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) 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.
- (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
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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 Ansichtena ),b ),c ),d ) -
6 ein Kraftfahrzeugbauteil mit Fügeverbindungen hergestellt nach dem beschriebenen Fügeverfahren
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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 viewsa ),b ),c ),d ) -
6 a motor vehicle component with joint connections manufactured according to the joining method described
Die
Der Fügekörper
Der Fügekörperschaft
Alternativ kann der Dehnabschnitt
Zweckmäßigerweise verfügt der Fügekörperschaft
Der Krafteinleitungsabschnitt
Der Krafteinleitungsabschnitt
Der Fügeabschnitt
Der Fügeabschnitt
Die Fügevorrichtung
Die Einspeiseanlage
Die Einspeiseanlage
Die Fügekraft
Weiterhin weist die Einspeiseanlage
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
In den Figuren ist exemplarisch durch mit der Einspeiseanlage
Nach Beendigung des Schweißvorgangs kühlen die Bauteile
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
In
In den
Gemäß dem Fügeverfahren
Anschließend wird durch die in
Im nächsten Schritt wird mittels der Einspeiseanlage
In einem weiteren Schritt, dargestellt in
Im letzten Schritt wird die Fügekraft
In
Im Unterschied zum oben beschriebenen Fügeverfahren
In
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