DE102019102234A1 - Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück - Google Patents

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Felix Kuke
Sebastian Fritzsche
Alexander Kloshek
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück.
Bei einem Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2), wird das erste Werkstück (1) sowie das zweite Werkstück (2) aneinander im Wesentlichen anliegend bereitgestellt, ein separiertes Verbindungselement mit (3) einem elektrisch leitfähigen Schaft (11) bereitgestellt, der Schaft (11) des Verbindungselements (3) durch das erste Werkstück (1) zumindest abschnittsweise hindurch geführt und mit dem zweiten Werkstück (2) in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht, und der Schaft (11) des Verbindungselements (3) mittels Bolzenschweißen unter Ausbildung eines Lichtbogens an das zweite Werkstück (2) angeschweißt.
Mit den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist ersichtlich, dass mit dem Verfahren auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück, realisierbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück.
  • Verbindungen aus Metallen und faserverstärkten Kunststoffen finden unter anderem in der Automobilindustrie, dem Schienenfahrzeugbau und in der Luft- und Raumfahrt ihre Anwendung. Insbesondere in Bereichen der Elektromobilität ist zur Erhöhung der Reichweite eine deutliche Senkung des Fahrzeuggewichtes und damit des Energiebedarfes notwendig. Eine Verbindung von Metallen und Holz ist zudem im Hausbau, im Interieur-Bereich der Schifffahrt, des Automobilbaus und des Schienenfahrzeugbaus einsetzbar.
  • Gewichtsreduktionen von Baugruppen, insbesondere in der Fahrzeugtechnik, werden unter anderem durch den Einsatz von Kunststoffen und Faser-Kunststoff-Verbunden, auch als FKV bezeichnet, realisiert. Dabei wird das Ziel verfolgt, ohne Einbußen in Festigkeit bzw. Steifigkeit das Gewicht von Fahrzeugen zu senken. Besondere Vorteile bieten Kompositteile, die beispielsweise aus Metall und Kunststoff bzw. Faser-Kunststoff-Verbund zusammengesetzt sind, da diese die Vorteile eines metallischen Werkstücks, beispielsweise in Bereichen hoher mechanischer Beanspruchung, mit denen des Kunststoffs bzw. Verbundmaterials, zum Beispiel im Bereich der Korrosionsbeständigkeit, kombinieren. Faser-Kunststoff-Verbunde zeichnen sich durch ihre entlang der Faserrichtung hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten aus, besitzen aber gegenüber vergleichbar festen Werkstoffen ein geringeres Gewicht.
  • Diesen Vorteilen stehen jedoch in vielen Anwendungsfällen nachteilige Fügetechnologien entgegen. So werden Teile aus Faser-Kunststoff-Verbund oder Kunststoffen häufig mechanisch gefügt, etwa mittels Blindnieten, Stanznieten oder Schrauben. Dabei ist, beispielsweise für die Verbindung eines FKV-Teils mit einem Metallteil, oftmals ein vorheriges Lochen der Werkstücke notwendig. Dadurch werden typischerweise die Fasern beim FKV geschädigt und es tritt eine große Lochleibung infolge der eingeleiteten Kraft auf, was mit lokal verringerten Steifigkeiten bzw. Festigkeiten einhergeht. Auf diese Weise ist ein vollständiges Ausnutzen des Potentials des Kunststoffes bzw. des FKV nicht möglich, was eine größere Dimensionierung von Werkstücken notwendig macht. Insbesondere die typischerweise verwendeten Lochdurchmesser von 5 mm und größer sorgen einerseits für große Bereiche geschädigter Fasern und andererseits für hohe Kerbspannungen. Darüber hinaus ist das Lochen der Werkstücke ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt, der die Herstellungsverfahren langsamer und kostenintensiver macht.
  • Bei thermoplastischen Werkstoffen kommen zu den genannten, typischerweise verwendeten Verfahren noch das Widerstandselementschweißen und das indirekte Widerstandsschweißen am metallischen Trägerbauteil zum Einsatz. Diese Verfahren sind jedoch mit weiteren Nachteilen behaftet, da einerseits eine zweiseitige Zugänglichkeit erforderlich ist und andererseits nur geringe Verbindungsfestigkeiten erzielbar sind. Ein anderes Verfahren, welches das Lichtbogenschweißen mit Widerstandserwärmung kombiniert, löst diese Nachteile, benötigt allerdings zur Realisierung des Lichtbogens einen Abstand bzw. Spalt zwischen den zu verbindenden Werkstücken.
  • DE 10 2015 118 058 A1 offenbart ein Fügeverfahren zum Fügen von metallischen und nicht-metallischen Fügepartnern über ein sogenanntes CMT-Pin-Verfahren, wobei ein Abschnitt eines Endlos-Drahts durch den nicht-metallischen Fügepartner gestoßen wird und dann mittels Lichtbogen mit dem metallischen Fügepartner verschweißt wird. Zur Realisierung dieses Fügeverfahrens ist jedoch zwingend die Einhaltung eines Abstandes zwischen den Fügepartnern notwendig.
  • Die DE 10 2018 104 701 offenbart ein drahtförmiges Verbindungselement, welches durch ein erstes Werkstück hindurch geführt wird und ein zweites Werkstück elektrisch leitfähig kontaktiert und an dieses mittels Wiederstandsschweißung angeschweißt wird. Außerdem wird durch eine mechanische Kraft eine Umformung des Verbindungselements erreicht, welches einen Hinterschnitt ausbildet, der das erste und zweite Werkstück formschlüssig miteinander verbindet.
  • Bestehende Verbindungsverfahren weisen entsprechend auch Nachteile auf, die ihre Anwendbarkeit beschränken, nämlich durch fertigungstechnische Restriktionen und/oder erhöhte Fertigungskosten.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchen unter Behebung der genannten Nachteile auf besonders einfache und kostengünstige Weise die Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück, realisierbar ist.
  • Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angegeben.
  • Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück, bei dem das erste Werkstück sowie das zweite Werkstück aneinander im Wesentlichen anliegend bereitgestellt werden. Ein separiertes Verbindungselement mit einem elektrisch leitfähigen Schaft wird bereitgestellt, wobei der Schaft des Verbindungselements durch das erste Werkstück zumindest abschnittsweise hindurch geführt wird und mit dem zweiten Werkstück in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht wird. Der Schaft des Verbindungselements wird mittels Bolzenschweißen unter Ausbildung eines Lichtbogens an das zweite Werkstück angeschweißt.
  • Es kann dabei sein, dass die beiden Werkstücke einen minimalen Abstand zueinander aufweisen und/oder dass zwischen ihnen noch eine Schicht dünnen Materials, wie zum Beispiel eine Beschichtung eines der beiden Werkstücke, angeordnet ist.
  • Ein Abschnitt des Schaftes kann dabei aus dem ersten Werkstück an der dem zweiten Werkstück gegenüberliegenden Seite herausragen.
  • Der Schweißvorgang kann dabei mit der Herstellung des Kontakts zwischen Verbindungselement und zweitem Werkstück starten.
  • Generell sind die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren Werkstückverbunde in allen Anwendungen nutzbar, insbesondere wo Gewichtsreduktion durch Einsatz von Kompositwerkstoffen gewünscht ist.
  • Vorteilhafterweise kann das Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück bei lediglich einseitiger Zugängigkeit der Schweißstelle realisiert werden, was beispielsweise in der Automobilindustrie eine häufige Anforderung ist.
  • Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft möglich, eine hohe Verbindungs-Festigkeit mit geringem Zeitaufwand herzustellen. Dies wird unter anderem dann gewährleistet, wenn kein Abstand zwischen den zu fügenden Werkstücken für die Bildung eines Lichtbogens realisiert ist.
  • Weiterhin kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine Vorlochoperation, also das Einbringen von zumindest einem Loch im ersten Werkstück an einer geplanten Schweißstelle vor dem Durchdringen mit dem Verbindungselement, verzichtet werden, wodurch die Fügeposition am ersten Werkstück dementsprechend frei wählbar ist.
  • Außerdem ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Verbindungselemente mit geringem Querschnitt zu nutzen, wodurch signifikant die Schädigung der Fasern des ersten Werkstücks, wenn dieses aus einem Faser-Kunststoff-Verbund ausgeführt ist, verringert werden kann.
  • Somit kann die Festigkeit bzw. Steifigkeit des Faser-Kunststoff-Verbunds weitgehend ausgenutzt werden, was bei gleichen mechanischen Eigenschaften eine noch leichtere Konstruktion ermöglicht. Darüber hinaus ist das Durchdringen des ersten Werkstücks mittels eines dünnen Verbindungselementes wesentlich einfacher bzw. unter Aufbringung geringerer Kräfte möglich.
  • Es ist zusätzlich durch die geringe Schwächung des Faser-Kunststoff-Verbunds eine Reduzierung des Überlappungsbereiches der Werkstücke möglich, so dass zusätzlich eine Materialeinsparung erzielt werden kann.
  • Gegenüber herkömmlich bekannten Verfahren ist somit ebenfalls die Komplexität des Fügevorgangs deutlich reduziert.
  • Eine Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei beispielsweise vorgesehen sein für Erzeugnisse aus Kunststoffen mit jeder Art an Faserverstärkungen als Gewebe oder Gelege sowie klassischen Kunststoffen und Metallen, wobei insbesondere alle schweißbaren Metalle, insbesondere unlegierte und legierte Stähle wie Qualitäts- und Edelstähle, hochfeste Stähle, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Magnesium und Magnesiumlegierungen sowie Kupfer und Kupferlegierungen umfasst sind. Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Realisierung von Metall-Holz-Verbindungen anwendbar.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Verbindungselement ein separater Bolzen.
  • Entsprechend ist gegenüber den herkömmlichen CMT-Pin-Verfahren erfindungsgemäß vorgesehen, dass separierte Elemente mittels Bolzenschweißverfahren verschweißt werden, und keine Abschnitte eines Endlos-Schweißdrahts, die erst nach Anschweißung am zweiten Werkstück vom restlichen Endlos-Material separiert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verbindungselement einen bezüglich einer Mittellängsachse des Schafts axial an diesen angeschlossenen und bezüglich der Mittellängsachse in zumindest in einer radialen Richtung eine größere radiale Erstreckung als der Schaft aufweisenden Halteabschnitt auf, so dass der Halteabschnitt einen Hinterschnitt an der dem zweiten Werkstück gegenüberliegenden Seite des ersten Werkstücks ausbildet und somit das Verbindungselement das erste Werkstück und das zweite Werkstück formschlüssig miteinander verbindet.
  • Insbesondere sind beide Werkstücke dabei im Wesentlichen flächig bzw. im Wesentlichen zweidimensional ausgestaltet.
  • Zusätzlich zum ersten und zweiten Werkstück kann eine beliebige Anzahl weiterer Werkstücke auf der dem ersten Werkstück zugewandten Seite des zweiten Werkstücks bzw. auf einer oder beiden Seiten des ersten Werkstücks angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Verbindungselement zwischen dem Hinterschnitt und der Schweißverbindung mit dem zweiten Werkstück weitere Werkstücke miteinander verbinden.
  • Es kann dabei sein, dass die beiden Werkstücke einen minimalen Abstand zueinander aufweisen und/oder dass zwischen ihnen noch eine Schicht dünnen Materials, wie zum Beispiel eine Beschichtung eines der beiden Werkstücke, angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Schaft des Verbindungselements an seinem dem zweiten Werkstück zugewandten Ende einen Kontaktbereich auf, welcher mit dem zweiten Werkstück in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht wird, wobei der Kontaktbereich zumindest teilweise, insbesondere gesamtheitlich durch ein Flussmittel ausgebildet ist.
  • Das Flussmittel dient zur Verringerung der Oberflächenspannung des aufgeschmolzenen Werkstoffs und somit zu einem gleichmäßigen Stofftransport sowie zur Bindung von Verunreinigungen.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass vor dem Schweißen eine Oberflächenbehandlung zumindest der dem ersten Werkstück zugewandten Seite des zweiten Werkstücks durchgeführt wird. Mit der Oberflächenbehandlung werden Zunder- und Oxidschichten entfernt bzw. generell eine Reinigung der Oberfläche des zweiten Werkstücks durchgeführt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Festigkeit des Materials des ersten Werkstücks mittels Erwärmung zumindest bereichsweise gemindert und das Verbindungselement wird unter Verdrängung des festigkeitsgeminderten Materials durch das erste Werkstück hindurch geführt.
  • Eine Erwärmung sollte dabei wenigstens 50 °C über die Umgebungstemperatur erfolgen, die die zu verbindenden Materialien ebenfalls aufweisen.
  • Damit wird gewährleistet, dass kein Vorlochen im ersten Werkstück notwendig ist. Deshalb entstehen auch keine Beschädigungen der Verstärkungsfasern und keine erhöhten Kerbspannungen, wie sie bei Vorlochoperationen auftreten.
  • Somit wird kein zusätzlicher Prozess für die Herstellung eines Lochs benötigt.
  • Insbesondere wird das Verbindungselement derart durch das erste Werkstück hindurch geführt, dass es das zweite Werkstück elektrisch leitfähig kontaktiert. Das Hindurchführen des Verbindungselements meint insbesondere ein Hindurchführen eines Abschnitts des Verbindungselements durch das erste Werkstück.
  • In alternativer Ausgestaltung nicht ausgeschlossen, dass vor dem Hindurchführen des Verbindungselements durch das erste Werkstück an der gewünschten Position des ersten Werkstücks ein Loch erzeugt wird, beispielsweise durch Stechen, Bohren oder Stanzen. Der Durchmesser des Lochs kann im Wesentlichen dem Durchmesser des Verbindungselements entsprechen. Insbesondere erfolgt dies, wenn das Material des ersten Werkstücks ein duroplastischer Kunststoff ist. Werden lediglich Löcher mit kleinem Durchmesser gestochen, kann dies auch als minimalinvasiver Eingriff in das erste Werkstück bezeichnet werden. Dies wird insbesondere bei duroplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden durchgeführt und führt lediglich zu einer minimalen Schädigung des Faser-Kunststoff-Verbunds.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Erwärmung mittels Infrarot-Strahlung realisiert wird.
  • Insbesondere bei Ausbildung des ersten Werkstücks aus einem thermoplastischen Kunststoff wird mittels Infrarot-Strahlung die Erwärmung realisiert.
  • Der Vorteil besteht hier darin, dass die Fasern im Kunststoff fasergerecht verdrängt werden können.
  • Insbesondere sind, wie beschrieben, leichte Verschiebungen/Verdrängungen der Fasern untereinander möglich, sodass die Faserschädigungen beim Hindurchführen des Verbindungselements durch das erste Werkstück minimiert sind. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass die für das Hindurchführen des Verbindungselements durch das erste Werkstück aufzubringenden Kräfte minimiert werden und auf diese Weise eine Vorrichtung und/oder Antriebseinrichtungen zur Durchführung der Verfahrensschritte zur Durchführung des Verfahrens kleiner dimensioniert werden können.
  • Alternativ kann die Erwärmung mittels Wärmeleitung und/oder induktiv realisiert werden, wobei die induktive Erwärmung insbesondere eingesetzt wird, wenn das erste Werkstück aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist.
  • Die Erwärmung kann vor und/oder gleichzeitig mit der Hindurchführung des Verbindungselements realisiert werden.
  • Außerdem kann vorgesehen sein, dass anstelle einer Erwärmung des ersten Werkstücks das Verbindungselement erwärmt wird. Nicht ausgeschlossen ist auch eine Erwärmung von sowohl dem ersten Werkstück als auch dem Verbindungselement.
  • Das Verbindungselement kann nach Herstellung des elektrisch leitfähigen Kontakts mit dem zweiten Werkstück bedingt durch den elektrischen Widerstand bei Ausbildung eines Lichtbogens erwärmt werden. Dies kann beim Anschweißen erfolgen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das erste Werkstück insbesondere Thermoplast, Duroplast oder Holz bzw. ist aus einem Thermoplast, Duroplast oder Holz hergestellt.
  • Dabei ist zu beachten, dass bei Verwendung von nicht-thermoplastischem Werkstoff gegebenenfalls eine Vorlochoperation durchgeführt wird.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das zweite Werkstück insbesondere Metall bzw. ist aus Metall hergestellt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Werkstück insbesondere einen Faser-Verbund-Werkstoff bzw. ist aus einem Faser-Verbund-Werkstoff hergestellt.
  • Insbesondere können dafür endlosfaserverstärkte Verbundstoffe vorgesehen sein.
  • In einer einfachen und stabilen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schaft des Verbindungselements an seinem dem zweiten Werkstück zugewandten Ende einen Kontaktbereich aufweist, welcher mit dem zweiten Werkstück in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht wird, wobei der Kontaktbereich sich in Richtung auf das zweite Werkstück zu einer Spitze verjüngt, so dass bei elektrisch leitfähiger Kontaktierung des Verbindungselements mit dem zweiten Werkstück der elektrische Kontakt im Wesentlichen punktuell mit einer entsprechenden Vergrößerung des elektrischen Widerstandes realisiert ist. Bei der Herstellung des elektrischen Kontakts und angelegter Spannung am Verbindungselement wird ein Lichtbogen an der Spitze gezündet, welcher zunächst die Spitze und folglich den Kontaktbereich zumindest bereichsweise abschmelzen lässt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, dass kein Abstand zwischen den Werkstücken sein muss, da sich zunächst ein sehr kleiner Lichtbogen an der Spitze bildet, der keines Abstandes bedarf.
  • Insbesondere kann das Abschmelzen der Spitze explosionsartig ablaufen, wobei ein Teil der Spitze verdampft.
  • Es kann vorgesehen sein, dass mit dem Abschmelzen der Spitze bzw. mit dem zumindest bereichsweise Abschmelzen des Kontaktbereichs eine fortlaufende Bewegung des Verbindungselements auf das zweite Werkstück zu erfolgt. Dabei wird insbesondere der gesamte verjüngt verlaufende Kontaktbereich abgeschmolzen, welcher ein Schweißbad bildet, das ausreicht, um das Verbindungselement fest mit dem zweiten Werkstück zu verbinden.
  • Mit dem weiteren Bewegen des Verbindungselements in Richtung auf das zweite Werkstück kann der Halteabschnitt in der Oberfläche des ersten Werkstücks zumindest bereichsweise versenkt werden, insbesondere gesamtheitlich versenkt werden, damit die der Schweißstelle abgewandte Seite des Halteabschnitts mit der dem zweiten Werkstück abgewandten Oberfläche des ersten Werkstücks abschließt und zusammen mit dieser eine ebene Fläche ausbildet.
  • Der sich entlang einer Mittellängsachse des Schafts vom Halteabschnitt weg führende verjüngte Kontaktbereich kann im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet sein. Die Verjüngung des Kontaktbereichs entspricht also einer durch ein Kegelverhältnis und/oder durch einen eingeschlossenen Kegelwinkel definierten Kegelverjüngung.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Schaft des elektrisch leitfähigen Verbindungselements an dem dem Halteabschnitt gegenüberliegenden Ende des Schafts einen sich entlang einer Mittellängsachse des Schafts vom Halteabschnitt weg führend verjüngenden Kontaktbereich auf, so dass bei elektrisch leitfähiger Kontaktierung des elektrisch leitfähigen Verbindungselements mit dem zweiten Werkstück der elektrische Kontakt im Wesentlichen punktuell realisiert ist, wobei die Summe der Erstreckung des Schafts und des Kontaktbereichs entlang der Mittellängsachse eine Länge LS aufweist, und der Kontaktbereich entlang der Mittellängsachse eine Länge LK aufweist, und der Schaft in seiner Erstreckung quer zur Mittellängsachse zumindest in dem direkt an den Kontaktbereich angrenzenden Bereich eine maximale Erstreckung D aufweist, wobei gilt LS/LK = 2 ... 6, insbesondere LS/LK = 3 ... 5 und/oder LK/D = 1/0,5 ... 1/1,5, insbesondere LK/D = 1/0,8 ... 1/1,2.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement eine klammerartige Form aufweist.
  • Es ist also nicht ausgeschlossen, dass ein einzelnes Verbindungselement z.B. mehrere Schäfte umfasst. Insbesondere ist jedoch an dem der Schweißstelle abgewandten Ende eines Schaftes ein Halteabschnitt vorgesehen, welcher als Hinterschnitt fungiert. Dabei kann ein Halteabschnitt auch mit mehreren Schäften verbunden sein.
  • Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind.
  • Es zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung der Durchführung eines ersten Schrittes einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 2: eine schematische Darstellung der Durchführung eines zweiten Schrittes der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 3: eine schematische Darstellung der Durchführung eines dritten Schrittes der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 4: eine schematische Darstellung der Durchführung eines ersten Schrittes einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 5: eine schematische Darstellung der Durchführung eines zweiten Schrittes der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    • 6: eine schematische Darstellung der Durchführung eines dritten Schrittes der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die schematischen Darstellungen der Durchführungen der Schritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schließen nicht aus, dass das Verfahren in einer jeweiligen Ausführungsform noch weitere vorhergehende oder nachfolgende Schritte umfassen kann.
  • In 1 ist eine schematische Darstellung der Durchführung eines ersten Schrittes einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
  • Die erste Ausführungsform zeigt ein erstes Werkstück 1 sowie ein zweites Werkstück 2, welche flächig ausgestaltet sind und aneinander anliegen.
  • Auf der dem zweiten Werkstück 2 gegenüberliegenden Seite des ersten Werkstücks 1 ist ein von einem Bolzenschweißgerät 40 gehaltener separater Bolzen 30 angeordnet, wobei der separate Bolzen 30 als Verbindungselement 3 fungiert und in nachfolgenden Verfahrensschritten das erste Werkstück 1 und das zweite Werkstück 2 miteinander verbindet.
  • Das Verbindungselement 3 umfasst einen sich entlang einer Mittellängsachse 10 erstreckenden Schaft 11, einen Halteabschnitt 12 sowie einen Kontaktbereich 14. Der Haltebereich 12 ist dabei an dem den Werkstücken 1, 2 abgewandten Ende des Schaftes 11 angeordnet, wobei das Verbindungselement 3 mit dem Haltebereich 12 am Bolzenschweißgerät 40 gehalten ist. Der Kontaktbereich 14 ist am anderen, den Werkstücken 1, 2 zugewandten Ende des Schafts 11 angeordnet. Der Schaft 11 weist dabei entlang seiner Erstreckung einen konstanten Durchmesser auf, wobei sich der Kontaktbereich 14, angrenzend an den Schaft 11 und von dessen Durchmesser ausgehend, zu einer Spitze 15 hin, in Richtung auf die Werkstücke 1, 2 erstreckend, verjüngt. Der Kontaktbereich 14 ist dabei kegelförmig ausgestaltet. Das heißt, der Kontaktbereich 14 verjüngt sich hin zur Spitze 15 konstant bzw. gleichmäßig.
  • Außerdem ist ein Infrarotstrahler 20 dargestellt, welcher zwischen dem ersten Werkstück 1 und dem Verbindungselement 3 angeordnet ist. Entsprechend ist er auf der dem zweiten Werkstück 2 gegenüberliegenden Seite des ersten Werkstücks 1 zu diesem benachbart angeordnet.
  • Das erste Werkstück 1 umfasst dabei Duroplast, Holz oder Thermoplast bzw. ist aus einem dieser Werkstoffe hergestellt. Das zweite Werkstück 2 umfasst Metall bzw. ist aus Metall hergestellt. Das Verbindungselement 3 umfasst ein elektrisch leitfähiges Material bzw. ist aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt.
  • Im hier dargestellten ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste Werkstück 1 vom Infrarotstrahler 20 bestrahlt, wodurch das erste Werkstück 1 folglich bereichsweise festigkeitsgemindert ist. Durch das festigkeitsgeminderte Material 21 ist eine leichte Verschiebung bzw. Verdrängung von Fasern im ersten Werkstück 1 möglich.
  • In einem nachfolgenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verbindungselement 3 durch das erste Werkstück 1 hindurch geführt.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der Durchführung eines zweiten Schrittes der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Im hier dargestellten zweiten Schritt wird das Verbindungselement 3 derart durch das erste Werkstück 1 hindurch geführt, dass es das zweite Werkstück 2 elektrisch leitfähig kontaktiert. Das Verbindungselement 3 wird dabei im Wesentlichen senkrecht zu einer jeweiligen Oberfläche des ersten und zweiten Werkstücks 1, 2 bewegt. Der elektrisch leitfähige Kontakt wird dabei zwischen der Spitze 15 des Kontaktbereichs 14 und der dem ersten Werkstück 1 zugewandten Oberfläche des zweiten Werkstücks 2 hergestellt.
  • Mit dem Durchführen des Verbindungselements 3 durch das erste Werkstück 1 wird das Material des ersten Werkstücks 1 vom Verbindungselement 3 verdrängt, so dass das im ersten Werkstück 1 entstehende Loch in seinem Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser des Schafts 11 des Verbindungselements 3 entspricht.
  • Dabei ist aus 2 ersichtlich, dass die Dicke des ersten Werkstücks 1 geringer ist als die Summe der Erstreckungen des Schafts 11 und des Kontaktbereichs 14. Somit ist der Schaft 11 bei Kontakt zwischen Spitze 15 und zweitem Werkstück 2 nur bereichsweise durch das erste Werkstück 1 hindurchgeführt.
  • Mit der Herstellung des elektrisch leitfähigen Kontakts zwischen dem Verbindungselement 3 und dem zweiten Werkstück 2 wird das Bolzenschweißen begonnen. Mit Beginn der Bolzenschweißung bildet sich ein sehr kleiner Lichtbogen zwischen Spitze 15 und der dem ersten Werkstück 1 zugewandten Oberfläche des zweiten Werkstücks 2.
  • Die Ausbildung dieses sehr kleinen Lichtbogens ist auch dann möglich, wenn kein oder nur ein sehr geringer Abstand zwischen dem ersten Werkstück 1 und dem zweiten Werkstück 2 existiert.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung der Durchführung eines dritten Schrittes der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ersichtlich.
  • Im hier dargestellten dritten Schritt wird bei der Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen Verbindungselement 3 und zweitem Werkstück 2 und angelegter Spannung am Verbindungselement 3 über das Bolzenschweißgerät 40 ein Lichtbogen an der Spitze (hier nicht zu sehen) gezündet. Dieser lässt zunächst die Spitze des Verbindungselements 3 anschmelzen oder abschmelzen.
  • Dabei bildet sich zunächst ein sehr kleiner Lichtbogen zwischen der Spitze und dem zweiten Werkstück 2, wobei sich nach dem Abschmelzen der Spitze anschließend ein Lichtbogen an der Stelle der abgeschmolzenen Spitze bzw. des bereichsweise abgeschmolzenen Kontaktbereichs bildet. Dabei wird das Verbindungselement 3 mit dem während dem Schweißvorgang stetig abschmelzenden Kontaktbereich fortlaufend immer weiter in Richtung auf das zweite Werkstück 2 bewegt. Der gesamte verjüngt verlaufende Kontaktbereich wird abgeschmolzen und bildet ein Schweißbad, mit welchem das Verbindungselement 3 fest mit dem zweiten Werkstück 2 verbunden wird.
  • Mit dem fortlaufenden Bewegen des Verbindungselements 3 in Richtung auf das zweite Werkstück 2 wird der Halteabschnitt 12 in der Oberfläche des ersten Werkstücks 1 gesamtheitlich versenkt, so dass die der Schweißstelle abgewandte Seite des Halteabschnitts 12 mit der Oberfläche des ersten Werkstücks 1 abschließt und eine ebene Fläche ausbildet.
  • Durch die größere radiale Erstreckung des Halteabschnitts 12 im Gegensatz zum Schaft 11 bildet der Halteabschnitt 12 einen Hinterschnitt 13 an der dem zweiten Werkstück 2 gegenüberliegenden Seite des ersten Werkstücks 1. Somit sind das das erste Werkstück 1 und das zweite Werkstück 2 mittels dem Verbindungselement 3 formschlüssig miteinander verbunden.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung der Durchführung eines ersten Schrittes einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Identisch zur ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt auch die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erstes Werkstück 1 sowie ein zweites Werkstück 2, welche flächig bzw. zweidimensional ausgestaltet sind und aneinander anliegen.
  • Weiterhin identisch ist die Ausgestaltung des von einem Bolzenschweißgerät 40 gehaltenen separaten Bolzens 30, der als Verbindungselement 3 fungiert, um das erste Werkstück 1 und das zweite Werkstück 2 miteinander zu verbinden.
  • Auch wie in der ersten Ausführungsform umfasst das zweite Werkstück 2 Metall bzw. ist aus Metall hergestellt und das Verbindungselement 3 umfasst ein elektrisch leitfähiges Material bzw. ist aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt.
  • Unterschiedlich zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist, dass das erste Werkstück 1 in der zweiten Ausführungsform im hier dargestellten Schritt bereits einer Vorlochoperation unterzogen wurde. Das erste Werkstück 1 umfasst also ein Loch 22. Das Loch 22 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu einer jeweiligen Oberfläche des ersten bzw. zweiten Werkstücks 1, 2 bzw. parallel zur Mittellängsachse 10 des Verbindungselements 3. Dabei umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform das erste Werkstück 1 einen faserverstärkten, thermoplastischen Kunstsoff bzw. ist aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunstsoff hergestellt.
  • In der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit kein Infrarotstrahler 20 benötigt, der im ersten Werkstück 1 eine Minderung der Festigkeit erzeugt, da eine Durchdringung des ersten Werkstücks 1 mit dem Verbindungselement 3 problemlos durch das vorgefertigte Loch 22 erfolgt.
  • In 5 dargestellt ist eine schematische Darstellung der Durchführung eines zweiten Schrittes der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Im zweiten Schritt der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun, äquivalent zum zweiten Schritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2, das Verbindungselement 3 derart durch das erste Werkstück 1 hindurch geführt, dass es das zweite Werkstück 2 elektrisch leitfähig kontaktiert.
  • Unterschiedlich zum zweiten Schritt der ersten Ausführungsform ist hier nur, dass mit dem Durchführen des Verbindungselements 3 durch das erste Werkstück 1 kein Material des ersten Werkstücks 1 vom Verbindungselement 3 verdrängt wird.
  • Das Loch 22 im ersten Werkstück 1 weist dabei einen Durchmesser auf, welcher im Wesentlichen dem Durchmesser des Schafts 11 des Verbindungselements 3 entspricht oder aber auch geringfügig größer sein kann.
  • In 6 ist eine schematische Darstellung der Durchführung eines dritten Schrittes der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu sehen.
  • Der dritte Schritt der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist äquivalent zum dritten Schritt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 3 auszuführen.
  • Bei der Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen Verbindungselement 3 und zweitem Werkstück 2 und angelegter Spannung am Verbindungselement 3 wird über das Bolzenschweißgerät 40 ein Lichtbogen an der Spitze (hier nicht dargestellt) gezündet. Der gesamte Kontaktbereich des Verbindungselements 3 wird unter fortlaufender Bewegung des Verbindungselements 3 auf das zweite Werkstück 2 zu abgeschmolzen und bildet ein Schweißbad, mit welchem nach Erstarren das Verbindungselement 3 fest mit dem zweiten Werkstück 2 verbunden wird. Mit der fortlaufenden Bewegung wird der Halteabschnitt 12 im ersten Werkstück 1 versenkt und bildet mit diesem eine ebene Oberfläche.
  • Aus den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist ersichtlich, dass mit dem Verfahren auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine mechanisch feste Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück, realisierbar ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erstes Werkstück
    2
    zweites Werkstück
    3
    Verbindungselement
    10
    Mittellängsachse
    11
    Schaft
    12
    Halteabschnitt
    13
    Hinterschnitt
    14
    Kontaktbereich
    15
    Spitze
    20
    Infrarotstrahler
    21
    festigkeitsgemindertes Material
    22
    Loch
    30
    separater Bolzen
    40
    Bolzenschweißgerät
    LS
    Summe der Erstreckung des Schafts und des Kontaktbereichs entlang der Mittellängsachse
    LK
    Länge des Kontaktbereichs entlang der Mittellängsachse
    D
    maximale Erstreckung des Schafts quer zur Mittellängsachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015118058 A1 [0006]
    • DE 102018104701 [0007]

Claims (10)

  1. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2), bei dem: - das erste Werkstück (1) sowie das zweite Werkstück (2) aneinander im Wesentlichen anliegend bereitgestellt werden, - ein separiertes Verbindungselement (3) mit einem elektrisch leitfähigen Schaft (11) bereitgestellt wird, - der Schaft (11) des Verbindungselements (3) durch das erste Werkstück (1) zumindest abschnittsweise hindurch geführt wird und mit dem zweiten Werkstück (2) in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht wird, und - der Schaft (11) des Verbindungselements (3) mittels Bolzenschweißen unter Ausbildung eines Lichtbogens an das zweite Werkstück (2) angeschweißt wird.
  2. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) ein separater Bolzen (30) ist.
  3. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) einen bezüglich einer Mittellängsachse (10) des Schafts (11) axial an diesen angeschlossenen und bezüglich der Mittellängsachse (10) in zumindest in einer radialen Richtung eine größere radiale Erstreckung als der Schaft (11) aufweisenden Halteabschnitt (12) aufweist, so dass der Halteabschnitt (12) einen Hinterschnitt (13) an der dem zweiten Werkstück (2) gegenüberliegenden Seite des ersten Werkstücks (1) ausbildet und somit das Verbindungselement (3) das erste Werkstück (1) und das zweite Werkstück (2) formschlüssig miteinander verbindet.
  4. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (11) des Verbindungselements (3) an seinem dem zweiten Werkstück (2) zugewandten Ende einen Kontaktbereich (14) aufweist, welcher mit dem zweiten Werkstück (2) in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht wird, wobei der Kontaktbereich (14) zumindest teilweise, insbesondere gesamtheitlich durch ein Flussmittel ausgebildet ist.
  5. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit des Materials des ersten Werkstücks (1) mittels Erwärmung zumindest bereichsweise gemindert wird und das Verbindungselement (3) unter Verdrängung des festigkeitsgeminderten Materials durch das erste Werkstück (1) hindurch geführt wird.
  6. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkstück (1) insbesondere Thermoplast, Duroplast oder Holz umfasst bzw. aus einem Thermoplast, Duroplast oder Holz hergestellt ist.
  7. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkstück (2) insbesondere Metall umfasst bzw. aus Metall hergestellt ist.
  8. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkstück (1) insbesondere einen Faser-Verbund-Werkstoff umfasst bzw. aus einem Faser-Verbund-Werkstoff hergestellt ist.
  9. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (11) des Verbindungselements (3) an seinem dem zweiten Werkstück (2) zugewandten Ende einen Kontaktbereich (14) aufweist, welcher mit dem zweiten Werkstück (2) in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht wird, wobei der Kontaktbereich (14) sich in Richtung des zweiten Werkstücks (2) zu einer Spitze (15) hin verjüngt, so dass bei elektrisch leitfähiger Kontaktierung des elektrisch leitfähigen Verbindungselements (3) mit dem zweiten Werkstück (2) der elektrische Kontakt im Wesentlichen punktuell realisiert ist, wobei bei der Herstellung des elektrischen Kontakts und angelegter Spannung am Verbindungselement (3) ein Lichtbogen an der Spitze (15) gezündet wird, welcher zunächst die Spitze (15) und folglich den Kontaktbereich (14) zumindest bereichsweise abschmelzen lässt.
  10. Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Erstreckung des Schafts (11) und des Kontaktbereichs (14) entlang der Mittellängsachse (10) eine Länge LS aufweist, und der Kontaktbereich (14) entlang der Mittellängsachse (10) eine Länge LK aufweist, und der Schaft (11) in seiner Erstreckung quer zur Mittellängsachse (10) zumindest in dem direkt an den Kontaktbereich (14) angrenzenden Bereich eine maximale Erstreckung D aufweist, wobei gilt LS/LK = 2 ... 6, insbesondere LS/LK = 3 ... 5 und/oder LK/D = 1/0,5 ... 1/1,5, insbesondere LK/D = 1/0,8 ... 1/1,2.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010013089A1 (de) * 2010-03-26 2011-09-29 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einem metallischen Grundbauteil und Hybridbauteil
DE102011055044A1 (de) * 2011-11-04 2013-05-08 Newfrey Llc Befestigungselement zum Anschweißen, Fügeverfahren und Fügeverbindung
DE102013207284A1 (de) * 2013-04-22 2014-10-23 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Setz-Schweiß-Gerät, modulare Komponenten davon sowie ein mit ihm durchführbares kontinuierliches Verbindungsverfahren
DE102015118058A1 (de) 2015-08-31 2017-03-02 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Neue Fügetechnologie für Mischverbindungen
DE102018104701A1 (de) 2018-03-01 2019-09-05 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Verfahren zur mechanischen Verbindung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010013089A1 (de) * 2010-03-26 2011-09-29 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einem metallischen Grundbauteil und Hybridbauteil
DE102011055044A1 (de) * 2011-11-04 2013-05-08 Newfrey Llc Befestigungselement zum Anschweißen, Fügeverfahren und Fügeverbindung
DE102013207284A1 (de) * 2013-04-22 2014-10-23 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Setz-Schweiß-Gerät, modulare Komponenten davon sowie ein mit ihm durchführbares kontinuierliches Verbindungsverfahren
DE102015118058A1 (de) 2015-08-31 2017-03-02 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Neue Fügetechnologie für Mischverbindungen
DE102018104701A1 (de) 2018-03-01 2019-09-05 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Verfahren zur mechanischen Verbindung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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