DE19943220A1 - Verfahren zum kraftschlüssig dauerhaften Verbinden zweier Bauteile sowie Baugruppe mit zwei plattenartigen Bereichen von Bauteilen dafür - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum kraftschlüssig dauerhaften Verbinden zweier zueinander in einem Winkel ausgerichteter plattenartiger Bereiche von Bauteilen aus metallischem Werkstoff, insbesondere zum Verbinden durch SchweißEn oder Kleben, wird an eines der Bauteile ein wenigstens einen Verformungsbereich enthaltender feder- oder schwertartiger Steckabschnitt angeformt sowie als Montagehilfe in einen in das andere Bauteil eingebrachten Einsatzschlitz eingeführt und darin klemmend zeitweilig fixiert, wonach beide Bauteile miteinander dauerhaft verbunden werden. Zudem wird wenigstens ein aus dem Einsatzschlitz andernends ragender Teil des feder- oder schwertartigen Steckabschnittes innerhalb des Einsatzschlitzes im Verformungsbereich aus der Ebene des plattenartigen Bereiches seines Bauteils in einem Drehwinkel zur weiteren Fixierung verdreht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kraftschlüssig dauerhaften Verbinden zweier zueinander in einem Winkel ausgerichteter plattenartiger Bereiche von Bauteilen aus metallischem Werkstoff, insbesondere zum Verbinden durch Schweißen oder Kleben. Zudem erfasst die Erfindung ein zum Durchführen dieses Verfahrens geeignetes System einer Bau­ gruppe mit zwei plattenartigen Bereichen von Bauteilen aus metallischem Werkstoff, die miteinander dauerhaft kraft­ schlüssig verbunden - also insbesondere verschweißt oder verklebt - werden.

Vor dem Verschweißen oder Verkleben solcher plattenartiger Bauteile entsteht oftmals das Bedürfnis, diese vorab zuein­ ander festzulegen, dies vor allem bei Präzisionsbauteilen wie lasergebrannten - gegebenenfalls lackierten - Einzelelementen unterschiedlicher Dicken und Gestaltungen für den Fahrzeugbau od. dgl.

In Kenntnis dessen hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Montagehilfe für derartige Vorgänge zu schaffen, wel­ che ohne großen Aufwand und zusätzliche Werkzeuge eine prä­ zise Vorfixierung einander zugeordneter Bauteile erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängi­ gen Ansprüche; die Unteransprüche geben günstige Weiterbil­ dungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Erfindungsgemäß wird an eines der Bauteile ein wenigstens einen Verformungsbereich enthaltender feder- oder schwert­ artiger Steckabschnitt angeformt sowie als Montagehilfe in einen in das andere Bauteil eingebrachten Einsatzschlitz eingeführt und darin klemmend zeitweilig fixiert, wonach beide Bauteile miteinander dauerhaft verbunden werden. Das zusätzliche Anbringen dieser beiden Steckpartner an jenen Bauteilen bedeutet bei den zeitgenössischen Fertigungsme­ thoden - angesichts der Einsparung umfangreicher Fixie­ rungswerkzeuge und Arbeitszeiten - keinen ins Gewicht fal­ lenden Mehraufwand.

Dazu hat es sich als günstig erwiesen, die beiden Stirnkan­ ten einer von dem einen Bauteil abragenden Steckanformung des Steckabschnittes an die Stirnwände des Einsatzschlitzes klemmend anzufügen; die Längen von Einsatzschlitz und Steckanformung werden dann einander angepasst. Zudem kann zur Intensivierung der Klemmung ein auf der anderen Seite des angeschlossenen plattenartigen Bauteils noch aus dem Einsatzschlitz ragender Abschnitt des Steckabschnittes in­ nerhalb des Einsatzschlitzes im Verformungsbereich aus der Ebene des plattenartigen Bereiches seines Bauteils gedreht werden; günstigerweise dehnt sich der Werkstoff des halsar­ tigen Verformungsbereiches aus und füllt dabei den ihm zu­ geordneten Schlitzquerschnitt aus - dies führt zu einer Verbesserung des Klemmverhaltens der Klemmpartner.

Ist der zeitweilige Kraftschluss beider Bauteile durch die Klemmung hergestellt, wird die dauerhafte Verbindung - also das Schweißen, Kleben, gegebenenfalls auch ein Nieten oder Verschrauben - vorgenommen und dann gegebenenfalls jener gedrehte Abschnitt des Steckabschnittes weiter gedreht sowie durch diesen Drehvorgang an einer entstehenden Bruchlinie abgetrennt; der verbleibende Stumpf mit der Bruchlinie liegt innerhalb des Einsatzschlitzes und stört bei weiterer Bearbeitung nicht.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine für das beschrie­ bene Verfahren geeignete Baugruppe mit zwei plattenartigen Bereichen von Bauteilen aus metallischem Werkstoff, dessen eines einen definierten Einsatzschlitz - als einen Teil einer Nut/Feder-Verbindung - aufweist, dessen Länge und Breite etwa den Querschnittmaßen einer federartigen Steck­ anformung des anderen Bauteils entsprechen; die Stirnkanten der Steckanformung liegen in Stecklage den Stirnwänden des Einsatzschlitzes klemmend an.

Die dem Klemmbereich bestimmende Steckanformung soll durch einen halsartigen Formteil an eine - spaten-, kiel- oder flügelartige - Verlängerung angeformt sein, welche als Einführhilfe oder Führungsabschnitt zu dienen vermag. Da nach einem anderen Merkmal der Erfindung der Abstand jener etwa kielartigen Verlängerung von der Unterkante des Bau­ teils kürzer ist als die Höhe des Einsatzschlitzes, bleibt auch in Stecklage der - die oben erwähnte Sollbruchstelle anbietende - Halsbereich stets innerhalb des Steckschlit­ zes.

Bei einer Ausführungsform verläuft jener Hals oder Halsbe­ reich zwischen Steckanformung und dem verlängernden Steck­ blatt etwa in der Mittellinie dieser Einheit. Eine zweite Ausgestaltung sieht vor, dass der Hals zwischen Steckanfor­ mung und dem verlängernden Steckflügel an einer von dessen Stirnkanten ansetzt und anderseits an das Tiefste eines von der anderen Stirnkante ausgehenden Lochschlitzes grenzt; im Gegensatz zur ersterwähnten Formgebung ist hier die Seiten­ ansicht des Steckabschnittes asymmetrisch.

Für beide Ausführungen des Steckabschnittes wird bevorzugt, die an eine Stirnkante anschließende Unterkante der Steck­ anformung in einem etwa der Klemmhöhe - von bevorzugt 15 mm - entsprechenden Abstand zur Unterkante des Bauteils verlaufen und in eine dann aufwärts geneigte Kontur überge­ hen zu lassen, welche zwischen jener Unterkante einerseits und einer zu dieser etwa parallelen, an den Hals anschlie­ ßenden Innenkontur anderseits vorgesehen ist. Zudem soll vom Hals bzw. dessen Seitenflanke eine vom Bauteil weg ge­ neigte Firstkante des Steckblattes oder des Steckflügels ausgehen. Diese Maßgaben erlauben eine der Bauteilunter­ kante möglichst nahe Lage des Halsbereiches.

Um das Einführen des Steckabschnittes in den Einsatzschlitz zu vereinfachen, weist jede Seitenkante von Steckanformung und Steckblatt bzw. Steckflügel zu deren Unterkante hin ei­ nen einwärts geneigten Endabschnitt auf.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann zur Verbesse­ rung des Drehvorganges in die Längswände des Einsatzschlit­ zes jeweils in Längsmitte ein - zur Steckrichtung paralle­ ler - teilzylindrischer Bereich eingeformt sein.

Durch diese Maßgaben wird die Aufgabe, eine Montagehilfe für untereinander dauerhaft zu verbindende metallische Bau­ teile zu schaffen, in bestechender Weise gelöst. Infolge der beschriebenen Stecktechnik und des Fixierens mittels der Steckabschnitte kann die Montage und Fertigung von Me­ tallkonstruktionen optimiert und kostengünstig genutzt wer­ den; zum einen entfällt dank der Stecktechnik ein Messen und Anreißen, zum anderen bedarf es angesichts der Steckab­ schnitte keiner Spannelemente wie Schraubzwingen od. dl.; durch die erfindungsgemäße Fügetechnik mit Drehflügelklem­ mung können aufwendige Montagevorrichtungen mit Spannein­ richtungen entfallen, da die Bauteile sich selbst zusammen­ halten und nach der Vormontage endgültig verbunden werden können. Dieses Verfahren eignet sich daher besonders für Einzelkonstruktionen oder Kleinserien, da für diese beson­ dere Vorrichtungen zu aufwendig wären.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1 eine Draufsicht auf mehrere einander zugeord­ nete Einzelteile z. B. für einen Unterfahr­ schutz eines Transportfahrzeuges;

Fig. 2, 5 teilweise geschnittene Seitenansichten zweier aneinandergefügter Bauteile in etwa natürlicher Größe;

Fig. 3, 4 Draufsichten auf unterschiedliche Ausgestaltun­ gen des einen Bauteils;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der Fig. 2;

Fig. 7 die Sicht unter Fig. 6;

Fig. 8, 9 den Fig. 6 bzw. 5 entsprechende Darstellungen einer Paarung von zwei anderen Bauteilen.

In Fig. 1 ist ein Sortiment von lasergebrannten Einzeltei­ len unterschiedlicher Dicken und Gestaltungen für einen nicht wiedergegebenen ausziehbaren Unterfahrschutz an einem Transportfahrzeug wiedergegeben. Am Beispiel einer Grund­ platte 10 mit benachbarten Steckschlitzen 12 für Steckla­ schen 14 einer rechtwinkelig aufzusetzenden streifenartigen Tafel 16, die ihrerseits einen Schrägschlitz 17 zum Einset­ zen eines Hakenanschlages 18 für eine Handhebelendstellung aufweist, sei erläutert, dass diese - gegebenenfalls lackierten - Bauteile 10, 16, 18 zuerst zusammengesteckt und anschließend miteinander verschweißt oder verklebt wer­ den sollen.

Eine in Fig. 2 bis 8 bei 20 verdeutlichte Platte einer Dicke a von etwa 5 mm ist mit einem Einsatzschlitz 22 der Breite b von hier 5 mm sowie der Längen von 30 mm verse­ hen, der in der Ausgestaltung nach Fig. 3, 7 in der - mit­ tels einer Geraden M kenntlich gemachten - Längsmitte an einer Kreiskontur K eines Durchmessers d von etwa 8 mm er­ weitert ist; diese bestimmt in die - beidends von Schlitz­ stirnwänden 23 begrenzten - Schlitzlängswände 24 einge­ formte teilzylindrische Wandbereiche 26.

In den Einsatzschlitz 22 ist in Steckrichtung x eine kiel­ schwertartige Steckanformung 28 eines rechtwinkelig auf die Platte 20 aufgesetzten - hier wandartigen - zweiten Bauteils 30 einer der Schlitzbreite b etwa entsprechenden Dicke e eingeschoben; die Länge n₁ dieser Steckanformung 28 ist der Längen des Einsatzschlitzes 22 angepasst.

Vor allem in Fig. 6 ist erkennbar, dass sich die von der Unterkante 31 des Bauteils 30 abragende Steckanformung 28 von einer durch ihre Unterkante 32 bestimmten Endhöhe h in einem Abstand f von der Schlitzstirnwand 23 an einer auf­ wärts geneigten Kontur 33 verkürzt, die in eine zu jener Unterkante 32 höhenversetzte Innenkontur 34 der Steckanfor­ mung 28 übergeht. Der Abstand der inneren Endpunkte beider Innenkonturen 34 ist mit i bezeichnet und misst im ausge­ wählten Beispiel 16 mm. Aus der Steckanformung 28 ist in deren Mittellinie M ein Hals 36 der Länge i₁ von hier 8 mm herausgeformt, der - wie weiter unten erläutert - einen Sollbruchbereich bildet. Die parallelen Seitenflanken 37 dieses Halses 36 gehen in abwärts geneigte Firstkanten 38 eines sich vom Hals 36 weg erweiternden flügel- oder schwertartigen Steckblattes 40 der Länge n₂ über. Dieser bildet mit der Steckanformung 28 einen Steckabschnitt 29 des Bauteils 30.

In der in Fig. 2, 6 verdeutlichten Klemmlage entspricht jene Endhöhe h als Mindestklemmhöhe der Steckanformung 28 mit 3 mm etwas mehr als der halben Plattendicke a. Der Ab­ stand h₁ der Plattenoberfläche 19 vom unteren Ende der Firstkanten 38 des Steckblattes 40 ist größer als die Min­ destklemmhöhe h, die ihrerseits größer ist als der Abstand h₂ der Plattenoberfläche 19 vom unteren Ende der Seiten­ flanken 37; die Höhe q des dort beginnenden - und mit ei­ ner geraden Unterkante 42 abschließenden - Steckblattes 40 beträgt hier 10 mm. Anzumerken ist noch, dass sowohl die Stirnkanten 35 der Steckanformung 28 als auch die Stirnkan­ ten 41 des Steckblattes 40 jeweils in ihrem wandnahen Ober­ bereich parallel zueinander verlaufen sowie in ihrem unte­ ren Bereich 35 _t, 41 _t etwas einwärts abgewinkelt sind, um das Einführen in den Einsatzschlitz 22 zu erleichtern.

Ist die Steckanformung 28 in die in Fig. 6 wiedergegebene Klemmstellung gebracht, wird sie durch den Kontakt der Partner 20/30 im Bereich der erwähnten Mindestklemmhöhe h im Einsatzschlitz 22 gehalten; d. h. die zueinander paral­ lelen endwärtigen Stirnkanten 35 der Steckanformung 28 schmiegen sich klemmend an die Schlitzstirnwände 23 des an­ deren Bauteils 20 an. Anschließend wird gemäß Fig. 7 der Steckflügel 40 im Bereich des Halses 36 aus der Plattenebene E in einem Drehwinkel w gedreht, jener Hals 36 zusätzlich aufgeweitet und so eine weitergehende Fixierung erreicht. Dank dieser Montagehilfe können die genannten me­ tallischen Partner 20/30 vorfixiert und dann durch eine in Fig. 5 bei 44 angedeutete Schweißnaht, durch eine Kleber­ schicht oder auf andere Weise endgültig verbunden werden. Daraufhin kann wahlweise durch ein weiteres Drehen des Steckflügels 40 - wenn dieser störend wirken sollte - dieser an einer im Halse 36 verlaufenden Sollbruchstelle abgetrennt werden.

Um das Abtrennen des Steckblattes 40 zu erleichtern, wird die Länge i₁ des Halses 36 um so kürzer gewählt, je größer die Dicke e der Wand 30 ist. Beim Drehen des Steckblattes 40 soll sich der Werkstoff des Halses 36 im Bereich jener Kreiskontur K etwas dehnen können; der Werkstoff des ver­ bleibenden Halsabschnittes schmiegt sich an die Schlitz­ längswände 24 teilweise an.

Schließlich bietet Fig. 8 noch eine andere Ausgestaltung des Steckbereiches der Wand 30 an; ein aus ihr herausge­ formtes Steckschwert 48 der - auf die Schlitzlängen abge­ stimmten - wandnahen Klemmlänge n₁ sowie der Gesamthöhe q₁ von 12 mm - dessen Länge sich unterhalb paralleler Stirn­ kanten 35, 35 _a der Höhe h dank einwärts geneigter Kantenab­ schnitte 35 _t zunehmend verkürzt - ist von dem in der Zeichnung rechten der geneigten Kantenabschnitte 35t aus mit einem sich von diesem weg verjüngenden Sackschlitz 50 der Länge t versehen; letztere entspricht etwa zwei Drit­ teln der Klemmlänge n₁. Das Tiefste 52 des Sackschlitzes 50 verläuft als Seitenflanke des so definierten Halses 36 _a in horizontalem Abstand z zur benachbarten Stirnkante 35 _a und begrenzt mit letzterer nach unten hin einen Steckflügel oder kielartigen Führungsabschnitt 49 mit Firstkante 38 _a und Unterkante 42 _a sowie seitlich den Hals 36 _a als Soll­ bruchbereich, an dem nach dem endgültigen Verbinden der Partner 20/30 gemäß Fig. 9 das Steckschwert 48 abgedreht wird; im Einsatzschlitz 22 verbleibt dann auch hier die - hier asymmetrische - von den Stirnkanten 35, 35 _a und den Unterkanten 32, 33, 34 begrenzte Steckanformung 28 _a.

Für das Drehen des Steckblattes 40 bzw. des Steckflügels 49 können Werkzeuge ähnlich einer Stecknuß mit Ratsche beson­ ders günstig eingesetzt werden.

Claims (16)

1. Verfahren zum kraftschlüssig dauerhaften Verbinden zweier zueinander in einem Winkel ausgerichteter plattenartiger Bereiche von Bauteilen aus metalli­ schem Werkstoff, insbesondere zum Verbinden durch Schweißen oder Kleben, dadurch gekennzeichnet, dass an eines der Bauteile (30) ein wenigstens einen Verformungsbereich (36, 36 _a) enthaltender feder- oder schwertartiger Steckabschnitt (29, 48) angeformt so­ wie als Montagehilfe in einen in das andere Bauteil (20) eingebrachten Einsatzschlitz (22) eingeführt und darin klemmend zeitweilig fixiert wird, wonach beide Bauteile (20, 30) miteinander dauerhaft verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stirnkanten (35, 35 _a) einer von dem einen Bauteil (30) abragenden Steckanformung (28, 28 _a) des Steckabschnittes (29, 48) an die Stirnwände (23) des Einsatzschlitzes (22) klemmend angefügt wer­ den.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Längen (n; n₁) von Einsatzschlitz (22) und Steckanformung (28, 28 _a) einander angepasst werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein aus dem Einsatz­ schlitz (22) andernends ragender Teil (40) des feder- oder schwertartigen Steckabschnittes (29, 48) inner­ halb des Einsatzschlitzes (22) im Verformungsbereich (36, 36 _a) aus der Ebene (E) des plattenartigen Berei­ ches seines Bauteils (30) in einem Drehwinkel (w) zur weiteren Fixierung verdreht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Drehvorganges der Werkstoff des halsartigen Verformungsbereiches (36, 36 _a) gedehnt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der aus dem Einsatzschlitz (22) ra­ gende Teil (40) des feder- oder schwertartigen Steck­ abschnittes (29, 48) weitergehend gedreht sowie durch diesen Drehvorgang an einer entstehenden Bruchlinie (46) abgetrennt wird.

7. Baugruppe mit zwei plattenartigen Bereichen von Bau­ teilen aus metallischem Werkstoff, die miteinander dauerhaft kraftschlüssig verbunden, insbesondere ver­ schweißt oder verklebt, werden, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Bauteile (20) einen definierten Einsatzschlitz (22) aufweist, des­ sen Länge (n) und Breite (b) etwa den Querschnittsma­ ßen einer federartigen Steckanformung (28, 28 _a) des anderen Bauteils (30) entsprechen und deren Stirnkan­ ten (35, 35 _a) in Stecklage den Stirnwänden (23) des Einsatzschlitzes klemmend anliegen.

8. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den Klemmbereich bestimmende Steckanformung (28, 28 _a) durch einen halsartigen Formteil (36, 36 _a) an eine spaten- oder flügelartige Verlängerung (40, 49) als Führungsabschnitt angeformt ist.

9. Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (h₂) der spaten- oder flügelartigen Verlängerung (40, 49) von der Unterkante (31) des Bauteils (30) kürzer ist als die Höhe (a) des Ein­ satzschlitzes (22).

10. Baugruppe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Hals (36) zwischen der Steckanfor­ mung (28) und dem verlängernden Steckblatt (40) etwa in dessen Mittellinie (M) verläuft.

11. Baugruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hals (36 _a) zwischen Steckan­ formung (28 _u) und dem verlängernden Steckflügel (49) an einer Stirnkante (35 _a) der Steckanformung ansetzt und anderseits von dem Tiefsten (52) eines von der anderen Stirnkante ausgehenden Lochschlitzes (50) be­ grenzt ist.

12. Baugruppe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die an eine Stirnkante (35) anschlie­ ßende Unterkante (32) der Steckanformung (28, 28 _a) in einem etwa der Klemmhöhe (h) entsprechenden Abstand zur Unterkante (31) des Bauteils (30) verläuft und in eine dazu aufwärts geneigte Kontur (33) übergeht, welche zwischen jener Unterkante und einer zu dieser etwa parallelen, an den Hals (36, 36 _a) anschließenden Innenkontur (34) vorgesehen ist.

13. Baugruppe nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Klemmhöhe (h) von etwa 15 mm.

14. Baugruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vom Hals (36, 36 _a) bzw. dessen Seitenflanke (37, 52) eine vom Bauteil (30) weg ge­ neigte Firstkante (38, 38 _a) des Steckblattes (40) oder Steckflügels (49) ausgeht.

15. Baugruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkante/n (35, 35 _a; 41) der Steckanformung (28, 28 _a) und/oder des Steckblat­ tes (40) bzw. Steckflügels (49) zur Unterkante (32, 42; 42 _a) einem vom Bauteil (30) weg gerichteten, nach innen geneigten Endabschnitt (35 _t, 41 _t) auf­ weist/aufweisen.

16. Baugruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längswände (24) des Einsatz­ schlitzes (22) in Längsmitte eine zur Steckrichtung (x) parallele teilzylindrische Einformung (26) auf­ weisen.