DE102020125247A1

DE102020125247A1 - Verfahren zum Fügen zumindest zweier Fügepartner sowie Bauteilverbund

Info

Publication number: DE102020125247A1
Application number: DE102020125247.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Burs; Dirk Rotzsche
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen zumindest zweier Fügepartner, mit einem Setzprozess, bei dem ein Hilfsfügeelement in einer Setzrichtung (S) mit seinem Fußabschnitt (17) in das Material zumindest eines ersten Fügepartners (3) eingetrieben wird, wobei das Verfahren einen Schweißprozess aufweist, bei dem ein auf der, von der Setzseite des ersten Fügepartners (3) abgewandten Seite angeordneter zweiter Fügepartner (5) mit dem Fußabschnitt (17) des in den ersten Fügepartner (3) eingetriebenen Hilfsfügeelements (7) verschweißt wird. Erfindungsgemäß weist das Hilfsfügeelement (7) einen setzseitigen Elementkopf (13) auf, an dem ein Funktionsabschnitt angeformt ist, an dem ein dritter Fügepartner (27) anbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen zumindest zweier Fügepartner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Bauteilverbund nach dem Anspruch 14.
Im Fahrzeugbau kann zur Befestigung eines Kotflügels an der Fahrzeugkarosserie in einem gattungsgemäßen Verfahren ein Gewindebolzen verwendet werden, der mit seinem Bolzenkopf in ein Karosserieblech eingetrieben und somit formschlüssig an dem Karosserieblech befestigt wird. An dem befestigten Gewindebolzen wird anschließend der Kotflügel angeschraubt. Dadurch, dass der Gewindebolzen nur an dem einen Karosserieblech befestigt ist, können nur der Kotflügel mit dem Karosserieblech, das heißt lediglich zwei Fügepartner miteinander verbunden werden. Darüber hinaus überträgt der Gewindebolzen nur Kräfte in das eine Karosserieblech, so dass die Verbindungsfestigkeit zwischen dem angeschraubten Kotflügel und dem Karosserieblech wesentlich von den Materialeigenschaften des einen Karosseriebleches abhängt und durch diese auch begrenzt ist.
Aus der DE 10 2014 110 242 A1 ist eine mehrschichtige Karosseriestruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie bekannt. Die DE 198 48 516 A1 offenbart ein Hohlkammer-Bauteil. Aus der AT 340 647 B sind ein Fertigbauteil für einen Schacht, insbesondere Müllabwurfschacht, aus einem Flachmaterial sowie ein Verfahren zur Herstellung des Fertigbauteils bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fügen zumindest zweier Fügepartner sowie einen Bauteilverbund bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik funktionell erweitert sind.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Fügen zumindest zweier Fügepartner mit einem Setzprozess aus, bei dem ein Hilfsfügeelement (beispielhaft ein Gewindebolzen mit einem als Clinchnietelement ausgebildeten Bolzenkopf oder Fußabschnitt) in einer Setzrichtung mit seinem Fußabschnitt in das Material zumindest eines ersten Fügepartners (beispielhaft ein Karosserieblech) eingetrieben wird, wobei das Verfahren einen Schweißprozess aufweist, bei dem ein auf der, von der Setzseite des ersten Fügepartners (beispielhaft das erste Karosserieblech) abgewandten Seite angeordneter zweiter Fügepartner (beispielhaft ein weiteres Karosserieblech) mit dem Fußabschnitt des in den ersten Fügepartner eingetriebenen Hilfsfügeelements verschweißt wird. Durch die zusätzliche Verbindung des Hilfsfügeelementes mit dem zweiten Fügepartner ist das Hilfsfügeelement nicht nur durch den ersten, sondern zusätzlich auch noch durch den zweiten Fügepartner gehalten, so dass das derart angebundene Hilfsfügeelement stärker belastet werden kann. Darüber hinaus ist eine Funktionserweiterung dahingehend erreicht, dass drei Fügepartner, beispielhaft ein Kotflügel, ein erstes Karosserieblech und ein zweite Karosserieblech über das Hilfsfügeelement miteinander verbunden werden. Dies hat den Vorteil, dass durch das Verfahren nicht nur eine gesteigerte Verbindungsfestigkeit zwischen einem dritten Fügepartner (beispielhaft der Kotflügel) und der Fahrzeugkarosserie erreicht wird, sondern dass zusätzlich durch das Verbinden des Hilfsfügeelementes mit der Fahrzeugkarosserie auch die beiden Karosseriebleche (erster und zweiter Fügepartner) miteinander verbunden werden. Durch das Hilfsfügeelement ist somit eine Doppelfunktion erfüllt, so dass zusätzliche Verbindungsstellen zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner reduziert werden können.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist das Hilfsfügeelement einen setzseitigen Elementkopf auf, an dem ein Funktionsabschnitt angeformt ist, an dem ein dritter Fügepartner anbindbar ist.
In einer konkreten Ausführungsform kann der Schweißprozess mittels Widerstandspunktschweißen erfolgen, bei dem eine Schweißelektrode auf einen setzseitigen Elementkopf des Hilfsfügeelements einwirkt und eine andere Schweißelektrode auf die vom ersten Fügepartner abgewandte Seite des zweiten Fügepartners einwirkt, so dass das Hilfsfügeelement und der zweite Fügepartner unter Zwischenlage des ersten Fügepartners von den beiden Schweißelektroden mit einer in Setzrichtung ausgerichteten Fügekraft gegeneinander gedrückt werden und der zweite Fügepartner mit dem Fußabschnitt des Hilfsfügeelements verschweißt wird, und zwar unter Bildung zumindest einer Schweißlinse. Durch den Schweißprozess ist zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung gewährleistet, die bekannterweise im Vergleich zu formschlüssigen und kraftschlüssigen Verbindungen eine höhere Festigkeit aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann die auf den setzseitigen Elementkopf einwirkende Schweißelektrode zur Aufnahme des Funktionsabschnittes glockenförmig ausgebildet sein oder ein Sackloch aufweisen, in dem der Funktionsabschnitt aufgenommen ist. Dies hat den Vorteil, dass der Funktionsabschnitt einerseits durch die Schweißelektrode geführt ist und außerdem eine optimierte elektrische Kontaktierung zwischen der Schweißelektrode und dem Elementkopf gewährleistet ist.
Bevorzugt kann die Schweißlinse nach erfolgtem Schweißprozess mit einer Einbrandtiefe in den Werkstoff des zweiten Fügepartners hineinreichen, und zwar insbesondere unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke zwischen der Schweißlinse und der vom ersten Fügepartner abgewandten Seite des zweiten Fügepartners. Die vom ersten Fügepartner abgewandte Seite des zweiten Fügepartners ist somit nicht durch die Schweißlinse unterbrochen, sondern stattdessen auch nach erfolgtem Schweißprozess ebenflächig, so dass weitere Bauteile auf einfache Weise an die ebenflächige Seite anbindbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Einbrandtiefe in vorteilhafter Weise sichergestellt ist, dass die Schweißlinse stets ausreichend groß dimensioniert ist und das Hilfsfügeelement somit zuverlässig mit dem zweiten Fügepartner verschweißt ist.
Besonders bevorzugt kann der Elementkopf nach erfolgtem Setzprozess mit seiner Elementkopf-Unterseite oder der Funktionsabschnitt in Anlage mit einer setzseitigen Oberfläche des ersten Fügepartners sein. Der Funktionsabschnitt kann insbesondere ein Mutterngewinde oder ein Bolzen für eine Clipbefestigung oder ein Gewindebolzen sein, der um eine Bolzenhöhe von dem ersten Fügepartner abragt. Dass die Elementkopf-Unterseite oder der Funktionsabschnitt mit der setzseitigen Oberfläche in Anlage ist hat den Vorteil, dass der erste Fügepartner nach Abkühlung der Schweißlinse unter Vorspannung zwischen dem Elementkopf oder dem Funktionsabschnitt und dem zweiten Fügepartner eingespannt ist, so dass die Anbindungsfestigkeit noch weiter gesteigert ist. Durch den Funktionsabschnitt kann ein weiteres Anbauteil an dem Hilfsfügeelement befestigt werden. Das Anbauteil kann ein Karosserieanbauteil, insbesondere eine Zierleiste oder ein Kotflügel oder ein Kotflügelhalter sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann im Setzprozess vom Hilfsfügeelement Material in Richtung auf die von der Setzseite abgewandte Seite des ersten Fügepartners verdrängt werden, und zwar unter Bildung einer Material-Verformung auf der von der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners, wobei die Material-Verformung um einen Höhenversatz von einem angrenzenden Basisabschnitt des zweiten Fügepartners abragen kann, und wobei im Schweißprozess die Material-Verformung und der Fußabschnitt des Hilfsfügeelements aufschmelzen können, so dass unter Aufbrauch des Höhenversatzes der zweite Fügepartner in flächige Anlage mit dem ersten Fügepartner kommt. Durch die flächige Anlage stützen sich die Fügepartner gegenseitig ab, so dass die Anbindungsfestigkeit, insbesondere bei Biegebelastung, noch weiter gesteigert ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Hilfsfügeelement als ein Halbhohlstanznietelement oder als ein Clinchnietelement ausgebildet sein, wobei das Halbhohlstanznietelement oder das Clinchnietelement im Setzprozess den ersten Fügepartner an der von der Setzseite abgewandten Seite nicht durchstößt, und zwar unter Aufrechterhaltung einer ausgedünnten Restbodendicke. Bei dem Halbhohlstanznietelement oder dem Clinchnietelement weitet sich der Elementschaft beim Setzprozess aus, so dass zwischen dem ersten Fügepartner und dem Hilfsfügeelement eine besonders feste Formschlussverbindung entsteht.
Alternativ oder zusätzlich kann das Halbhohlstanznietelement oder das Clinchnietelement im Setzprozess den ersten Fügepartner an der von der Setzseite abgewandten Seite, insbesondere vollständig, durchstoßen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine optimierte elektrische Kontaktierung zwischen dem Halbhohlstanznietelement oder dem Clinchnietelement einerseits und dem zweiten Fügepartner andererseits erreicht, die eine prozesssichere Durchführung des Schweißprozesses begünstigt.
Bevorzugt kann das Hilfsfügeelement einen Elementschaft mit einem fußseitig offenen Schafthohlraum aufweisen und der Elementschaft kann in den Elementkopf übergehen. Auf der dem Elementkopf gegenüberliegenden Seite kann der Elementschaft den Fußabschnitt aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Fußabschnitt mit einer umlaufenden Aufsetzkante oder Schneide ausgebildet sein und/oder im Setzprozess kann sich der Elementschaft aufspreizen und in Formschlussverbindung mit dem ersten Fügepartner kommen. Dies hat den Vorteil, dass das Hilfsfügeelement aufgrund des Formschlusses in einfacher Weise und ohne zusätzliches Fügeelement an den ersten Fügepartner anbindbar ist.
Besonders bevorzugt kann das Hilfsfügeelement im Setzprozess den ersten Fügepartner durchstoßen, so dass der Fußabschnitt des Hilfsfügeelements auf der, der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners freigelegt ist. Der Fußabschnitt stellt somit beim Widerstandspunktschweißen eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen dem Fußabschnitt und dem zweiten Fügepartner mit niedrigem elektrischen Widerstand her. Beim Widerstandspunktschweißen lokalisiert sich somit der Stromfluss im Bereich des Fußabschnittes. Es wird daher in vorteilhafter Weise ein schnelles Aufschmelzen des Fußabschnittes und des zweiten Fügepartners erreicht. Außerdem wird verhindert, dass an anderen Stellen ein Nebenschluss entsteht, wodurch das Material auch an anderen Stelle aufgeschmolzen werden könnte.
In einer konkreten Ausführungsform kann das Hilfsfügeelement ein Stanzelement sein, das im Setzprozess einen Stanzbutzen aus dem ersten Fügepartner ausstanzt, wodurch der Fußabschnitt des Hilfsfügeelements auf der von der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners freigelegt ist. Dies hat den Vorteil, dass im Setzprozess im Vergleich zu der Materialverdrängung bereits eine im Betrag geringe Setzkraft ausreicht, um den Stanzbutzen auszustanzen und das Hilfselement mit dem ersten Fügepartner zu verbinden.
Bevorzugt kann das Hilfsfügeelement ein Stechelement sein, das mit zumindest einem Stechdorn ausgebildet ist, wobei der Stechdorn in Richtung Fußabschnitt bis zu einer Elementspitze konisch zuläuft, die nach dem Setzprozess auf der von der Setzseite abgewandten Seite des Fügepartners freigelegt ist. Ähnlich wie bei dem Stanzelement kann auch das Stechelement mit einer im Vergleich zum Stanzelement geringeren Setzkraft mit dem ersten Fügepartner verbunden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Stechelement zumindest zwei Stechdorne aufweisen, wobei sich nach erfolgtem Schweißprozess an den Elementspitzen der Stechdorne voneinander separate Schweißlinsen ausbilden. Die voneinander separaten Schweißlinsen bilden sich zeitlich parallel aus, so dass der Schweißprozess schneller erfolgen kann, als dies bei einer einzigen und dann auch größeren Schweißlinse der Fall sein würde.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Setzprozess mit dem ersten Fügepartner und einem weiteren Fügepartner erfolgen, wobei im Setzprozess das Hilfsfügeelement den setzseitigen ersten Fügepartner durchdringen und zumindest teilweise in den weiteren Fügepartner eingetrieben werden kann, und zwar derart, dass der erste Fügepartner und der zweite Fügepartner miteinander verbunden sind, und wobei insbesondere im Schweißprozess der zweite Fügepartner auf der von der Setzseite abgewandten Seite des weiteren Fügepartners angeordnet werden kann und mit dem Fußabschnitt des Hilfsfügeelements verschweißt werden kann. Dadurch, dass das Hilfsfügeelement nicht nur mit zwei, sondern stattdessen mit drei Fügepartnern verbunden ist, ist die Anbindungsfestigkeit des Hilfsfügeelementes weiter gesteigert.
In einer konkreten Ausführungsform kann im Schweißprozess der zweite Fügepartner unter Zwischenlage eines weiteren Fügepartners mit dem Fußabschnitt des Hilfsfügeelements verschweißt werden. Dadurch, dass das Hilfsfügeelement nicht nur mit drei, sondern stattdessen mit vier Fügepartnern verbunden ist, ist die Anbindungsfestigkeit des Hilfsfügeelementes noch weiter gesteigert.
Bei allen Ausführungsformen können der Setz- und der Schweißprozess einstufig oder mehrstufig erfolgen. Das einstufige Verfahren hat den Vorteil, dass in dem Setzgerät oder dem Schweißgerät nicht nur das Hilfsfügeelement in den ersten Fügepartner eingetrieben wird, sondern stattdessen auch das Hilfsfügeelement mit dem zweiten Fügepartner verschweißt wird, so dass das Verfahren insgesamt schneller durchführbar ist. Das mehrstufige Verfahren hat hingegen den Vorteil, dass das Setzgerät und das Schweißgerät jeweils optimal auf die durchzuführenden Prozesse - den zeitlich vorgelagerten Setz- und den zeitlich nachgelagerten Schweißprozess - abgestimmt werden können.
Bei allen Ausführungsformen kann sich das Material des ersten Fügepartners von dem Material des zweiten Fügepartners unterscheiden. So kann beispielsweise der erste Fügepartner aus einem Material sein, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Material des zweiten Fügepartners oder des Hilfsfügeelementes. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der zweite Fügepartner und das Hilfsfügeelement materialeinheitlich ausgebildet. Das Material des ersten Fügepartners kann Aluminium oder Faserverbundkunststoff sein. Das Material des Hilfsfügeelementes und des zweiten Fügepartners kann eine Stahllegierung sein. Ebenso wie das Material des ersten Fügepartners kann auch das Material des weiteren Fügepartners, in den das Hilfsfügeelement eingetrieben ist, aus Aluminium oder Faserverbundkunststoff sein und/oder einen Schmelzpunkt aufweisen, der niedriger liegt als der des Materials des Hilfsfügeelementes oder des zweiten Fügepartners. Ebenso wie das Material des zweiten Fügepartners kann auch das Material des weiteren Fügepartnern, der mit dem Hilfsfügeelement verschweißt ist, eine Stahllegierung sein oder einen Schmelzpunkt aufweisen, der höher liegt als der des ersten Fügepartners.
Es zeigen:

1 bis 4 jeweils in Seitenschnittansichten ein Hilfsfügeelement gemäß einer ersten Ausführungsform vor und nach erfolgtem Setzprozess sowie vor und nach erfolgtem Schwei ßprozess;
5a bis 5c jeweils in einer Seitenschnittansicht ein Hilfsfügeelement gemäß einer zweiten Ausführungsform vor dem Setzprozess, nach erfolgtem Setzprozess und nach erfolgtem Schwei ßprozess;
6a bis 6c jeweils in einer Seitenschnittansicht ein Hilfsfügeelement gemäß einer dritten Ausführungsform vor dem Setzprozess, nach erfolgtem Setzprozess und nach erfolgtem Schwei ßprozess;
7a bis 7c jeweils in einer Seitenschnittansicht ein Hilfsfügeelement gemäß einer vierten Ausführungsform vor dem Setzprozess, nach erfolgtem Setzprozess und nach erfolgtem Schweißprozess; und
8 bis 10 jeweils in einer Seitenschnittansicht Bauteilverbunde mit drei oder vier Fügepartnern.

In der 1 ist ein mittels eines Setz- und eines Schweißprozesses hergestellter Bauteilverbund 1 dargestellt. Bei dem Bauteilverbund 1 sind ein erster Fügepartner 3 und ein zweiter Fügepartner 5 über ein Clinchnietelement 7 miteinander verbunden.
Das Clinchnietelement 7 bildet ein Hilfsfügeelement gemäß einer ersten Ausführungsform und weist einen Elementschaft 9 mit einem fußseitig offenen Schafthohlraum 11 (2) auf. An dem Elementschaft 9 schließt sich ein setzseitiger Elementkopf 13 an und der Elementschaft 9 geht auf der dem Elementkopf 13 gegenüberliegenden Seite des Elementschaftes 9 in einen eine umlaufende Aufsetzkante 15 (2) aufweisenden Fußabschnitt 17 (2) über. An den Elementkopf 13 ist ein hier beispielhaft als Gewindebolzen 19 ausgebildeter Funktionsabschnitt angeformt, der um eine Bolzenhöhe Δh_B von dem Elementkopf 13 abragt. Das Clinchnietelement 7 ist mit seiner Elementkopf-Unterseite 21 in Anlage mit einer setzseitigen Oberfläche 23 des ersten Fügepartners 3 und der Fußabschnitt 17 ist über eine Schweißlinse 25 mit dem zweiten Fügepartner 5 verbunden. Die Schweißlinse 25 erstreckt sich mit einer Einbrandtiefe t_E in den zweiten Fügepartner 5 hinein, und zwar unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke d_R zwischen dem ersten Fügepartner 3 und der vom ersten Fügepartner 3 abgewandten Seite des zweiten Fügepartners 5. An dem Gewindebolzen 19 (lediglich beispielhaft für einen Funktionsabschnitt, der auch ein Mutterngewinde oder ein Bolzen für eine Clipbefestigung sein kann) ist ein dritter Fügepartner 27 (durch gestrichelte Linie angedeutet) über eine Mutter 29 (durch gestrichelte Linie angedeutet) gegen eine Elementkopf-Oberseite 31 verspannt.
Nachfolgend wird anhand der 2 bis 4 die Herstellung des Bauteilverbundes 1 erläutert. In der 2 sind das Clinchnietelement 7 und der erste Fügepartner 3 vor Beginn des Setzprozesses dargestellt. Der erste Fügepartner 3 ist auf eine Matrize 33 eines Setzgerätes 35 aufgelegt und das Clinchnietelement 7 ist setzseitig über dem ersten Fügepartner 3 positioniert. Das Clinchnietelement 7 ist mit der Elementkopf-Oberseite 31 in Kontakt mit einem Setzstempel 37 des Setzgerätes 35 gebracht, der das Clinchnietelement 7 im Setzprozess in Setzrichtung S und unter Einwirkung einer Setzkraft Fs in das Material des ersten Fügepartners 3 eintreibt.
In der 3 ist das eingetriebene Clinchnietelement 7 nach Abschluss des Setzprozesses dargestellt. Der Fußabschnitt 17 und der Elementschaft 9 werden beim Setzprozess gestaucht und aufgespreizt, so dass sich zwischen dem Elementschaft 9 und dem ersten Fügepartner 3 eine Formschlussverbindung ausbildet. Außerdem wird das Clinchnietelement 7 beim Setzprozess so weit in den ersten Fügepartner 3 eingetrieben, dass die Elementkopf-Unterseite 21 mit der setzseitigen Oberfläche 23 des ersten Fügepartners 3 in Anlage ist und das Clinchnietelement 7 den ersten Fügepartner 3 unter Aufrechterhaltung einer ausgedünnten Restbodendicke d_Ra nicht durchstößt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Clinchnietelement 7 beim Setzprozess so weit in den ersten Fügepartner 3 eingetrieben wird, dass die Elementkopf-Unterseite 21 mit der setzseitigen Oberfläche 23 des ersten Fügepartners 3 in Anlage ist und das Clinchnietelement 7 den ersten Fügepartner 3 durchstößt. Durch das Eintreiben des Clinchnietelementes 7 in den ersten Fügepartner 3 wird von dem Clinchnietelement 7 Material in Richtung auf die von der Setzseite abgewandte Seite des ersten Fügepartners 3 verdrängt, und zwar unter Bildung einer Material-Verformung 39 auf der von der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners 3, die von einem angrenzendem Basisabschnitt 41 des ersten Fügepartners 3 um einen Höhenversatz Δh abragt.
In der 4 sind das eingetriebene Clinchnietelement 7 und der erste Fügepartner 3 dargestellt. In Vorbereitung für den Schweißprozess ist das eingetriebene Clinchnietelement 7 zusammen mit dem ersten Fügepartner 3 und dem zweiten Fügepartner 5 zwischen zwei Schweißelektroden 43, 45 angeordnet, die Teil eines Schweißgerätes sind. Beim Schweißprozess mittels Widerstandspunktschweißen wirkt die Schweißelektrode 43 auf die Elementkopf-Oberseite 31 und die Schweißelektrode 45 auf die dem ersten Fügepartner 3 abgewandte Seite des zweiten Fügepartners 5 ein. Die Schwei-ßelektroden 43, 45 üben beim Schweißprozess eine Fügekraft F_A aus, mit der der zweite Fügepartner 5 gegen die Material-Verformung 39 gedrückt wird. Beim Schweißprozess werden die Material-Verformung 39 und der Fußabschnitt 17 aufgeschmolzen, so dass unter Einwirkung der Fügekraft F_A der zweite Fügepartner 5 in flächige Anlage mit dem ersten Fügepartner 3 kommt, und zwar unter Aufbrauch des Höhenversatzes Δh und so dass der Fußabschnitt 17 unter Bildung der Schweißlinse 25 mit dem zweiten Fügepartner 5 zu dem Bauteilverbund 1 verschweißt wird. Selbstverständlich können der Setzprozess und der Schweißprozess auch gemeinsam in einem einzigen und entsprechend ausgestalteten Schweißgerät durchgeführt werden.
In den 5a bis 5c ist die Herstellung des Bauteilverbundes 1 anhand eines Hilfsfügeelementes 7 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt, bei dem der Elementschaft 9, der Elementkopf 13 und der Fußabschnitt 17 zusammen rotationssymmetrisch und kegelspitzförmig ausgebildet sind und sich der Elementschaft 9 in Richtung der Elementspitze verjüngt (5a und 5b). Beim Setzprozess bildet sich die Material-Verformung 39 aus und der erste Fügepartner 3 wird beim Setzprozess von dem Fußabschnitt 17 des Hilfsfügeelementes 7 durchstoßen, so dass der Fußabschnitt 17 auf der, der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners 3 freigelegt ist (siehe 5b). In der 5c ist der Bauteilverbund 1 nach erfolgtem Schweißprozess dargestellt.
In den 6a bis 6c ist die Herstellung des Bauteilverbundes 1 anhand eines Hilfsfügeelementes gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt. Im Unterschied zu den Hilfsfügeelementen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform ist das Hilfsfügeelement gemäß der dritten Ausführungsform als Stanzelement 7 ausgebildet (6a). Im Setzprozess wird daher beim Eintreiben in den ersten Fügepartner 3 vom Stanzelement 7 kein Material verdrängt, sondern stattdessen aus dem ersten Fügepartner 3 ein Stanzbutzen 47 ausgestanzt (6b). Das Stanzelement 7 wird im Setzprozess so weit in den ersten Fügepartner 3 eingetrieben, dass der Fußabschnitt 17 auf der von der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners 3 freigelegt ist (6b). In der 6c ist der Bauteilverbund 1 nach erfolgtem Schweißprozess dargestellt.
In den 7a bis 7c ist die Herstellung des Bauteilverbundes 1 anhand eines Hilfsfügeelementes gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt, das hier beispielhaft als Stechelement 7 mit zwei Stechdornen 49 ausgebildet ist, die in Richtung Fußabschnitt 17 bis zu einer Elementspitze 51 konisch zulaufen (7a). Selbstverständlich kann das Stechelement 7 jedoch auch nur einen oder mehr als zwei Stechdorne 49 aufweisen. Nach erfolgtem Setzprozess sind die Elementspitzen 51 der beiden Stechdorne 49 auf der von der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners 3 freigelegt (7b). In der 7c ist der Bauteilverbund 1 nach erfolgtem Schweißprozess dargestellt. An jeder Elementspitze 51 der Stechdorne 49 haben sich beim Schweißprozess voneinander separate Schweißlinsen 25 ausgebildet.
In den 8 bis 10 sind beispielhaft Bauteilverbunde 1 gemäß weiteren Ausführungsformen dargestellt, die mit dem Hilfsfügeelement 7 gemäß der zweiten Ausführungsform verbunden sind. Die Bauteilverbunde 1 weisen drei (8 und 9) oder vier Fügepartner (10) auf, die über das Hilfsfügeelement 7 miteinander verbunden sind.
Der Bauteilverbund 1 der 8 wird dadurch hergestellt, dass der Setzprozess mit dem ersten Fügepartner 3 und einem weiteren Fügepartner 53 erfolgt, wobei im Setzprozess das Hilfsfügeelement 7 den setzseitigen ersten Fügepartner 3 durchdringt und teilweise in den weiteren Fügepartner 53 eingetrieben wird, so dass der erste Fügepartner 3 und der weitere Fügepartner 53 über das Hilfsfügeelement 7 miteinander verbunden sind. Im Schweißprozess wird der zweite Fügepartner 5 auf der von der Setzseite des Bauteilverbundes 1 abgewandten Seite angeordnet und mit dem Fußabschnitt 17 des Hilfsfügeelementes 7 verschweißt.
Der Bauteilverbund 1 der 9 wird dadurch hergestellt, dass das Hilfsfügeelement 7 in den ersten Fügepartner 3 eingetrieben wird, und zwar so wie es anhand der 5a und 5b beschrieben ist. Im Schweißprozess wird der zweite Fügepartner 5 unter Zwischenlage eines weiteren Fügepartners 55 mit dem Fußabschnitt 17 des Hilfsfügeelementes 7 verschweißt.
Der Bauteilverbund der 10 wird dadurch hergestellt, dass der Setzprozess gemäß dem Bauteilverbund 1 der 8 erfolgt und der Schweißprozess gemäß dem Bauteilverbund 1 der 9 erfolgt, so dass sich ein Bauteilverbund 1 aus den vier Fügepartnern 3, 5, 53 und 55 ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Bauteilverbund
3: erster Fügepartner
5: zweiter Fügepartner
7: Clinchnietelement (Hilfsfügeelement)
9: Elementschaft
11: Schafthohlraum
13: Elementkopf
15: Aufsetzkante
17: Fußabschnitt
19: Funktionsabschnitt, insbesondere Gewindebolzen
21: Elementkopf-Unterseite
23: setzseitige Oberfläche
25: Schweißlinse
27: dritter Fügepartner
29: Mutter
31: Elementkopf-Oberseite
33: Matrize
35: Setzgerät
37: Setzstempel
39: Material-Verformung
41: Basisabschnitt
43: glockenförmige Schweißelektrode zur Aufnahme des Funktionsabschnittes
45: Schweißelektrode
47: Stanzbutzen
49: Stechdorn
51: Elementspitze
53, 55: weiterer Fügepartner
dR: Restbodendicke
dRa: ausgedünnte Restbodendicke
FA: Fügekraft
FS: Setzkraft
Δh: Höhenversatz
ΔhB: Bolzenhöhe
S: Setzrichtung
tE: Einbrandtiefe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014110242 A1 [0003]
DE 19848516 A1 [0003]
AT 340647 B [0003]

Claims

Verfahren zum Fügen zumindest zweier Fügepartner, mit einem Setzprozess, bei dem ein Hilfsfügeelement in einer Setzrichtung (S) mit seinem Fußabschnitt (17) in das Material zumindest eines ersten Fügepartners (3) eingetrieben wird, wobei das Verfahren einen Schweißprozess aufweist, bei dem ein auf der, von der Setzseite des ersten Fügepartners (3) abgewandten Seite angeordneter zweiter Fügepartner (5) mit dem Fußabschnitt (17) des in den ersten Fügepartner (3) eingetriebenen Hilfsfügeelements (7) verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeelement (7) einen setzseitigen Elementkopf (13) aufweist, an dem ein Funktionsabschnitt (19) angeformt ist, an dem ein dritter Fügepartner (27) anbindbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißprozess mittels Widerstandspunktschweißen erfolgt, bei dem eine Schweißelektrode (43) auf den setzseitigen Elementkopf (13) des Hilfsfügeelements (7) einwirkt und die andere Schweißelektrode (45) auf die vom ersten Fügepartner (3) abgewandten Seite des zweiten Fügepartners (5) einwirkt, so dass das Hilfsfügeelement (7) und der zweite Fügepartner (5) unter Zwischenlage des ersten Fügepartners (3) von den beiden Schweißelektroden (43, 45) mit einer in Setzrichtung (S) ausgerichteten Fügekraft (F_A) gegeneinander gedrückt werden und der zweite Fügepartner (5) mit dem Fußabschnitt (17) des Hilfsfügeelements (7) verschweißt wird, und zwar unter Bildung zumindest einer Schweißlinse (25) und/oder dass die auf den setzseitigen Elementkopf (13) einwirkende Schweißelektrode (43) zur Aufnahme des Funktionsabschnittes (19) glockenförmig ausgebildet ist oder ein Sackloch aufweist, in dem der Funktionsabschnitt (19) aufgenommen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißlinse (25) nach erfolgtem Schweißprozess mit einer Einbrandtiefe (t_E) in den Werkstoff des zweiten Fügepartners (5) hineinreicht, und zwar insbesondere unter Aufrechterhaltung einer Restbodendicke (d_R) zwischen der Schweißlinse (25) und der vom ersten Fügepartner (3) abgewandten Seite des zweiten Fügepartners (5).
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementkopf (13) nach erfolgtem Setzprozess mit seiner Elementkopf-Unterseite (21) oder der Funktionsabschnitt (19) in Anlage mit einer setzseitigen Oberfläche (23) des ersten Fügepartners (3) ist, und/oder dass der Funktionsabschnitt ein Mutterngewinde oder ein Bolzen für eine Clipbefestigung oder ein Gewindebolzen (19) ist, der um eine Bolzenhöhe (Δh_B) von dem ersten Fügepartner (3) abragt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Setzprozess vom Hilfsfügeelement (7) Material in Richtung auf die von der Setzseite abgewandte Seite des ersten Fügepartners (3) verdrängt wird, und zwar unter Bildung einer Material-Verformung (39) auf der von der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners (3), und dass die Material-Verformung (39) um einen Höhenversatz (Δh) von einem angrenzenden Basisabschnitt (41) des zweiten Fügepartners (5) abragt, und dass im Schweißprozess die Material-Verformung (39) und der Fußabschnitt (17) des Hilfsfügeelements (7) aufschmelzen, so dass unter Aufbrauch des Höhenversatzes (Δh) der zweite Fügepartner (5) in flächige Anlage mit dem ersten Fügepartner (3) kommt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeelement (7) als ein Halbhohlstanznietelement oder als ein Clinchnietelement ausgebildet ist, und dass das Halbhohlstanznietelement oder das Clinchnietelement im Setzprozess den ersten Fügepartner (3) an der von der Setzseite abgewandten Seite nicht durchstößt, und zwar unter Aufrechterhaltung einer ausgedünnten Restbodendicke (d_Ra) und/oder dass das Halbhohlstanznietelement oder das Clinchnietelement im Setzprozess den ersten Fügepartner (3) an der von der Setzseite abgewandten Seite, insbesondere vollständig, durchstößt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeelement (7) einen Elementschaft (9) mit einem fußseitig offenen Schafthohlraum (11) aufweist, dass der Elementschaft (9) in den Elementkopf (13) übergeht, dass der Elementschaft (9) auf der dem Elementkopf (13) gegenüberliegenden Seite den Fußabschnitt (17) aufweist, und/oder dass der Fußabschnitt (17) mit einer umlaufenden Aufsetzkante (15) oder Schneide ausgebildet ist, und/oder dass im Setzprozess sich der Elementschaft (9) aufspreizt und in Formschlussverbindung mit dem ersten Fügepartner (3) kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeelement (7) im Setzprozess den ersten Fügepartner (3) durchstößt, so dass der Fußabschnitt (17) des Hilfsfügeelements (7) auf der, der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners (3) freigelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeelement (7) ein Stanzelement ist, das im Setzprozess einen Stanzbutzen (47) aus dem ersten Fügepartner (3) ausstanzt, wodurch der Fußabschnitt (17) des Hilfsfügeelements (7) auf der von der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners (3) freigelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeelement (7) ein Stechelement ist, das mit zumindest einem Stechdorn (49) ausgebildet ist, und dass der Stechdorn (49) in Richtung Fußabschnitt (17) bis zu einer Elementspitze (51) konisch zuläuft, die nach dem Setzprozess auf der von der Setzseite abgewandten Seite des ersten Fügepartners (3) freigelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stechelement zumindest zwei Stechdorne (49) aufweist, und dass sich nach erfolgtem Schweißprozess an den Elementspitzen (51) der Stechdorne (49) voneinander separate Schweißlinsen (25) ausbilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Setzprozess mit dem ersten Fügepartner (3) und einem weiteren Fügepartner (53) erfolgt, und dass im Setzprozess das Hilfsfügeelement (7) den setzseitigen ersten Fügepartner (3) durchdringt und zumindest teilweise in den weiteren Fügepartner (53) eingetrieben wird, und zwar derart, dass der erste Fügepartner (3) und der zweite Fügepartner (5) miteinander verbunden sind, und dass insbesondere im Schweißprozess der zweite Fügepartner (5) auf der von der Setzseite abgewandten Seite des weiteren Fügepartners (53) angeordnet wird und mit dem Fußabschnitt (17) des Hilfsfügeelements (7) verschweißt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schweißprozess der zweite Fügepartner (5) unter Zwischenlage eines weiteren Fügepartners (55) mit dem Fußabschnitt (17) des Hilfsfügeelements (7) verschweißt wird.
Bauteilverbund, der mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.