to a joining device for connecting, in particular plate-shaped, components.

Fügevorrichtungen und Fügeverfahren der eingangs genannten Art sind seit langem bekannt und dienen dazu, zwei oder mehrere Bauteile dauerhaft miteinander zu verbinden. Standardisierte Fügeverfahren sind beispielsweise Blindnieten oder Punktschweißen, wobei jedes dieser Verfahren über charakteristische Vorteile verfügt. Insbesondere dort, wo konstruktiver Leichtbau gefragt ist, beispielsweise im Kraftfahrzeug- und Luftfahrzeugbau, war seither in der Forschung und Entwicklung die Bestrebung vorhanden, die standardisierten Fügeverfahren zu optimieren. Ein Ergebnis dieser Bemühungen stellen sogenannte Hybridfügeverfahren dar. Sie zeichnen sich durch die Kombination von zwei oder mehr Fügeverfahren aus, wie es beispielsweise beim Bolzenschweißen der Fall ist, bei dem ein Gewindebolzen oder eine Gewindehülse auf ein Bauteil geschweißt wird, um dann eine Verschraubung mit einem anderen Bauteil durchführen zu können.Joining devices and joining methods of the type mentioned at the outset have been known for a long time and serve to permanently connect two or more components to one another. Standardized joining processes are, for example, blind rivets or spot welding, whereby each of these processes has characteristic advantages. In particular, wherever lightweight construction is required, for example in motor vehicle and aircraft construction, research and development has since endeavored to optimize the standardized joining processes. One result of these efforts are what are known as hybrid joining processes. They are characterized by the combination of two or more joining processes, as is the case, for example, in stud welding, in which a threaded bolt or a threaded sleeve is welded onto a component in order then to be screwed onto a component to be able to perform another component.

Bei Fügeverfahren zum Verbinden von Bauteilen, insbesondere von Bauteilen für Batteriegehäuse für Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge, sind relativ große Fügekräfte nötig. Wünschenswert wäre, wenn diese Verfahren mit geringeren Fügekräften auskämen und zugleich eine gewisse Elastizität an der Fügestelle bereitstellen könnten.In the case of joining methods for connecting components, in particular components for battery housings for electric or hybrid motor vehicles, relatively large joining forces are necessary. It would be desirable if these methods could manage with lower joining forces and at the same time provide a certain elasticity at the joint.

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, ein verbessertes Fügeverfahren zum Verbinden von Bauteilen bereitzustellen.The object of the invention is therefore to provide an improved joining method for connecting components.

Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insbesondere durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.In the present invention, this object is achieved in particular by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, ein Hybridfügeverfahren bereitzustellen, das die Vorteile des klassischen Schweißens, vorzugsweise des Punktschweißens, mit den Vorteilen des Nietens, vorzugsweise des Heißnietens, miteinander verbindet.The basic idea of the invention is to provide a hybrid joining method which combines the advantages of classic welding, preferably spot welding, with the advantages of riveting, preferably hot riveting.

Hierzu ist vorgesehen, dass eine Fügevorrichtung einen Fügekörper umfasst. Der Fügekörper weist einen Fügekörperschaft und einen Dehnabschnitt auf, wobei dieser eine Längenänderung des Fügekörperschafts in Richtung einer durch den Fügekörperschaft definierten Längsachse erlaubt, beispielsweise, wenn der Dehnabschnitt relativ stark erwärmt oder relativ stark abgekühlt wird. Der Fügekörper weist zudem einen Krafteinleitungsabschnitt zum Einleiten von Fügekräften und zum Abstützen und/oder Verbinden mit einem Bauteil und einen Fügeabschnitt auf. Der Fügeabschnitt dient dazu eine vorzugsweise stoffschlüssige oder form- oder kraftschlüssige Verbindung mit einem anderen Bauteil herzustellen. Der Fügeabschnitt ist insbesondere ein Schweißabschnitt, von dem aus im Rahmen eines Schweißvorgangs ein Lichtbogen zu einem Bauteil überspringt, um das Bauteil und den Fügekörper miteinander stoffschlüssig zu verbinden. Ein oder alle Bauteile sind vorzugsweise plattenförmig, insbesondere blechartig. Die Bauteile können einstückig oder aus mehreren Lagen bestehen, also sozusagen mehrlagig sein.For this purpose, it is provided that a joining device comprises a joining body. The joining body has a joining body and an expansion section, this allowing the length of the joining body shaft to be changed in the direction of a longitudinal axis defined by the joining body, for example when the expansion section is heated to a relatively high degree or cooled relatively strongly. The joining body also has a force introduction section for introducing joining forces and for supporting and / or connecting to a component, and a joining section. The joining section serves to establish a preferably material connection or a form-fitting or non-positive connection with another component. The joining section is, in particular, a welding section from which an arc jumps to a component in the course of a welding process in order to connect the component and the joining body to one another in a materially integral manner. One or all components are preferably plate-shaped, in particular sheet-like. The components can consist of one piece or of several layers, that is to say they can be multi-layered.

Ein Vorteil des beschriebenen Fügekörpers besteht darin, dass er relativ leicht an die zu fügenden Bauteile anpassbar ist, weil beispielsweise der Fügkörperschaft relativ einfach im Querschnitt vergrößert oder verkleinert werden kann. Ferner kann die axiale Länge des Fügekörperschafts relativ einfach angepasst und beispielsweise vergrößert oder verkleinert werden. Im Ergebnis ist mittels des Fügekörpers eine relativ einfache Verbindung zwischen verschiedenen Bauteilen realisierbar.An advantage of the joining body described is that it can be adapted relatively easily to the components to be joined, because, for example, the joining body shaft can be enlarged or reduced in cross section relatively easily. Furthermore, the axial length of the joining body shaft can be adjusted relatively easily and, for example, enlarged or reduced. As a result, a relatively simple connection between different components can be realized by means of the joining body.

Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht darin, im Rahmen eines Fügeverfahrens zur Herstellung einer aus wenigstens zwei Bauteilen bestehenden Baugruppe den beschriebenen Fügekörper einzusetzen. Der Fügekörper kann vorzugsweise Merkmale gemäß den unabhängigen Ansprüchen oder gemäß der Beschreibung aufweisen. Im Rahmen des Fügeverfahrens sind mehrere Schritte vorgesehen:

  1. (1) Einführen des Fügekörpers in eine Ausnehmung des zweiten Bauteils. Der Fügekörper wird zweckmäßigerweise mit dem Fügeabschnitt voran in die Ausnehmung eingeführt, bis sich der Krafteinleitungsabschnitt an diesem Bauteil abstützt, also sozusagen an diesem anliegt. Der Fügeabschnitt wird dabei an das erste Bauteil herangeführt, so dass er einen relativ kleinen Abstand zu diesem aufweist. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen dem Fügeabschnitt und dem ersten Bauteil 0,1 mm, 0,2mm, 0,3mm, 0,4mm, 0,5mm, 0,6mm, 0,7mm, 0,8mm, 0,9mm, 1,0 oder sogar bis 2,0 mm.
Another basic idea of the invention is to use the joining body described as part of a joining process for producing an assembly consisting of at least two components. The joining body can preferably have features according to the independent claims or according to the description. There are several steps involved in the joining process:
  1. (1) Inserting the joining body into a recess in the second component. The joining body is expediently inserted into the recess with the joining section ahead until the force introduction section is supported on this component, that is to say it bears against it. The joining section is brought up to the first component, so that it is at a relatively small distance from it. For example, the distance between the joining section and the first component is 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1, 0 or even up to 2.0 mm.

Die Nummerierung der Bauteile „erstes Bauteil“ und „zweites Bauteil“ sind nicht einschränkend zu verstehen, sondern dienen lediglich zur Beschreibung.The numbering of the components "first component" and "second component" are not to be understood as restrictive, but only serve as a description.

(2) Eintragen von Energie in den Fügekörper oder dessen Dehnabschnitt mittels einer zum Übertragen und Eintragen von Energie geeigneten Einspeiseanlage. (2) Entering energy into the joining body or its expansion section by means of a Transfer and input of energy suitable feed system.

Durch den Energieeintrag kann der Fügekörper und/oder der Dehnabschnitt erwärmt oder abgekühlt werden, sodass sich dieser in Richtung der Längsachse dehnt, insbesondere ausdehnt oder verkürzt. Die Energieübertragung oder Energieeintragung in den Fügekörper erfolgt mit der Einspeiseanlage vorzugsweise elektrisch z.B. durch Anlegen einer elektrischen Leistung nach Art eines Lichtbogen- oder Widerstandschweißens. Alternative elektrische Erwärmungsverfahren sind ebenfalls denkbar, beispielsweise mittels Induktion. Es kann allerdings vorgesehen sein, dass eine Kontakterwärmung oder -kühlung erfolgt, indem die Einspeiseanlage an den Krafteinleitungsabschnitt des Fügekörpers andockt und Energie durch Konvektion/Wärmeführung, sozusagen nicht kontaktlos, überträgt.The joining body and / or the expansion section can be heated or cooled by the energy input, so that it expands, in particular expands or shortens, in the direction of the longitudinal axis. The energy transfer or energy input into the joint body is preferably electrical, e.g. by applying electrical power in the manner of an arc or resistance welding. Alternative electrical heating methods are also conceivable, for example by means of induction. However, it can be provided that contact heating or cooling takes place by the feed system docking onto the force introduction section of the joining body and transmitting energy by convection / heat management, so to speak not without contact.

(3) Aufbringen einer Fügekraft, vorzugsweise mittels der Einspeiseanlage, auf das erste Bauteil, das zweite Bauteil und auf den Krafteinleitungsabschnitt, wenn der Fügekörper oder dessen Dehnabschnitt gedehnt oder verkürzt ist. Im Ergebnis werden die Bauteile miteinander verpresst und verspannt.(3) Applying a joining force, preferably by means of the feed system, to the first component, the second component and to the force introduction section if the joining body or its expansion section is stretched or shortened. As a result, the components are pressed together and clamped.

(4) Eintragen von elektrischer Energie in den Fügekörper, vorzugsweise mittels der Einspeiseanlage, wobei zweckmäßigerweise zwischen dem Fügeabschnitt und einem, insbesondere dem ersten, Bauteil ein Schweißvorgang etabliert wird, durch den ein stoffschlüssiger Verbund zwischen dem Bauteil und dem Fügekörper hergestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch zwischen dem Krafteinleitungsabschnitt und dem anderen, insbesondere dem zweiten, Bauteil ein Schweißvorgang etabliert werden, um einen stoffschlüssigen Verbund zwischen diesem Bauteil und dem Fügekörper herzustellen.(4) Entry of electrical energy into the joining body, preferably by means of the feed system, wherein a welding process is expediently established between the joining section and one, in particular the first, component, by means of which a cohesive bond between the component and the joining body is produced. As an alternative or in addition, a welding process can also be established between the force introduction section and the other, in particular the second, component in order to produce a cohesive bond between this component and the joining body.

(5) Lösen der Fügekraft und Rückkehr des Fügekörpers in dessen ursprüngliche Länge. Beispielsweise kühlen die Bauteile und der Fügekörper ab. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteile gegeneinander verspannt werden. Dies kann insbesondere im Rahmen der Herstellung von Batteriegehäusen für Elektro- und Hybridkraftfahrzeugen vorteilhaft sein.(5) Release the joining force and return of the joining body to its original length. For example, the components and the joint body cool down. This has the advantage that the first component and the second component are braced against one another. This can be particularly advantageous in the context of the production of battery housings for electric and hybrid motor vehicles.

Das beschriebene Fügeverfahren hat den Vorteil, dass es relativ schnell durchführbar und relativ leicht zu automatisieren ist, weil die Fügeteile im Rahmen nur eines Arbeitsganges miteinander verbunden und gegeneinander verspannt werden.The joining method described has the advantage that it can be carried out relatively quickly and is relatively easy to automate, because the joining parts are connected to one another and braced against one another in the course of only one work step.

Die Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeugbauteil, wie ein Batteriegehäuse oder dergleichen, die entsprechend der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte hergestellt sind.The invention also includes a motor vehicle component, such as a battery housing or the like, which is produced in accordance with the method steps described above.

Bevorzugt ist, wenn der Dehnabschnitt elastischer als die ihn umgebenden Abschnitte ist. Dadurch ist der Dehnabschnitt nachgiebiger, sozusagen beweglicher, als angrenzende Abschnitte des Fügekörpers. Dies hat den Vorteil, dass die Dehnung des Fügekörpers in Längsrichtung relativ groß ist. Der Dehnabschnitt ist beispielsweise elastischer als der übrige Fügekörper, wenn für den Dehnabschnitt ein anderer Werkstoff und/oder ein kleinerer Querschnitt eingesetzt wird/werden, als für den übrigen Fügekörper. Die erhöhte Elastizität des Dehnabschnitts gibt dem Fügekörper auch eine gewisse elastische Biegeverformbarkeit, also Biegeelastizität, wodurch auch die mit dem Fügeverfahren hergestellte Verbindung hinsichtlich Quer- oder Scherkräften elastischer und letztlich stabiler ist.It is preferred if the expansion section is more elastic than the sections surrounding it. As a result, the stretching section is more flexible, so to speak more flexible, than adjacent sections of the joining body. This has the advantage that the elongation of the joining body is relatively large in the longitudinal direction. The stretching section is, for example, more elastic than the rest of the joining body if a different material and / or a smaller cross-section is / are used for the stretching section than for the rest of the joining body. The increased elasticity of the expansion section also gives the joining body a certain elastic bending deformability, that is to say bending elasticity, as a result of which the connection produced using the joining method is also more elastic and ultimately more stable with regard to transverse or shear forces.

Ferner ist bevorzugt, wenn der Fügekörperschaft im Bereich des Dehnabschnitts eine Taillierung aufweist. Der Querschnitt des Fügekörpers ist in diesem Abschnitt also kleiner als im restlichen Fügekörper. Der Grundgedanke für diese Gestalt liegt darin, dass bei einer Erwärmung des Fügekörpers, beispielsweise durch einen elektrischen Energieeintrag mittels einer Einspeiseanlage zum Übertragen und Eintragen von Energie, im Bereich kleiner Querschnitte relativ schnell und insbesondere schneller als in übrigen Fügekörperabschnitten hohe Temperaturen des Fügekörpers erreicht werden. Die Dehnung des Fügekörperschafts in Richtung der Längsachse kann dadurch zeitlich schneller und vorzugsweise betragsmäßig größer sein, als bei einem Fügekörper ohne Taillierung. Ein Vorteil dieser Gestalt liegt darin, dass sich der Fügekörper relativ rasch dehnt und relativ rasch wieder in seine ursprüngliche Länge zurückgeht. Dadurch können im Rahmen eines Fügeverfahrens beispielsweise relativ kurze Taktzeiten realisiert werden. Das Fügeverfahren eignet sich daher im relativ hohen Maße zur Automatisierung.It is further preferred if the joining body has a waist in the region of the expansion section. The cross section of the joining body is therefore smaller in this section than in the rest of the joining body. The basic idea for this shape is that when the joining body is heated, for example by an electrical energy input by means of a feed system for transferring and entering energy, high temperatures of the joining body are reached relatively quickly and in particular faster than in other joining body sections in the area of small cross-sections. The expansion of the joint body shaft in the direction of the longitudinal axis can thereby be faster in time and preferably greater in amount than in the case of a joint body without a waist. An advantage of this shape is that the joint body expands relatively quickly and returns to its original length relatively quickly. As a result, relatively short cycle times can be achieved, for example, as part of a joining process. The joining process is therefore suitable to a relatively high degree for automation.

Zweckmäßigerweise ist der Dehnabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten freien Ende des Fügekörperschafts angeordnet. Dadurch ist eine relativ kostengünstige Fertigung der Fügekörper möglich.The expansion section is expediently arranged between the first and the second free end of the joining body shaft. This enables a relatively inexpensive manufacture of the joining bodies.

Alternativ kann zwischen dem ersten freien Ende und dem Dehnabschnitt und/oder dem zweiten freien Ende und dem Dehnabschnitt ein Stützabschnitt zum Stützen des Fügekörpers angeordnet sein. Jeder Stützabschnitt weist einen im Vergleich zum Dehnabschnitt relativ großen Querschnitt auf. Sie gewährleisten die mechanische Festigkeit des Fügekörpers. Das hat den Vorteil, dass ein Fügeverfahren auch mit relativ hohen Fügekräften arbeiten kann, ohne das die Fügekörper mechanisch nachgeben.Alternatively, a support section for supporting the joining body can be arranged between the first free end and the expansion section and / or the second free end and the expansion section. Each support section has a relatively large cross section compared to the expansion section. They ensure the mechanical strength of the joint body. This has the advantage that a joining process can also work with relatively high joining forces without the joining bodies yielding mechanically.

Insbesondere weist der Dehnabschnitt einen kleineren Querschnitt oder Querschnittsdurchmesser auf, als der Stützabschnitt. Dadurch ist - bei gleichem Energieeintrag durch eine Einspeiseanlage - die Dehnung in Richtung der Längsachse im Dehnabschnitt im Vergleich mit den übrigen Abschnitten des Fügekörpers relativ groß, weil sich der Dehnabschnitt schneller erwärmt, als die restlichen Abschnitte. Dies hat den Vorteil, dass die Dehnung des Fügekörpers sozusagen gezielt vom Dehnabschnitt bewirkt wird, so dass die Dehnung vorherbestimmbar und steuerbar ist.In particular, the expansion section has a smaller cross-section or cross-sectional diameter on than the support section. As a result, the elongation in the direction of the longitudinal axis in the expansion section is relatively large in comparison with the other sections of the joining body, because the expansion section heats up faster than the remaining sections, with the same energy input by a feed system. This has the advantage that the expansion of the joining body is effected, so to speak, in a targeted manner by the expansion section, so that the expansion can be predetermined and controlled.

Vorzugsweise ist der Dehnabschnitt im Querschnitt - abgesehen von einem gegebenenfalls vorhandenen Übergang an den Längsenden des Dehnabschnitts - stets kleiner, als der oder die Stützabschnitte oder der übrige Fügekörperschaft. Längs des Dehnabschnitts ist sozusagen jeder Querschnittsdurchmesser des Dehnabschnitts betragsmäßig kleiner als die Querschnittsdurchmesser des Fügekörperschafts oder des Stützabschnitts. An den Längsenden des Dehnabschnitts können die fraglichen Querschnitte für einen vereinfachten Übergang gleich groß sein.
Vorzugsweise weist die Fügevorrichtung eine Einspeiseanlage zum Übertragen und Eintragen von Energie in den Fügekörperschaft oder den Dehnabschnitt auf. Die Einspeiseanlage weist Wärmeenergie-Einspeisemittel auf, mittels denen Energie, insbesondere thermische Energie, sozusagen Wärmeenergie, in den Fügekörperschaft und/oder den Dehnabschnitt eingetragen werden können, beispielsweise durch Induktion oder dergleichen. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass eine Kontakterwärmung oder -kühlung erfolgt, indem die Einspeiseanlage an den Krafteinleitungsabschnitt des Fügekörpers andockt und Energie durch Konvektion/Wärmeführung überträgt. Jedenfalls kann mittels der Einspeiseanlage der Fügekörperschaft und/oder der Dehnabschnitt erwärmt werden, so dass sich dieser in Richtung der Längsachse ausdehnt.
In cross-section, the expansion section is preferably always smaller - apart from an optional transition at the longitudinal ends of the expansion section - than the support section or sections or the rest of the joining body. Along the expansion section, so to speak, each cross-sectional diameter of the expansion section is smaller in amount than the cross-sectional diameter of the joining body shaft or of the support section. At the longitudinal ends of the expansion section, the cross sections in question can be the same size for a simplified transition.
The joining device preferably has a feed system for transmitting and entering energy into the joining body or the expansion section. The feed system has thermal energy feed means by means of which energy, in particular thermal energy, so to speak thermal energy, can be introduced into the joining body and / or the expansion section, for example by induction or the like. However, it can also be provided that contact heating or cooling takes place in that the feed system docks onto the force introduction section of the joining body and transfers energy by convection / heat conduction. In any case, the joining body and / or the expansion section can be heated by means of the feed system, so that it expands in the direction of the longitudinal axis.

Weiterhin weist die Einspeiseanlage zweckmäßigerweise Fügekraft-Einspeisemittel auf, mittels denen eine Fügekraft wahlweise auf die zu verbindenden Bauteile und/oder den Fügekörper aufbringbar sind.Furthermore, the feed system expediently has joining force feed means by means of which a joining force can optionally be applied to the components to be connected and / or the joining body.

Weiterhin weist die Einspeiseanlage zweckmäßigerweise Schweißenergie-Einspeisemittel auf, mittels denen ein Schweißstrom in den Fügekörper und/oder die zu verbindenden Bauteile und den Fügekörper aufbringbar ist, um die Bauteile miteinander zu verschweißen, insbesondere den Fügekörper und das am nächsten am Fügeabschnitt angeordnete Bauteil.Furthermore, the feed system expediently has welding energy feed means by means of which a welding current can be applied to the joining body and / or the components to be connected and the joining body in order to weld the components to one another, in particular the joining body and the component closest to the joining section.

Es ist möglich, dass der Fügekörperschaft einen zylindrischen oder kreiszylindrischen Querschnitt aufweist. Zweckmäßigerweise ist der Fügekörperschaft - abgesehen von einem gegebenenfalls taillierten oder gewölbten Dehnabschnitt - auf seiner gesamten Länge längs der Längsachse im Querschnitt zylindrisch oder kreiszylindrisch. Dadurch kann die Herstellung der Fügekörper relativ unkompliziert und kostengünstig erfolgen.It is possible that the joining body has a cylindrical or circular cylindrical cross section. The joining body is expediently - apart from an optionally waisted or curved expansion section - cylindrical or circular-cylindrical in cross-section along its entire length along the longitudinal axis. As a result, the joining bodies can be produced in a relatively uncomplicated and inexpensive manner.

Der Fügekörper kann aus einem Metall oder einem Kunststoff oder einem verstärkten Kunststoff hergestellt sein.The joining body can be made of a metal or a plastic or a reinforced plastic.

Der Fügeabschnitt kann eine vom Fügekörperschaft in Richtung der Längsachse wegragende Verjüngung oder einen Kegelstumpf oder eine Spitze aufweisen. Dadurch ist sozusagen eine Schweißspitze an einem freien Ende des Fügekörpers angeordnet, von der aus sich im Rahmen eines Schweißvorganges vorzugsweise ein Lichtbogen bis zum nächstliegenden Bauteil ausbildet. Das hat den Vorteil, dass der Schweißvorgang relativ kontrolliert ausführbar ist.The joining section can have a taper projecting from the joining body in the direction of the longitudinal axis or a truncated cone or a tip. As a result, a welding tip is arranged, so to speak, on a free end of the joining body, from which an arc preferably forms as part of a welding process as far as the closest component. This has the advantage that the welding process can be carried out in a relatively controlled manner.

Denkbar ist auch, dass die Spitze, die auch als Schweißspitze oder Fügespitze bezeichnet ist, beispielsweise mittels der Fügekraft auf ein Bauteil aufgepresst wird, so dass sie in das Bauteil getrieben wird. Auf diese Weise kann eine Fixierung des Fügekörpers an einem, insbesondere dem ersten, Bauteil erfolgen.It is also conceivable that the tip, which is also referred to as a welding tip or joining tip, is pressed onto a component, for example by means of the joining force, so that it is driven into the component. In this way, the joining body can be fixed to one, in particular the first, component.

Der Fügeabschnitt kann anstelle einer Spitze eine zur Längsachse quer angeordnete ebene Fügefläche aufweisen. Dadurch kann der Fügekörper mit dem Fügeabschnitt beispielsweise an ein Bauteil angepresst werden. Dies hat den Vorteil, dass zwischen dem Fügeabschnitt und dem Bauteil kein Abstand einzuhalten ist, wodurch das Fügeverfahren bzw. der Fügevorgang relativ schnell ist.Instead of a point, the joining section can have a flat joining surface arranged transversely to the longitudinal axis. As a result, the joining body with the joining section can be pressed onto a component, for example. This has the advantage that there is no distance to be maintained between the joining section and the component, as a result of which the joining process or the joining process is relatively fast.

Die Begriffe „Fügen“ und „Verbinden“ werden in der vorliegenden Erfindung als synonym betrachtet.The terms “joining” and “connecting” are considered synonymous in the present invention.

Bevorzugt ist, wenn der Fügeabschnitt ein Schweißabschnitt zum stoffschlüssigen Verbinden des Fügekörpers mit dem ersten Bauteil im Rahmen eines vorzugsweise elektrischen Schweißvorgangs ist. Die für den Schweißvorgang benötigte vorzugsweise elektrische Energie ist durch eine Einspeiseanlage der Fügevorrichtung zum Übertragen und Eintragen von Energie in den Fügekörperschaft oder den Dehnabschnitt bereitgestellt. Der Schweißvorgang kann als Widerstandsschweißen oder Lichtbogenschweißen ausgestaltet sein. Beispielsweise umfasst der Schweißabschnitt besondere Schweißzusätze oder Legierungen, die den Schweißvorgang begünstigen.It is preferred if the joining section is a welding section for integrally connecting the joining body to the first component in the context of a preferably electrical welding process. The preferably electrical energy required for the welding process is provided by a feed system of the joining device for transmitting and entering energy into the joining body or the expansion section. The welding process can be designed as resistance welding or arc welding. For example, the welding section comprises special welding consumables or alloys that promote the welding process.

Der Fügekörper selbst kann aus einem Materialmix hergestellt sein, beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem verstärkten Kunststoff und einem Metall. Der Fügekörper ist sozusagen aus einem hybriden Materialmix hergestellt. Denkbar ist, dass ein Stützabschnitt des Fügekörpers aus Metall und der übrige Fügekörper aus einem Kunststoff hergestellt ist oder umgekehrt. Dies hat den Vorteil, dass unterschiedliche Werkstoffe miteinander gefügt werden können. Durch den Materialmix können auch unerwünschte Effekte verhindert werden, wie beispielsweise Korrosion, insbesondere Kontaktkorrosion.The joining body itself can be made from a material mix, for example from a plastic or a reinforced plastic and a metal. The joint body is, so to speak, from one hybrid material mix manufactured. It is conceivable that a support section of the joining body is made of metal and the rest of the joining body is made of plastic or vice versa. This has the advantage that different materials can be joined together. The material mix can also prevent undesirable effects, such as corrosion, especially contact corrosion.

Der Fügeabschnitt kann einen Form-/Kraftschlussabschnitt bilden, der zum Verbinden des Fügekörpers mit dem ersten Bauteil dient. Dadurch kann der Fügekörper auf der einen Seite an dem zweiten Bauteil mit dem Krafteinleitungsabschnitt angeordnet und auf der anderen entgegengesetzten Seite an dem ersten Bauteil mit dem Fügeabschnitt dauerhaft angeordnet, sozusagen befestigt, werden. Dies hat den Vorteil, dass auf den Schweißvorgang verzichtet werden kann.The joining section can form a positive / non-positive connection section, which serves to connect the joining body to the first component. As a result, the joining body can be arranged on the one side on the second component with the force introduction section and, on the other opposite side, permanently arranged on the first component with the joining section, so to speak, attached. This has the advantage that the welding process can be dispensed with.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Verbinden von insbesondere plattenförmigen Bauteilen, insbesondere zur Herstellung von Batteriegehäusen für Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge, und ein Fügeverfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Bauteilen. Die Fügevorrichtung weist einen Fügekörper auf, der über einen eine Längsachse definierenden Fügekörperschaft verfügt. Der Fügekörper weist ferner einen an einem freien ersten Ende des Fügekörperschafts angeordneten Fügeabschnitt zum Verbinden des Fügekörpers mit einem ersten Bauteil und einen Krafteinleitungsabschnitt zum Verbinden des Fügekörpers mit einem zweiten Bauteil und zur Übertragung von Fügekräften auf. Dabei ist der Krafteinleitungsabschnitt an einem zum freien ersten Ende entgegengesetzten freien zweiten Ende des Fügekörperschafts angeordnet. Der Fügekörperschaft weist weiterhin wenigstens einen Dehnabschnitt auf, durch den eine, insbesondere elastische, Längenänderung des Fügekörperschafts in Richtung der Längsachse hervorrufbar ist.In summary, it should be stated: The present invention relates to a joining device for connecting, in particular, plate-shaped components, in particular for producing battery housings for electric or hybrid motor vehicles, and a joining method for establishing a connection between components. The joining device has a joining body which has a joining body defining a longitudinal axis. The joining body also has a joining section arranged at a free first end of the joining body shaft for connecting the joining body to a first component and a force introduction section for connecting the joining body to a second component and for transmitting joining forces. The force introduction section is arranged on a free second end of the joining body shaft opposite the free first end. The joining body furthermore has at least one stretching section through which a, in particular elastic, change in length of the joining body shaft in the direction of the longitudinal axis can be caused.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, the same reference numerals referring to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch

  • 1 eine Ansicht einer Fügevorrichtung mit Einspeiseanlage und zwei plattenförmige Bauteile,
  • 2 eine Ansicht einer Fügevorrichtung nach dem Fügen,
  • 3 eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Fügevorrichtung
  • 4 eine Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Fügevorrichtung
  • 5 ein Fügeverfahren mit Fügevorrichtung in verschiedenen Ansichten a), b), c), d)
  • 6 ein Kraftfahrzeugbauteil mit Fügeverbindungen hergestellt nach dem beschriebenen Fügeverfahren
It shows, each schematically
  • 1 1 shows a view of a joining device with a feed system and two plate-shaped components,
  • 2nd a view of a joining device after joining,
  • 3rd a view of an alternative embodiment of a joining device
  • 4th a view of a further alternative embodiment of a joining device
  • 5 a joining process with joining device in different views a ), b ), c ), d )
  • 6 a motor vehicle component with joint connections manufactured according to the joining method described

Die 1 bis 4 zeigen eine Fügevorrichtung 10, die einen Fügekörper 20 mit einem Fügekörperschafft 30 umfasst. Der Fügekörperschaft 30 definiert eine den Fügekörper 20 axial durchsetzende Längsachse 35. Quer zur Längsachse 35 ist eine Querachse 36 angeordnet, bezüglich der sich der Fügekörper 20 radial ausdehnt. Ferner sind zwei plattenartige Bauteile 40, 41 dargestellt, die mittels der Fügevorrichtung 10 verbunden sind bzw. werden. Hierzu können sich die plattenartigen Bauteile 40, 41 zumindest im Bereich des Fügekörpers 20 parallel zueinander und insbesondere senkrecht zur Längsachse 35 des Fügekörpers 20 erstrecken. Die Fügevorrichtung 10 umfasst ferner eine Einspeiseanlage 50 zum Eintragen bzw. Einspeisen von vorzugsweise elektrischer Energie.The 1 to 4th show a joining device 10th that have a joining body 20th with a joining body 30th includes. The joining body 30th one defines the joint body 20th axially penetrating longitudinal axis 35 . Transversely to the longitudinal axis 35 is a transverse axis 36 arranged, with respect to which the joining body 20th extends radially. There are also two plate-like components 40 , 41 shown by means of the joining device 10th are or will be connected. For this purpose, the plate-like components 40 , 41 at least in the area of the joining body 20th parallel to each other and in particular perpendicular to the longitudinal axis 35 of the joining body 20th extend. The joining device 10th also includes a feed-in system 50 for entering or feeding preferably electrical energy.

Der Fügekörper 20 verfügt neben dem Fügekörperschaft 30 über einen Krafteinleitungsabschnitt 31 und einen Fügeabschnitt 32.The joint body 20th has in addition to the joining body 30th via a force introduction section 31 and a joining section 32 .

Der Fügekörperschaft 30 verfügt zweckmäßigerweise über einen runden, insbesondere kreisrunden, Querschnitt und über zwei freie Enden sowie über einen Dehnabschnitt 33. Der Dehnabschnitt 33 ist kann grundsätzlich von zylindrischer Gestalt sein und, wie der Fügekörperschaft 30, über einen runden, insbesondere kreisrunden Querschnitt verfügen. Bevorzugt ist, wenn der Dehnabschnitt 33 eine Taillierung 34 aufweist, also sozusagen eine Verringerung des Querschnitts des Dehnabschnitts 33 ausgehend von einem Ausgangsquerschnitt in Richtung der Querrichtung 36 bis zu einem Minimum und daran anschließend eine Zunahme des Querschnitt vorzugsweise wieder bis zum Ausgangsquerschnitt. Dabei besitzt der Dehnabschnitt 33 vorzugsweise einen in der Längsachse 35 variierenden runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt.The joining body 30th expediently has a round, in particular circular, cross-section and two free ends and an expansion section 33 . The stretching section 33 can basically be of cylindrical shape and, like the joining body 30th , have a round, in particular circular cross-section. It is preferred if the expansion section 33 a waist 34 has, so to speak, a reduction in the cross section of the expansion section 33 starting from an initial cross section in the direction of the transverse direction 36 to a minimum and then an increase in the cross section, preferably again up to the initial cross section. The expansion section has 33 preferably one in the longitudinal axis 35 varying round, especially circular cross-section.

Alternativ kann der Dehnabschnitt 33 anstelle der Taillierung 34 oder zusätzlich dazu einen anderen Werkstoff aufweisen. Anstelle der Taillierung 34 ist grundsätzlich auch eine nicht dargestellte Wölbung denkbar. Alternatively, the expansion section 33 instead of the waist 34 or additionally have another material. Instead of the waist 34 a curvature, not shown, is also conceivable in principle.

Zweckmäßigerweise verfügt der Fügekörperschaft 30 über wenigstens einen Stützabschnitt 37 zum Stützen des Fügekörpers 20 in Richtung der Längsachse 35 und in Richtung der Querachse 36. Exemplarisch sind in den Figuren jeweils zwei Stützabschnitte 37 an den Dehnabschnitt 33 angeordnet, sozusagen jeweils ein Stützabschnitt 37 in Richtung der Längsachse 35 vor und hinter dem Dehnabschnitt 33. Jedenfalls kann der Dehnabschnitt 33 über einen Querschnitt verfügen, der den Querschnitten der Stützabschnitt 37 entspricht, dies ist beispielsweise in der 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Bevorzugt ist allerdings, wenn die Stützabschnitte 37 einen etwas größeren Querschnitt als der Dehnabschnitt 33 aufweisen. Beim Dehnabschnitt 33 mit Taillierung 34 ist die Taillierung 34 zweckmäßig so gestaltet, dass sie über den jeweiligen Ausgangsquerschnitt in die angrenzenden Stützabschnitte 37 übergeht. Der jeweilige Übergang kann eine Kante aufweisen und stufenlos sein.The joining body expediently disposes of 30th via at least one support section 37 to support the joint body 20th in the direction of the longitudinal axis 35 and in the direction of the transverse axis 36 . Two support sections are shown as examples in the figures 37 to the stretching section 33 arranged, so to speak, a support section 37 in the direction of the longitudinal axis 35 in front of and behind the stretching section 33 . In any case, the expansion section 33 have a cross section that corresponds to the cross sections of the support section 37 corresponds, this is for example in the 1 indicated by a dashed line. However, it is preferred if the support sections 37 a slightly larger cross section than the expansion section 33 exhibit. At the stretching section 33 with waist 34 is the waist 34 expediently designed so that they cross the respective initial cross section into the adjacent support sections 37 transforms. The respective transition can have an edge and be stepless.

Der Krafteinleitungsabschnitt 31 ist an einem freien Ende des Fügekörperschafts 30 angeordnet und dort beispielsweis stoffschlüssig mit dem Fügekörperschaft 30 verbunden. Alternativ kann der Krafteinleitungsabschnitt 31 und der Fügekörperschaft 30 einstückig hergestellt sein.The force introduction section 31 is at one free end of the joining body 30th arranged and there, for example, cohesively with the joining body 30th connected. Alternatively, the force introduction section 31 and the joining body 30th be made in one piece.

Der Krafteinleitungsabschnitt 31 ist in den 1 bis 4 nietkopfartig ausgebildet, sozusagen in der Form einer Halbkugel 39a. Alternativ kann der Krafteinleitungsabschnitt 31 beispielsweise eine zylindrische Form mit kreisrundem Querschnitt 39b oder einen nicht dargestellten quadratischen Querschnitt aufweisen. Eine zylindrische Form mit kreisrundem Querschnitt 39b ist in den Figuren durch eine punktierte Linie angedeutet. Jedenfalls stützt sich der Krafteinleitungsabschnitt 31 an einem Bauteil 40 ab, so dass der Fügekörper 20 relativ zu den Bauteilen 40, 41 gehalten ist und sozusagen auf dem Bauteil 40 befestigt ist.The force introduction section 31 is in the 1 to 4th rivet-head-like, so to speak in the shape of a hemisphere 39a . Alternatively, the force introduction section 31 for example a cylindrical shape with a circular cross-section 39b or have a square cross section, not shown. A cylindrical shape with a circular cross-section 39b is indicated in the figures by a dotted line. In any case, the force introduction section is supported 31 on one component 40 off so that the joint body 20th relative to the components 40 , 41 is held and so to speak on the component 40 is attached.

Der Fügeabschnitt 32 des Fügekörpers 20 ist an dem anderen freien Ende des Fügekörperschaft 30, also relativ zum Krafteinleitungsabschnitt 31 am entgegengesetzten freien Ende des Fügekörperschafts 30 angeordnet.The joining section 32 of the joining body 20th is at the other free end of the joining body 30th , so relative to the force introduction section 31 at the opposite free end of the joining body 30th arranged.

Der Fügeabschnitt 32 ist zweckmäßigerweise als eine kegelartige Spitze 42 gestaltet, die auch als Fügespitze 42 bezeichnet ist. Es ist allerdings auch möglich, dass statt der Spitze 42 ein nicht dargestellter kegelstumpfartiger Körper oder ein kreiszylindrischer Körper 38, vorzugsweise mit reduziertem Querschnitt, angeordnet ist.The joining section 32 is conveniently as a cone-like tip 42 designed as a joining tip 42 is designated. However, it is also possible that instead of the top 42 a not shown frustoconical body or a circular cylindrical body 38 , preferably with a reduced cross section.

Die Fügevorrichtung 10 umfasst eine Einspeiseanlage 50, die in der 1 gestrichelt angedeutet ist. Die Einspeiseanlage 50 dient zum Übertragen und Eintragen bzw. Einspeisen von vorzugsweise elektrischer Energie in den Fügekörper 20 bzw. in den Fügekörperschaft 30 und in den Dehnabschnitt 33.The joining device 10th includes a feed-in system 50 that in the 1 is indicated by dashed lines. The feed-in system 50 is used to transfer and enter or feed preferably electrical energy into the joining body 20th or in the joining body 30th and in the stretching section 33 .

Die Einspeiseanlage 50 verfügt beispielsweise über nicht dargestellte Wärmeenergie-Einspeisemittel, mittels denen Energie in den Fügekörperschaft 30 und/oder den Dehnabschnitt 33 eingetragen werden können, um den Fügekörperschaft 30 und/oder den Dehnabschnitt 33 zu erwärmen. Dies wird beispielsweise durch Induktionserwärmung oder durch eine Konduktionserwärmung oder durch einen in den Fügekörperschaft 30 eingetragenen elektrischen Strom im Rahmen einer Widerstandserwärmung erreicht. Im Falle der Widerstandserwärmung erzeugt der eingetragene elektrische Strom im Fügekörperschaft 30 eine insbesondere vom elektrischen Strom und vom elektrischen Widerstand des Fügekörperschafts 30 abhängige Wärmemenge, sozusagen in der Art eines stromdurchflossenen elektrischen Leiters, wie etwa bei einer Glühwendel einer Glühlampe. Im Falle der Konduktionserwärmung wird der Fügekörperschaft 30 von einem insbesondere hochfrequenten elektrischen Strom durchflossen und erwärmt. In den Figuren ist rein exemplarisch eine auf dem Induktionsprinzip basierende Übertragung von Energie von der Einspeiseanlage 50 zum Dehnabschnitt 33 durch drei Wellen 51 dargestellt.The feed-in system 50 has, for example, heat energy feed means, not shown, by means of which energy in the joining body 30th and / or the stretching section 33 can be entered to the joining body 30th and / or the stretching section 33 to warm up. This is done, for example, by induction heating or by conduction heating or by one in the joining body 30th registered electrical current reached as part of resistance heating. In the event of resistance heating, the electrical current entered generates in the joining body 30th one especially of the electrical current and the electrical resistance of the joining body 30th dependent amount of heat, so to speak in the manner of a current-carrying electrical conductor, such as in the case of a filament of an incandescent lamp. In the case of conduction heating, the joining body 30th flowed through a particularly high-frequency electrical current and heated. The figures show a purely exemplary transfer of energy from the feed-in system based on the induction principle 50 to the stretching section 33 through three waves 51 shown.

Die Einspeiseanlage 50 weist zweckmäßigerweise nicht dargestellte Fügekraft-Einspeisemittel auf, mittels denen eine axiale Fügekraft 52 auf die zu verbindenden Bauteile 40, 41 und den Fügekörper 20 aufbringbar ist.The feed-in system 50 expediently has joining force feed means, not shown, by means of which an axial joining force 52 on the components to be connected 40 , 41 and the joint body 20th is applicable.

Die Fügekraft 52 wird sowohl auf den Krafteinleitungsabschnitt 31, als auch auf die Bauteile 40, 41 aufgeprägt bzw. aufgebracht. In den Figuren ist dies durch Pfeile 52 angedeutet.The joining force 52 will both on the force introduction section 31 , as well as on the components 40 , 41 embossed or applied. In the figures, this is by arrows 52 indicated.

Weiterhin weist die Einspeiseanlage 50 zweckmäßigerweise nicht dargestellte Schweißenergie-Einspeisemittel auf, mittels denen ein Schweißstrom in den Fügekörper 20 und/oder die zu verbindenden Bauteile 40, 41 einbringbar ist, um die Bauteile 40, 41 und den Fügekörper 20 mittels eines Lichtbogens miteinander zu verschweißen.Furthermore, the feed system 50 Expediently not shown welding energy feed means, by means of which a welding current in the joining body 20th and / or the components to be connected 40 , 41 can be introduced to the components 40 , 41 and the joint body 20th to be welded together by means of an arc.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die oben beschriebenen Wärmeenergie-Einspeisemittel zusätzlich die Funktion der Schweißenergie-Einspeisemittel übernehmen, so dass auf separate Schweißenergie-Einspeisemittel verzichtet werden kann. Dies ist zum Beispiel realisierbar, indem die Wärmeenergie-Einspeisemittel unterschiedliche elektrische Leistungsniveaus bereitstellen. Grundsätzlich können die Wärmeenergie-Einspeisemittel zum Erwärmen des Fügekörperschafts 30 ein niedrigeres elektrisches Leistungsniveau, als beim Schweißvorgang bereitstellen, der bevorzugt bei einem höheren elektrischen Leistungsniveau stattfindet.Alternatively, it can be provided that the thermal energy feed means described above additionally take on the function of the welding energy feed means, so that separate welding energy feed means can be dispensed with. This can be implemented, for example, by providing the thermal energy feed means with different electrical power levels. Basically, the heat energy feed means for heating the joining body 30th provide a lower electrical power level than during the welding process, which preferably takes place at a higher electrical power level.

In den Figuren ist exemplarisch durch mit der Einspeiseanlage 50 verbundene elektrische Leiter 53, 54 angedeutet, wie einerseits der Fügekörper 20 im Bereich des Krafteinleitungsabschnitts 31 und andererseits ein Bauteil 40, 41 elektrisch kontaktiert ist. Im Ergebnis kann zwischen der Fügespitze 42 des Fügeabschnitts 32 und dem Bauteil 40, 41 ein Lichtbogen ausgebildet werden, der im Rahmen des Schweißvorganges zum Aufschmelzen der Fügespitze 42 und des Bauteils 40, 41 führt, sodass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Fügekörper 20 und dem Bauteil 40, 41 ausbildbar ist. Entsprechende Fügeverbindungen 71 sind exemplarisch in der 6 dargestellt.In the figures it is exemplified by the feed-in system 50 connected electrical conductors 53 , 54 indicated how the joining body on the one hand 20th in the area of the force introduction section 31 and on the other hand a component 40 , 41 is electrically contacted. The result can be between the joining tip 42 of the joining section 32 and the component 40 , 41 an arc is formed, which is used in the course of the welding process to melt the joining tip 42 and the component 40 , 41 leads, so that a material connection between the joint body 20th and the component 40 , 41 is trainable. Corresponding joint connections 71 are exemplary in the 6 shown.

Nach Beendigung des Schweißvorgangs kühlen die Bauteile 40, 41 und/oder der Fügekörper 20 und/oder der Dehnabschnitt 33 ab, wobei die nun verbundenen Bauteile 20, 40, 41 gegenseitig verspannt werden. Durch das Verspannen der Bauteile kann die Widerstandskraft von Crashstrukturen, insbesondere die Widerstandskraft eines weiter unten beschriebenen Kraftfahrzeugbauteils 80, erhöht werden. Dies hat den Vorteil, dass die Kraftfahrzeugbauteile 80 relativ robust sind und beispielsweise im Schadensfall relativ hohe Kräfte aufnehmen können.The components cool after the welding process 40 , 41 and / or the joining body 20th and / or the stretching section 33 from, the now connected components 20th , 40 , 41 be mutually tense. By bracing the components, the resistance of crash structures, in particular the resistance of a motor vehicle component described below 80 , increase. This has the advantage that the motor vehicle components 80 are relatively robust and can absorb relatively high forces in the event of damage, for example.

Während des Abkühlvorganges kann die Vorspannkraft, insbesondere ein Teil, beispielsweise die halbe oder ein Viertel der Vorspannkraft, optional zu einer relativ kleinen Verschiebung der Bauteile 40, 41 gegeneinander führen, was in 2 durch einen mit Bezugszeichen 60 beschrifteten Doppelpfeil angedeutet ist. Eine derartige Verschiebung kann dazu führen, dass die beiden Bauteile 40, 41 reibkraftschlüssig und beispielsweise fluiddicht aneinander oder an einem weiteren nicht dargestellten Bauteil anliegen. Bei einem Batteriegehäuse oder einem Kraftfahrzeugbauteil 80 ist bevorzugt, wenn infolge der relativ kleinen Verschiebung 60 eine definierte elastische und/oder plastische Umformung der Bauteile 40, 41 und/oder von Gehäusematerial erfolgt, um beispielsweise einen Deckel abzudichten.During the cooling process, the prestressing force, in particular a part, for example half or a quarter of the prestressing force, can optionally result in a relatively small displacement of the components 40 , 41 against each other, what in 2nd by one with reference numerals 60 labeled double arrow is indicated. Such a shift can lead to the two components 40 , 41 frictionally and for example fluid-tight against each other or on another component, not shown. For a battery case or a motor vehicle component 80 is preferred if due to the relatively small shift 60 a defined elastic and / or plastic deformation of the components 40 , 41 and / or of housing material, for example to seal a lid.

In 3 ist eine alternative Ausführungsform einer Fügevorrichtung 10 dargestellt, die im Unterschied zu der oben beschriebenen Ausführungsform keinen Dehnabschnitt 33 sondern lediglich einen durchgängigen Stützabschnitt 37 aufweist. An einem freien Ende des Fügekörpers 20 ist statt einer Spitze 32 ein kreiszylindrischer Körper 38 angeordnet. Die übrigen Verfahrensmerkmale und Vorrichtungsmerkmale sind identisch anzuwenden.In 3rd is an alternative embodiment of a joining device 10th shown, in contrast to the embodiment described above, no expansion section 33 but only a continuous support section 37 having. At a free end of the joint body 20th is instead of a tip 32 a circular cylindrical body 38 arranged. The other process features and device features are to be used identically.

In den 5a, 5b, 5c, 5d ist ein Fügeverfahren 70 unter Verwendung eines vorstehend beschriebenen Fügekörpers 20 dargestellt.In the 5a , 5b , 5c , 5d is a joining process 70 using a joining body described above 20th shown.

Gemäß dem Fügeverfahren 70 ist vorgesehen, dass der Fügekörper 20 durch eine Ausnehmung 63 im Bauteil 40 eingeführt wird, sodass sich der Krafteinleitungsabschnitt 31 an dem Bauteil 40 abstützt. Der Fügeabschnitt 32 bzw. die Fügespitze 42 ist dadurch mit relativ kleinem Abstand zum anderen Bauteil 41 angeordnet. In der 5a ist ein relativ kleiner Abstand zwischen der Fügespitze 42 und dem Bauteil 40, 41 angedeutet.According to the joining process 70 it is intended that the joining body 20th through a recess 63 in the component 40 is introduced so that the force introduction section 31 on the component 40 supports. The joining section 32 or the joining tip 42 is therefore at a relatively small distance from the other component 41 arranged. In the 5a is a relatively small distance between the joining tip 42 and the component 40 , 41 indicated.

Anschließend wird durch die in 5a, 5b und 5c dargestellte Einspeiseanlage 50 Energie in den Fügekörper 20 und/oder den Dehnabschnitt 33 eingebracht. Dadurch wird der Fügekörper 20 und/oder der Dehnabschnitt 33 erwärmt, sodass sich der Fügekörper 20 und/oder der Fügekörperschaft 30 in Richtung der Längsachse 35 ausdehnt, sozusagen längt, was in 5b durch einen Doppelpfeil 43 dargestellt ist. Die Energieeintragung erfolgt exemplarisch mittels Induktion, was in den Figuren durch drei Wellen 51 angedeutet ist.Then by the in 5a , 5b and 5c shown feeder system 50 Energy in the joining body 20th and / or the stretching section 33 brought in. This creates the joint body 20th and / or the stretching section 33 warmed up so that the joining body 20th and / or the joining body 30th in the direction of the longitudinal axis 35 expands, so to speak, what is in 5b with a double arrow 43 is shown. The energy input takes place by way of example by means of induction, which in the figures is represented by three waves 51 is indicated.

Im nächsten Schritt wird mittels der Einspeiseanlage 50 eine Fügekraft 52 sowohl auf den auf den Krafteinleitungsabschnitt 31 als auch auf die Bauteile 40, 41 ausgeübt. Eine Fügekraft ist jeweils durch einen Pfeil 52 angedeutet, wobei der Fügekörper 20 noch erwärmt, sozusagen noch ausgedehnt ist. Jedenfalls ist durch das Aufbringen der Fügekräfte 52 dafür Sorge getragen, dass die Bauteil 40, 41 im erwärmten Zustand miteinander verprasst und verspannt werden.The next step is using the infeed system 50 a joining force 52 both on the force introduction section 31 as well as on the components 40 , 41 exercised. A joining force is indicated by an arrow 52 indicated, the joining body 20th still warmed, so to speak is still extended. In any case, by applying the joining forces 52 ensured that the component 40 , 41 pressed together and warmed together when heated.

In einem weiteren Schritt, dargestellt in 5c und 5d, wird elektrische Energie mittels der Einspeiseanlage 50 in den Fügekörper 20 und das Bauteil 40, 41 eingetragen, in der Art, dass sich zwischen dem Fügeabschnitt 32 bzw. der Fügespitz 37 und dem Bauteil 41 ein Lichtbogen ausbildet. Man kann sagen, dass ein Schweißvorgang etabliert ist. Jedenfalls wird an der Fügestelle eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Fügekörper 20 und dem Bauteil 40, 41 geschaffen. Eine derartige stoffschlüssige Verbindung ist in der 5d angedeutet. Die Einspeiseanlage 50 bringt während des Schweißvorgangs vorzugsweise keine Energie zum Erwärmen des Dehnungsabschnittes 33 in den Dehnabschnitt 33 oder den Fügekörper 20 ein. Die durch die Einspeiseanlage 50 aufgebrachte Fügekraft 52 bleibt während des Schweißvorgangs vorzugsweise erhalten. Alternativ kann sie entfernt/gelöst sein.In a further step, represented in 5c and 5d , electrical energy is generated by means of the feed-in system 50 in the joint body 20th and the component 40 , 41 registered, in such a way that between the joining section 32 or the joining point 37 and the component 41 forms an arc. One can say that a welding process is established. In any case, there is a material connection between the joint body at the joint 20th and the component 40 , 41 created. Such a cohesive connection is in the 5d indicated. The feed-in system 50 preferably does not bring energy to heat the stretching portion during the welding process 33 in the stretching section 33 or the joint body 20th a. The through the feed system 50 applied joining force 52 is preferably retained during the welding process. Alternatively, it can be removed / detached.

Im letzten Schritt wird die Fügekraft 52 gelöst. Ferner kann der Fügekörper 20 abkühlen und in seine ursprüngliche Länge zurückgehen, so dass die Bauteile 20, 40, 41 gegeneinander gespannt werden.The final step is joining 52 solved. Furthermore, the joining body 20th cool down and return to its original length so that the components 20th , 40 , 41 be tensioned against each other.

In 4 ist eine weitere alternative Ausführungsform einer Fügevorrichtung 10 dargestellt, die im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsformen anstelle eines Schweißabschnittes 32 einen Form-/Kraftschlussabschnitt aufweist, der zum Verbinden des Fügekörpers mit dem ersten Bauteil 41 dient. Auf den Fügeabschnitt 32 und den Schweißvorgang kann daher verzichtet werden. An die Stelle des Fügeabschnitts 32 und der Fügespitze 42 tritt beispielsweise ein Befestigungsgewinde 61 und eine Befestigungsmutter 62. In 4 sind exemplarisch ein auf dem Fügekörperschaft 30 angeordnetes Befestigungsgewinde 61 und eine auf das Befestigungsgewinde 61 aufgesetzte Befestigungsmutter 62 dargestellt.In 4th is another alternative embodiment of a joining device 10th shown, in contrast to the embodiments described above instead of a welding section 32 has a positive / non-positive connection section, which is used to connect the joining body to the first component 41 serves. On the joining section 32 and the welding process can therefore be dispensed with. In the place of the joining section 32 and the joining tip 42 For example, there is a fastening thread 61 and a mounting nut 62 . In 4th are exemplary on the joining body 30th arranged fastening thread 61 and one on the mounting thread 61 attached fastening nut 62 shown.

Im Unterschied zum oben beschriebenen Fügeverfahren 70 wird ein solcher Fügekörper 20 durch eine erste Ausnehmung 63 des Bauteils 40 und durch eine mit dieser Ausnehmung 63 fluchtende zweite Ausnehmung 64 im gegenüberliegenden Bauteil 41 gesteckt. Der Krafteinleitungsabschnitt 31 ist dadurch an dem einen Bauteil 40 abgestützt, während das Befestigungsgewinde 61 durch die zweite Ausnehmung 64 hindurchragt. Wie im oben beschriebenen Fügeverfahren 70, wird mittels der in 4 nicht dargestellten Einspeiseanlage 50 der Fügekörper 20 im Dehnabschnitt 33 erwärmt, sodass sich dieser in Richtung der Längsachse 35 dehnt. Während der Fügekörper 20 erwärmt und in beschriebener Weise gelängt ist, wird die Befestigungsmutter 62 auf das Befestigungsgewinde 61 des Fügekörpers 20 aufgesetzt. Nach dem Abkühlen, wenn der Fügekörperschaft 20 wieder seine ursprüngliche Länge aufweist, wird die Befestigungsmutter 62 und das Bauteil 40, 41 gegeneinander verspannt.In contrast to the joining process described above 70 becomes such a joining body 20th through a first recess 63 of the component 40 and through one with this recess 63 aligned second recess 64 in the opposite component 41 stuck. The force introduction section 31 is on one component 40 supported while the mounting thread 61 through the second recess 64 protrudes through. As in the joining process described above 70 , by means of the in 4th Feed system, not shown 50 the joining body 20th in the stretching section 33 heated so that it is in the direction of the longitudinal axis 35 stretches. During the joining body 20th is heated and elongated in the manner described, the fastening nut 62 on the mounting thread 61 of the joining body 20th put on. After cooling, when the joining body 20th back to its original length, the mounting nut 62 and the component 40 , 41 braced against each other.

In 6 ist ein Kraftfahrzeugbauteil 80 dargestellt, insbesondere ein Batteriegehäuse für Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge. Das Kraftfahrzeugbauteil 80 weist eine Reihe von gleichartigen Fügeverbindungen 71 auf, die nach dem oben beschriebenen Fügeverfahren 70 hergestellt sind. Beispielsweise wurde dabei ein Fügekörper 20 nach den oben beschriebenen Merkmalen verwendet.In 6 is a motor vehicle component 80 shown, in particular a battery housing for electric or hybrid motor vehicles. The motor vehicle component 80 has a number of similar joint connections 71 based on the joining process described above 70 are made. For example, there was a joining body 20th used according to the features described above.

Claims (11)

Fügevorrichtung (10) zum Verbinden von insbesondere plattenförmigen Bauteilen, insbesondere zur Herstellung von Batteriegehäusen für Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge, - mit einem Fügekörper (20), der über einen eine Längsachse (35) definierenden Fügekörperschaft (30) verfügt, - mit einem an einem freien ersten Ende des Fügekörperschafts (30) angeordneten Fügeabschnitt (32) zum Verbinden des Fügekörpers (20) mit einem ersten Bauteil (40) - und mit einem Krafteinleitungsabschnitt (31) zum Verbinden des Fügekörpers (20) mit einem zweiten Bauteil (41) und zur Übertragung von Fügekräften (52), - wobei der Krafteinleitungsabschnitt (31) an einem zum freien ersten Ende entgegengesetzten freien zweiten Ende des Fügekörperschafts (30) angeordneten ist, - wobei der Fügekörperschaft (30) zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende wenigstens einen Dehnabschnitt (33) aufweist, durch den eine Längenänderung (43) des Fügekörperschafts (30) in Richtung der Längsachse (35) hervorrufbar ist.Joining device (10) for connecting, in particular, plate-shaped components, in particular for producing battery housings for electric or hybrid motor vehicles, with a joining body (20) which has a joining body (30) defining a longitudinal axis (35), - With a joining section (32) arranged at a free first end of the joining body shaft (30) for connecting the joining body (20) to a first component (40) - And with a force introduction section (31) for connecting the joining body (20) with a second component (41) and for transmitting joining forces (52), the force introduction section (31) is arranged on a free second end of the joining body shaft (30) opposite the free first end, - The joining body (30) between the first end and the second end has at least one expansion section (33) through which a change in length (43) of the joining body shaft (30) in the direction of the longitudinal axis (35) can be caused. Fügevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der Dehnabschnitt (33) elastischer als die ihn umgebenden Abschnitte (37) ist und/oder - dass der Dehnabschnitt (33) eine Taillierung (34) aufweist.Joining device after Claim 1 , characterized in that - the stretching section (33) is more elastic than the sections (37) surrounding it and / or - that the stretching section (33) has a waist (34). Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass der Dehnabschnitt (33) zwischen dem ersten und dem zweiten freien Ende des Fügekörperschafts (30) angeordnet ist oder - dass zwischen dem ersten freien Ende und dem Dehnabschnitt (33) und/oder dem zweiten freien Ende und dem Dehnabschnitt (33) ein Stützabschnitt (37) zum Stützen des Fügekörpers (20) angeordnet ist.Joining device according to one of the Claims 1 or 2nd , characterized in that - the expansion section (33) is arranged between the first and the second free end of the joining body shaft (30) or - that between the first free end and the expansion section (33) and / or the second free end and the expansion section (33) a support section (37) for supporting the joining body (20) is arranged. Fügevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnabschnitt (33) zwischen seinen Längsenden im Querschnitt stets kleiner ist, als der Stützabschnitt (37) oder der übrige Fügekörperschaft (30).Joining device after Claim 3 , characterized in that the expansion section (33) between its longitudinal ends is always smaller in cross section than the support section (37) or the rest of the joining body (30). Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügevorrichtung (10) eine Einspeiseanlage (50) zum Übertragen und Eintragen von Energie in den Fügekörperschaft (30) oder den Dehnabschnitt (33) umfasst, um den Fügekörperschaft (30) oder den Dehnabschnitt (33) zu erwärmen, so dass sich dieser in Richtung der Längsachse (35) ausdehnt, und/oder um elektrische Energie in den Fügekörper (20) einzuleiten.Joining device according to one of the preceding claims, characterized in that the joining device (10) comprises a feed system (50) for transmitting and entering energy into the joining body (30) or the expansion section (33), around the joining body (30) or the expansion section (33) to heat so that it expands in the direction of the longitudinal axis (35) and / or to introduce electrical energy into the joining body (20). Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Fügekörperschaft (30) auf seiner gesamten Länge längs der Längsachse (35) im Querschnitt zylindrisch oder kreiszylindrisch ist, oder - dass der Fügekörper (20) aus einem Metall oder einem Kunststoff oder einem verstärkten Kunststoff hergestellt ist.Joining device according to one of the preceding claims, characterized in that the joining body (30) is cylindrical or circular-cylindrical in cross-section over its entire length along the longitudinal axis (35), or - that the joining body (20) is made of a metal or a plastic or a reinforced plastic. Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeabschnitt (32) eine vom Fügekörperschaft (30) in Richtung der Längsachse (35) wegragende Verjüngung oder einen Kegelstumpf oder eine Spitze (37) aufweist oder eine zur Längsachse (35) quer angeordnete Fügefläche (38) aufweist.Joining device according to one of the preceding claims, characterized in that the joining section (32) has a taper projecting from the joining body (30) in the direction of the longitudinal axis (35) or a truncated cone or a tip (37) or one arranged transversely to the longitudinal axis (35) Has joining surface (38). Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeabschnitt (32) ein Schweißabschnitt zum stoffschlüssigen Verbinden des Fügekörpers (20) mit dem ersten Bauteil (40) im Rahmen eines Schweißvorgangs ist, wobei die für den Schweißvorgang benötigte Energie durch eine Einspeiseanlage (50) der Fügevorrichtung (10) zum Übertragen und Eintragen von Energie in den Fügekörperschaft (30) oder den Dehnabschnitt (33) bereitgestellt ist.Joining device according to one of the preceding claims, characterized in that the joining section (32) is a welding section for integrally connecting the joining body (20) to the first component (40) in the course of a welding process, the energy required for the welding process being provided by a feed system ( 50) of the joining device (10) for transmitting and entering energy into the joining body (30) or the expansion section (33) is provided. Fügevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeabschnitt (32) einen Form-/Kraftschlussabschnitt bildet, der zum Verbinden des Fügekörpers (20) mit einem Bauteil (41) dient.Joining device according to one of the preceding claims, characterized in that the joining section (32) forms a positive / non-positive connection section which serves to connect the joining body (20) to a component (41). Fügeverfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen, insbesondere zur Herstellung von Batteriegehäusen für Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge, mit - einem Fügekörper (20), der über einen eine Längsachse (35) definierenden Fügekörperschaft (30) verfügt, - mit einem an einem freien ersten Ende des Fügekörperschafts (30) angeordneten Fügeabschnitt (32) zum Verbinden des Fügekörpers (20) mit einem ersten Bauteil (41), und - mit einem Krafteinleitungsabschnitt (31) zum Verbinden des Fügekörpers (20) mit einem zweiten Bauteil (40) und zur Übertragung von Fügekräften (52), wobei der Krafteinleitungsabschnitt (31) an einem zum freien ersten Ende entgegengesetzten freien zweiten Ende des Fügkörperschafts (30) angeordneten ist, - wobei der Fügekörperschaft (30) einen Dehnabschnitt (33) aufweist, durch den eine elastische Längenänderung (43) des Fügekörperschafts (30) hervorrufbar ist, mit den Schritten: 1) Einführen des Fügekörpers (20) in eine an dem zweiten Bauteil (40) angeordnete Ausnehmung (63), in der Art, dass sich der Krafteinleitungsabschnitt (31) an dem zweiten Bauteil (40) abstützt und der Fügeabschnitt (32) mit relativ kleinem Abstand, insbesondere 0,1 mm bis 2,0mm, zum ersten Bauteil (41) angeordnet wird, 2) Eintragen von Energie in den Fügekörper (20) und/oder den Dehnabschnitt (33) mittels einer Einspeiseanlage (50) zum Übertragen und Eintragen von Energie, um den Fügekörper (20) und/oder den Dehnabschnitt (33) zu erwärmen, so dass sich der Fügekörper (20) und/oder der Dehnabschnitt (33) in Richtung der Längsachse (35) ausdehnt, 3) Aufbringen einer Fügekraft (52) mittels der Einspeiseanlage (50) auf das erste Bauteil (41), das zweite Bauteil (40) und den Krafteinleitungsabschnitt (31) des Fügekörpers (20), so dass die Teile im erwärmten Zustand miteinander verpresst und verspannt werden, 4) Eintragen von elektrischer Energie in den Fügekörper (20) und/oder den Dehnabschnitt (33) mittels der Einspeiseanlage (50), so dass zwischen Fügeabschnitt (32) und dem erstem Bauteil (41) ein Schweißvorgang zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Fügekörper (20) und einem, insbesondere dem zweiten, Bauteil (40) etabliert wird, 5) Lösen der Fügekraft (52) und abkühlen der Fügevorrichtung (10), wobei die aus Schritt 2) resultierende Ausdehnung (43) zurückgeht, in der Art, dass das erste Bauteil (41) und das zweite Bauteil (40) gegeneinander verspannt werden.Joining method for producing a connection between at least two components, in particular for producing battery housings for electric or hybrid motor vehicles a joining body (20) which has a joining body (30) defining a longitudinal axis (35), - With a at a free first end of the joining body shaft (30) arranged joining section (32) for connecting the joining body (20) with a first component (41), and - With a force introduction section (31) for connecting the joining body (20) with a second component (40) and for transmitting joining forces (52), the force introduction section (31) at a free second end opposite the free end of the joining body shaft (30 ) is arranged, - The joining body (30) has an expansion section (33) through which an elastic change in length (43) of the joining body shaft (30) can be caused, with the steps: 1) Inserting the joining body (20) into a recess (63) arranged on the second component (40), in such a way that the force introduction section (31) is supported on the second component (40) and the joining section (32) with relative a small distance, in particular 0.1 mm to 2.0 mm, from the first component (41), 2) Entering energy into the joining body (20) and / or the expansion section (33) by means of a feed system (50) for transmitting and entering energy in order to heat the joining body (20) and / or the expansion section (33), so that the joining body (20) and / or the expansion section (33) extends in the direction of the longitudinal axis (35), 3) Applying a joining force (52) by means of the feed system (50) to the first component (41), the second component (40) and the force introduction section (31) of the joining body (20), so that the parts are pressed together in the heated state and be tense 4) Entering electrical energy into the joining body (20) and / or the expansion section (33) by means of the feed system (50), so that a welding process between the joining section (32) and the first component (41) for establishing a material connection between the Joining body (20) and one, in particular the second, component (40) is established, 5) Loosen the joining force (52) and cool the joining device (10), the expansion (43) resulting from step 2) decreasing in such a way that the first component (41) and the second component (40) are braced against one another . Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere ein Batteriegehäuse für Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Fügeverbindung (71) nach Verfahrensanspruch 10 ausgeführt ist und/oder dass zumindest eine Fügeverbindung (71) einen Fügekörper (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.Motor vehicle component, in particular a battery housing for electric or hybrid motor vehicles, characterized in that at least one joint connection (71) according to the method claim 10 and / or that at least one joining connection (71) is a joining body (20) according to one of the Claims 1 to 9 having.
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