DE19918516C2 - Verfahren zum Verbinden mindestens zweier flächiger Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile, wobei an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung versehendes Werkzeug an eine Oberfläche eines ersten Bauteiles zur Anlage gebracht wird und Bauteilabschnitte beider Bauteile unter der Wirkung eines unter hohen Druck setzbaren Fluids in die Ausnehmung hineinverformt werden.

In dem Aufsatz "Neuartige industrielle Blechverbindungstechnik" in "Techni­ sche Rundschau" 4/89, Seiten 38 bis 40, sind verschiedene Blechverbin­ dungstechniken beschrieben. Eine davon ist das TOX-Rundpunktverfahren. Dabei werden die Bleche, auch unterschiedlicher Dicke und Werkstoffe, le­ diglich per Pressung verformt, und zwar mit einem speziellen Werkzeugsatz, der sich in Einfach- oder Mehrfachausführung in Handwerkzeugen und Pressenanlagen einsetzen läßt. Das Verfahren ist eine Abwandlung der Clinchtechnik. Es besteht aus einem einfachen Stauch-/Preßvorgang, bei dem unterschiedlichste Materialien und Dicken untrennbar und dicht verbun­ den werden. Im Gegensatz zu anderen, ähnlichen Verfahren, wird der Werkstoff nicht geschnitten, sondern lediglich verformt und verdrängt.

Die DE 44 04 659 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Nietverbindung von Blechen, bei dem zuerst der Blechwerkstoff zu einer napfförmigen oder ringförmigen Eintiefung verformt wird, ohne die Bleche aufzuschneiden oder die Wandstärke zu verändern. In der auf diese Weise nach Art eines Tiefziehvorganges ausgeformten Eintiefung wird ein Presskörper, vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff wie die zu verbindenden Bleche, unter radialer Aufweitung der Blechwerkstoffe fließverpresst und dadurch die Nietverbindung erzielt. Werkzeugseitig ist insbesondere ein Stempel und eine Matrize zur Durchführung des Verfahrens erforderlich. Die DE 32 10 956 A1 beschreibt ein Werkzeug zum unlösbaren Verbinden von dehnbaren, flächenartigen Werkstücken. U. a. wird dabei eine Verfah­ rensweise erwähnt (Fig. 7 und 8), bei der ein Druckmittelstrom unmittelbar auf zu verbindende Werkstücke einwirkt und die dazu notwendigen Düsen durch ihre entsprechende Ausbildung Einbuchtungen an der Verbindungsstelle herstellen sowie eine anschließende unlösbare Ver­ bördelung durchführen. Damit ist ein Verfahren aufgezeigt, wonach an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung versehenes Werkzeug an eine Werkstückoberfläche zur Anlage gebracht wird und die Werkstückabschnitte im Bereich der Verbindungsstelle unter der Wirkung eines unter hohen Druck setzbaren Fluids in die Ausnehmung hineinverformt werden. Mittels einer sich daran anschließenden Druckbeaufschlagung auf der gegenüberliegen­ den Werkstückoberfläche kann eine Verbördelung herbeigeführt werden. Der Aufwand zur Herstellung dieser Verbindung ist hoch. Die Beanspru­ chung der Werkstücke an der Verbindungsstelle durch wechselnde Ver­ formungen ist gleichfalls beträchtlich.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinanderliegen­ der Bauteile gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 in der Weise wei­ terzubilden, daß bei vereinfachtem Verfahrensablauf eine qualitativ hochwer­ tige Fügeverbindung erreichbar ist, wobei weiterhin eine materialschonende Umformbewegung im Bereich der Verbindungsstelle gewährleistet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ist in der weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 zu sehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen beansprucht.

Aus der DE 43 44 921 A1 ist bereits ein Verfahren zum Verbinden von min­ destens zwei Bauteilen bekannt, unter Anwendung von Zusatzwerkstoff und mindestens einem Stempel, wobei zwischen den Bauteilen und dem Stempel der Zusatzwerkstoff in Form eines Stopfens angeordnet ist, der gleichzeitig als Werkzeugelement dient und wobei über den Stempel mit dem Stopfen durch einen Pressenhub der Werkstoff des ersten Bauteils in die Bohrung mindestens eines weiteren Bauteiles hineingeformt wird, so daß zwischen den Bauteilen und dem Stopfen eine innige, unlösbare Verbindung entsteht.

Durch eine Reihe von Veröffentlichungen (DE 28 26 687 A1, DE 33 12 231 A1 und DE 36 23 418 C2) sind Fügeverbindungen von Bauteilen, insbeson­ dere von metallischen Bauteilen, bekannt, mittels mindestens eines Verbin­ dungselementes, wobei das Verbindungselement ein während des Fügevor­ ganges hergestelltes Gußteil ist und die Gußform zumindest teilweise von den zu verbindenden Bauteilen gebildet wird.

Aus der DE 197 12 180 C2 sind schließlich Verbindungselemente zur Her­ stellung nietenartiger mechanischer Verbindungen zwischen Bauteilen aus Kunststoffen, insbesondere flächigen Bauteilen aus faserverstärkten Kunst­ stoffen, bekannt, bei denen die Verbindungselemente ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff bestehen und mit einem unausgehärteten Harz in dafür vorgesehene Bohrungen in den zu fügenden Bauteilen eingesetzt werden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in schematisierter Darstellung den Bereich einer Verbindungsstelle mit zugeordneten Werkzeugen und

Fig. 2 die fertige Verbindung zwischen zwei flächigen Bauteilen.

Fig. 1 zeigt zwei miteinander zu verbindende flächige Bauteile 1, 2, bei­ spielsweise Metallbleche, denen an der Verbindungsstelle ein matrizenarti­ ges Werkzeugunterteil 3 und ein stempelartiges Werkzeugoberteil 4 samt Dichtungsband 10 zugeordnet sind. Während im Werkzeugoberteil 4 ein konzentrisch verlaufender Kanal 5 vorhanden ist, ist das Werkzeugunterteil 3 geteilt (Werkzeugelemente 3.1, 3.2), wobei beide Werkzeugelemente 3.1., 3.2 im Sinne einer Öffnungs- und Schließbewegung horizontal beweglich sind (Doppelpfeile 6) und durch entsprechende Formgebung gemeinsam eine Ausnehmung 7 herausbilden. Das Werkzeugunterteil 3 dient des weite­ ren auch der Aufnahme bzw. Abstützung einer vom Werkzeugoberteil 4 aus­ geübten, relativ hohen Klemmkraft F_k.

Die Bauteilverbindung entsteht nun in der Weise, daß in den Kanal 5 ein un­ ter hohem Druck stehendes Fluid eingeleitet wird und die Bauteile 1, 2 beauf­ schlagt. Diese werden in die vorzugsweise mit einem Hinterschnitt versehene Ausnehmung 7 hineinverformt, schmiegen sich an die Wände der Ausnehmung 7 an, so daß letztlich die in Fig. 2 gezeigte Gestalt angenommen wird. Nach Reduzierung des Fluiddruckes können das stempelartige Werkzeugoberteil 4 abgehoben und die Elemente 3.1, 3.2 des Werkzeugunterteiles 3 auseinandergefahren werden.

Zur Optimierung der Bauteilverbindung ist in besonders vorteilhafter Weise vorgesehen, daß das Fluid als Stopfen 8 in dem sich durch die Bauteilverformung herausbildenden Hohlraum 9 verbleibt. Zu diesem Zweck handelt es sich bei dem Fluid beispielsweise um ein aushärtendes Medium. Dadurch wird die Qualität der Bauteilverbindung wesentlich gesteigert. Da sich der Stopfen 8 jeder beliebigen Form des Hohlraumes 9 anpaßt, wird seine Gestalt letztendlich von der Formgebung der Ausnehmung 7, an die sich die Bauteile 1, 2 bei ihrer Umformung anschmiegen, bestimmt. Das Fluid kann dabei selbsthärtend (über Zeit, Temperatur oder Druck) sein. Darüber hinaus wäre denkbar, anstatt einem Kanal 5 im Werkzeugoberteil 4 deren zwei vorzusehen, so daß das Fluid letztendlich aus zwei Komponenten bestehen könnte, die bei Kontakt aushärten. Auch wäre denkbar, daß es sich bei dem Fluid um einen relativ niedrig schmelzenden Metallwerkstoff handelt, der, entsprechend aufgeheizt, durch den Kanal 5 geleitet wird und nach Abkühlung später als Stopfen 8 im Hohlraum 9 verbleibt. Ggf. können nach der oben beschriebenen Methode auch mehr als zwei flächige Bauteile gleichzeitig miteinander verbunden werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander lie­ gender Bauteile, wobei an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung versehenes Werkzeug an eine Oberfläche eines ersten Bauteiles zur Anlage gebracht wird und Bauteilabschnitte beider Bauteile unter der Wirkung eines unter hohen Druck setzbaren Fluids in die Ausnehmung hineinverformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in den dadurch auf der dem Werkzeug abgewandten Oberfläche des zweiten Bauteiles (1) entstehenden Hohlraum (9) das unter hohen Druck gesetzte Fluid eindringt und dort einen Stopfen (8) bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid von einem aushärtenden Medium gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid aus zwei Komponenten gebildet wird, die bei Kontakt aushärten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid ein aufgeheizter, niedrig schmelzender Metallwerkstoff verwendet wird.