DE102019117851A1 - Method for connecting a component to another component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils (1), das aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt ist und eine Fügefläche (2,3,4) aufweist, mit einem weiteren Bauteil, das ebenfalls eine Fügefläche aufweist, wobeia) mindestens an der Fügefläche (2,3,4) des ersten Bauteils (1) ein Materialabtrag vorgenommen wird,b) das weitere Bauteil mit seiner Fügefläche an die Fügefläche (2,3,4) des ersten Bauteils (1) angesetzt wird, so dass die Fügeflächen (2,3,4) von erstem Bauteil (1) und weiterem Bauteil aneinander liegen, undc) im Bereich der aneinander liegenden Fügeflächen (2,3,4) eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bauteil (1) und dem weiteren Bauteil hergestellt wird, um mit minimiertem Aufwand auch strengste Anforderungen an die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit der Fügefläche des für die Verbindung bereitgestellten Bauteils zu erfüllen. Die Erfindung schlägt vor, im Arbeitsschritt a) den Materialabtrag an der Fügefläche (2,3,4) des ersten Bauteils (1) mittels Hochdruckwasserstrahlen vorzunehmen.Die Zusammenfassung soll mit der einzigen Figur veröffentlicht werden.The invention relates to a method for connecting a first component (1), which is made of a light metal alloy and has a joining surface (2, 3, 4), with a further component, which also has a joining surface, whereby a) at least on the joining surface ( 2, 3, 4) of the first component (1) material is removed, b) the further component is attached with its joining surface to the joining surface (2, 3, 4) of the first component (1) so that the joining surfaces (2 , 3, 4) of the first component (1) and the further component lie against each other, and c) in the area of the mutually adjacent joining surfaces (2,3,4) a non-positive, positive and / or material connection between the first component (1) and the further component is produced in order to meet the strictest requirements for the quality of the surface properties of the joining surface of the component provided for the connection with minimal effort. The invention proposes to remove material from the joining surface (2, 3, 4) of the first component (1) by means of high pressure water jets in step a). The summary should be published with the single figure.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils, das aus einer Leichtmetallgusslegierung gegossen ist und eine Fügefläche aufweist, mit einem weiteren Bauteil, das ebenfalls eine Fügefläche aufweist.The invention relates to a method for connecting a first component, which is cast from a light metal casting alloy and has a joining surface, with a further component, which also has a joining surface.
Um an der Fügefläche des ersten Bauteils vor dem Verbinden mit dem anderen Bauteil definierte Bedingungen herzustellen, wird in der betrieblichen Praxis in einem ersten Arbeitsschritt an der betreffenden Oberfläche des ersten Bauteils üblicherweise über eine bestimmte Dicke der an die betreffende Fügefläche angrenzenden Oberflächenschicht Material abgetragen. Durch diesen auch „Aktivierung“ genannten Arbeitsschritt erhält die Fügefläche eine bestimmte Oberflächenrauigkeit und es werden beispielsweise auf der Fügefläche vorhandene Oxidschichten oder desgleichen abgetragen, die sich ungünstig auf die Haltbarkeit einer Klebeverbindung auswirken könnten. Jedoch besteht auch im Fall, dass das erste Bauteil und das andere Bauteil durch eine form- oder kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden werden sollen, wie beispielsweise durch eine Nietverbindung oder durch eine Durchsetzfügeverbindung, die Forderung nach einem definierten Oberflächenzustand im Bereich der Flächen, an denen die miteinander zu verbindenden Guss- und Bauteile zusammengefügt werden.In order to create defined conditions on the joining surface of the first component before connecting it to the other component, in operational practice in a first work step on the relevant surface of the first component, material is usually removed over a certain thickness of the surface layer adjacent to the relevant joining surface. This work step, also known as “activation”, gives the joining surface a certain surface roughness and, for example, oxide layers or the like that are present on the joining surface are removed, which could have an unfavorable effect on the durability of an adhesive connection. However, even in the event that the first component and the other component are to be connected to one another by a form-fitting or force-fitting connection, such as a rivet connection or a clinching connection, there is a requirement for a defined surface condition in the area of the surfaces on which the Cast parts and components to be joined together are assembled.
Das an seiner Fügefläche aktivierte erste Bauteil wird in Kontakt mit der Fügefläche des mit ihm zu verbindenden weiteren Bauteils gebracht, so dass die Fügeflächen von erstem Bauteil und weiterem Bauteil aneinander liegen. Anschließend wird dann im Bereich der aneinander liegenden Fügeflächen von erstem Bauteil und vom weiteren Bauteil eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil und dem weiteren Bauteil hergestellt.The first component activated on its joining surface is brought into contact with the joining surface of the further component to be connected to it, so that the joining surfaces of the first component and the further component lie against one another. Then, in the area of the mutually adjacent joining surfaces of the first component and the further component, a non-positive, form-fitting and / or material connection is established between the component and the further component.
Um die Forderung nach einem definierten, für die jeweilige Verbindungsart optimierten Oberflächenzustand im Bereich der Fügefläche zu erfüllen, wird in der Praxis von der Fügefläche durch Schleifen oder Polieren mechanisch die Materialschicht abgetragen, die die Haltbarkeit der im Bereich der Fügefläche herzustellende Verbindung möglicherweise negativ beeinflussen könnte. Gleichzeitig wird durch die schleifende oder polierende Bearbeitung die vorgegebene Rauigkeit an der Fügefläche hergestellt.In order to meet the requirement for a defined surface condition optimized for the respective type of connection in the area of the joining surface, in practice the material layer is mechanically removed from the joining surface by grinding or polishing, which could possibly negatively affect the durability of the connection to be made in the area of the joining surface . At the same time, the grinding or polishing process creates the specified roughness on the joining surface.
Bei ebenen oder gleichmäßig gekrümmten Fügeflächen kann der mechanische Materialabtrag exakt reproduzierbar maschinell in einem automatisierten Bearbeitungsvorgang erledigt werden. Liegen im Bereich der Fügefläche jedoch komplexe Formen vor, wie beispielsweise enge Radienverläufe oder Hinterschnitte, so kann in vielen Fällen der erforderliche Materialabtrag nur händisch vorgenommen werden. Dies bringt nicht nur einen erheblichen Bearbeitungsaufwand mit sich, sondern macht auch im Hinblick auf die Qualitätssicherung und die Reproduzierbarkeit des Bearbeitungsergebnisses besondere Vorkehrungen notwendig, die zusätzlichen Aufwand bedeuten.In the case of flat or evenly curved joining surfaces, the mechanical material removal can be carried out in an automated processing process in a precisely reproducible manner. However, if there are complex shapes in the area of the joining surface, such as narrow radii or undercuts, then in many cases the necessary material removal can only be carried out manually. This not only entails a considerable processing effort, but also makes special precautions necessary with regard to quality assurance and the reproducibility of the processing result, which mean additional effort.
Vor diesem Hintergrund hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einem weiteren Bauteil zu nennen, mit dem es bei minimiertem Aufwand möglich ist, auch strengsten Anforderungen an die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit der Fügefläche des für die Verbindung bereitgestellten Bauteils zu erfüllen.Against this background, the task was to name a method for connecting a component to another component with which it is possible with minimal effort to meet even the strictest requirements for the quality of the surface properties of the joining surface of the component provided for the connection.
Die Erfindung hat diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.The invention has achieved this object by the method specified in
Es versteht sich dabei von selbst, dass bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Fachmann nicht nur die in den Ansprüchen erwähnten und hier erläuterten Verfahrensschritte absolviert, sondern auch alle sonstigen Schritte und Tätigkeiten ausführt, die bei der praktischen Umsetzung derartiger Verfahren im Stand der Technik regelmäßig durchgeführt werden, wenn sich hierzu die Notwendigkeit ergibt.It goes without saying that when carrying out the method according to the invention, the person skilled in the art not only completes the method steps mentioned in the claims and explained here, but also carries out all other steps and activities that regularly occur in the practical implementation of such methods in the prior art be carried out if this becomes necessary.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden wie der allgemeine Erfindungsgedanke nachfolgend im Einzelnen erläutert.Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims and, like the general inventive concept, are explained in detail below.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils, das aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt ist und eine Fügefläche aufweist, mit einem weiteren Bauteil, das ebenfalls eine Fügefläche aufweist, wird somit in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik
- a) mindestens an der Fügefläche des ersten Bauteils ein Materialabtrag vorgenommen,
- b) das weitere Bauteil mit seiner Fügefläche an die Fügefläche des ersten Bauteils angesetzt, so dass die Fügeflächen von erstem Bauteil und weiterem Bauteil aneinander liegen, und
- c) im Bereich der aneinander liegenden Fügeflächen eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem weiteren Bauteil hergestellt.
- a) material is removed at least from the joining surface of the first component,
- b) the further component is attached with its joining surface to the joining surface of the first component so that the joining surfaces of the first component and the further component lie against one another, and
- c) a force-fit, form-fit and / or material connection between the first component and the further component is established in the area of the mutually adjacent joining surfaces.
Erfindungsgemäß wird nun im Arbeitsschritt a) der Materialabtrag an der Fügefläche des Bauteils mittels Hochdruckwasserstrahlen vorgenommen.According to the invention, in step a) the material is removed from the joining surface of the component by means of high pressure water jets.
Die Erfindung macht sich somit die aus dem Stand der Technik an sich bereits für das Aufrauen von Oberflächen von Zylindern von Verbrennungsmotoren von bekannte (s.
Als besonders günstig erweist es sich, dass sich mittels Wasserhochdruckstrahlen auch bei einer automatisierten Verfahrensdurchführung komplexe Oberflächengestaltungen und -verläufe der Fügeflächen problemlos bearbeiten lassen. So können mittels eines Hochdruckwasserstrahls Hinterschneidungen, enge Radienverläufe und desgleichen ohne Weiteres bearbeitet werden.It has proven to be particularly beneficial that high-pressure water jets can be used to process complex surface designs and profiles of the joining surfaces without any problems, even when the process is carried out automatically. Undercuts, tight radii and the like can easily be machined using a high pressure water jet.
Um einen ausreichenden Materialabtrag zu gewährleisten, kann der Wasserstrahl, der erfindungsgemäß beim Hochdruckwasserstrahlen im Arbeitsschritt a) auf die zu bearbeitende Fügefläche gerichtet ist, mit einem Druck von 600 - 850 bar ausgebracht werden, wobei besonders gute Arbeitsergebnisse bei einem Druck von 650 - 750 bar zu erwarten sind.In order to ensure sufficient material removal, the water jet, which according to the invention is directed towards the joint surface to be processed in high pressure water jetting in step a), can be applied at a pressure of 600-850 bar, with particularly good work results at a pressure of 650-750 bar are to be expected.
Die Wirkung des Hochdruckwasserstrahls kann dabei dadurch weiter optimiert werden, dass der Hochdruckwasserstrahl gepulst ausgebracht wird, wobei sich eine Pulsung im Ultraschallbereich als besonders effektiv herausgestellt hat. Typischerweise werden dabei erfindungsgemäß die Pulse mit einer Frequenz von 18.500 - 22.000 Hz ausgebracht, wobei sich Pulse von 19.500 - 20.000 Hz als besonders effektiv erwiesen haben.The effect of the high-pressure water jet can be further optimized in that the high-pressure water jet is emitted in a pulsed manner, with pulsing in the ultrasonic range having proven to be particularly effective. Typically, according to the invention, the pulses are applied with a frequency of 18,500-22,000 Hz, pulses of 19,500-20,000 Hz having proven to be particularly effective.
Der Vorschub, mit dem der Hochdruckwasserstrahl entlang der zu bearbeitenden Fläche bewegt wird, liegt typischerweise bei 1 bis 50 mm/s.The feed rate with which the high-pressure water jet is moved along the surface to be processed is typically 1 to 50 mm / s.
Die Gestaltung der Öffnung der Düse, die zum Ausbringen des Hochdruckwasserstrahls eingesetzt wird, insbesondere der geeignete Düsendurchmesser, werden bei im Rahmen der voranstehend erläuterten Maßgaben (Druck, optionale Pulsation, Vorschubgeschwindigkeit) empirisch so bestimmt, dass der gewünschte Materialabtrag innerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit erledigt wird.The design of the opening of the nozzle that is used to discharge the high-pressure water jet, in particular the suitable nozzle diameter, are empirically determined within the framework of the parameters explained above (pressure, optional pulsation, feed rate) so that the desired material removal is carried out within a specified time unit .
Als Zielgröße für den Materialabtrag kann dabei eine bestimmte Ebenheit der zu behandelnden Fläche gelten. So lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos Oberflächenebenheiten erzeugen, bei denen die maximale Abweichung von einer perfekt ebenen Fläche höchstens ± 0,5 mm, insbesondere höchstens ± 0,3 mm oder höchstens 0,2 mm beträgt.A certain evenness of the surface to be treated can apply as a target value for the material removal. With the method according to the invention, surface flatnesses can thus be produced without any problems, in which the maximum deviation from a perfectly flat surface is at most ± 0.5 mm, in particular at most ± 0.3 mm or at most 0.2 mm.
Der Hochdruckwasserstrahl kann erfindungsgemäß auch in Abhängigkeit von der Topographie der zu bearbeitenden Fläche ausgebracht werden. Hierzu kann die Oberflächentopographie bildtechnisch (z.B. durch einen Oberflächenscan) erfasst werden. Aus der erfassten Topographie können dann die Bereiche ermittelt werden, an denen ein Materialabtrag für die Erzeugung einer bestimmten Ebenheit der Gesamtfläche erforderlich ist. Auf diese Weise kann sich die erfindungsgemäße Hochdruckwasserstrahl-Bearbeitung gezielt auf diejenigen Oberflächenbereiche beschränken, in denen für die jeweils angestrebte Ebenheit der Gesamtfläche ein intensiverer Materialabtrag notwendig ist. Weniger unebene Flächenabschnitte können dann weniger intensiv oder bei der Bearbeitung ausgespart werden, weil sie bereits den an die Ebenheit der Gesamtfläche gestellten Anforderungen genügen.According to the invention, the high-pressure water jet can also be applied as a function of the topography of the surface to be processed. For this purpose, the surface topography can be captured by image technology (e.g. by a surface scan). From the recorded topography, the areas can then be determined in which material removal is necessary for the production of a certain flatness of the total surface. In this way, the high-pressure water jet machining according to the invention can be limited specifically to those surface areas in which more intensive material removal is necessary for the respective desired flatness of the total surface. Less uneven surface sections can then be left out less intensively or during processing because they already meet the requirements placed on the flatness of the overall surface.
Die bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise durch die Anwendung des Wasserhochdruckstrahlens an der Oberfläche der bearbeiteten Fügefläche des ersten Bauteils erzielbare mittlere Rautiefe Rz (bestimmt gemäß DIN EN 25178) beträgt nach dem Arbeitsschritt a) typischerweise 1 µm - 6µm.The mean roughness depth Rz (determined in accordance with DIN EN 25178) that can be achieved with the procedure according to the invention by using high pressure water blasting on the surface of the machined joining surface of the first component is typically 1 μm-6 μm after step a).
Dabei lässt sich im Arbeitsschritt a) durch Wasserhochdruckstrahlen insbesondere dann, wenn der Wasserstrahl mit den voranstehend angegebenen Drücken ausgebracht wird, von der Fügefläche des ersten Bauteils zuverlässig eine 0,1 - 0,15 mm dicke Oberflächenschicht gleichmäßig und vollständig reproduzierbar abtragen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es so zuverlässig und reproduzierbar, vor dem Fügevorgang die sich unvermeidbar an der Fügefläche bildende natürliche Oxidschicht abzutragen. Die erfindungsgemäß behandelte Fügefläche weist eine definiert gleichmäßige Oberfläche auf, die ein verbessertes Fügeergebnis gewährleistet.In step a), a 0.1-0.15 mm thick surface layer can be reliably and completely reproducibly removed from the joining surface of the first component using high-pressure water jets, especially when the water jet is applied at the pressures specified above. With the method according to the invention, it is thus possible, reliably and reproducibly, to remove the natural oxide layer that is inevitably formed on the joining surface before the joining process. The joint surface treated according to the invention has a defined, uniform surface which ensures an improved joint result.
Es versteht sich von selbst, dass im Fall, dass beide miteinander zu fügende Bauteile aus einem Leichtmetallwerkstoff gefertigt sind, die erfindungsgemäße Hochdruckwasserstrahl-Behandlung an den Fügeflächen sowohl des ersten als auch des mit ihm zu fügenden weiteren Bauteils vorgenommen werden kann.It goes without saying that in the event that both components to be joined are made of a light metal material, the high-pressure water jet treatment according to the invention can be carried out on the joining surfaces of both the first and the further component to be joined with it.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anwendung des Hochdruckwasserstrahlens zum Bearbeiten der Fügefläche des jeweiligen Bauteils besteht darin, dass auf diese Weise die Bearbeitung der Fügefläche in einen Prozess eingebunden werden kann, bei dem das jeweilige Bauteil für die Weiterverarbeitung gereinigt wird. Da für das Reinigen des jeweiligen Bauteils und das erfindungsgemäß angewendete Hochdruckwasserstrahlen der Fügefläche des betreffenden Bauteils dasselbe Medium verwendet werden kann, können Reinigung und erfindungsgemäße Bearbeitung der Fügefläche problemlos in einem kontinuierlichen Ablauf aufeinander folgend oder zeitgleich durchgeführt werden. Erfindungsgemäß kann somit der zum Reinigen des jeweiligen Bauteils durchgeführte Waschvorgang, vor, während oder nach dem durch Anwendung des Hochdruckwasserstrahlen absolvierten Arbeitsschritt a) durchgeführt werden.A particular advantage of the use of high pressure water jet according to the invention for processing the joining surface of the respective component consists in that in this way the processing of the joining surface can be integrated into a process in which the respective component is cleaned for further processing. Since the same medium can be used for cleaning the respective component and the high-pressure water jets of the joining surface of the respective component used according to the invention, cleaning and inventive processing of the joining surface can be carried out in a continuous sequence or at the same time. According to the invention, the washing process carried out for cleaning the respective component can thus be carried out before, during or after work step a) carried out by using the high-pressure water jet.
Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorbereitung eines Bauteils, das mit dem weiteren Bauteil im Arbeitsschritt c) im Bereich ihrer aneinander liegenden Fügeflächen verklebt wird.The method according to the invention is particularly suitable for preparing a component which is glued to the further component in work step c) in the area of their mutually adjacent joining surfaces.
Dabei lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Bauteilen, die als Gussteile aus einer Leichtmetallgusslegierung, insbesondere einer Aluminiumgusslegierung gegossen sind, besonders effektiv durchführen.The method according to the invention can be carried out particularly effectively in the case of components which are cast as cast parts from a light metal cast alloy, in particular a cast aluminum alloy.
Beispiele für Bauteile, die sich in erfindungsgemäßer Weise auf besonders einfache und effektive Art miteinander verbinden lassen, sind auf der einen Seite ein Träger oder ein Gehäuse, die das erste Bauteil bilden, und auf der anderen Seite eine Batterie, die zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie vorgesehen ist und das mit dem ersten Bauteil zu verbindende zweite Bauteil bildet. Die Erfindung ermöglicht es hier auf einfache Weise die Fügefläche des Trägers oder des Gehäuses, an der die Batterie mit ihrer zugeordneten Fügefläche zur Anlage kommt, so zu ebnen, dass zwischen den nach dem Arbeitsschritt c) aneinander liegenden Fügeflächen des Gehäuses oder Trägers einerseits und der Batterie andererseits ein so intensiver thermisch leitender Kontakt besteht, dass auf zusätzliche Hilfsmittel zur Wärmeübertragung, wie Wärmleitpasten und desgleichen, verzichtet werden kann.Examples of components that can be connected to one another in a particularly simple and effective manner in accordance with the invention are, on the one hand, a carrier or a housing, which form the first component, and, on the other hand, a battery, which is used to store and dispense electrical energy is provided and forms the second component to be connected to the first component. The invention makes it possible here in a simple manner to level the joining surface of the carrier or the housing on which the battery with its associated joining surface comes to rest in such a way that between the joining surfaces of the housing or carrier on the one hand and the Battery, on the other hand, there is such an intensive thermally conductive contact that additional aids for heat transfer, such as thermal paste and the like, can be dispensed with.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to a drawing showing an exemplary embodiment.
Die einzige Figur zeigt schematisch einen Abschnitt eines Strukturbauteils
Bei dem Strukturbauteil
Das Strukturbauteil
Für die Anbindung an das jeweilige Bauteil der Tragstruktur der Kraftfahrzeugkarosserie sind an dem Strukturbauteil
Um die Fügeflächen
In den Waschprozess eingebunden ist eine materialabtragende Bearbeitung, durch die eine an den Fügeflächen
Für diese materialabtragende Bearbeitung ist eine konventionelle Hochdruckwasserstrahl-Einrichtung vorgesehen, von der hier nur der Düsenkopf
Der aus dem Düsenkopf
Die von den Fügeflächen
Zur Herstellung der Klebeverbindung werden die so bearbeiteten Fügeflächen
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Strukturbauteil, gegossen aus einer AluminiumgusslegierungStructural component cast from a cast aluminum alloy
- 2,3,42,3,4
-
Fügeflächen des Strukturbauteils
1 Joining surfaces of thestructural component 1 - 55
- DüsenkopfNozzle head
- 66
- Hochdruckwasserstrahl High pressure water jet
- PP
-
Pfad, dem folgend der Hochdruckwasserstrahl
6 die jeweilige Fügefläche2,3,4 überstreichtPath followed by the high pressure water jet6th the respective joiningsurface 2,3,4 strokes - X,Y,ZX, Y, Z
-
Raumrichtungen (Freiheitsgrade der Bewegung des Düsenkopfs
5 )Spatial directions (degrees of freedom of movement of the nozzle head5 )
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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2020
- 2020-07-02 WO PCT/IB2020/056249 patent/WO2021001778A1/en active Application Filing
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021001778A1 (en) | 2021-01-07 |
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