WO2009077217A1 - Rivet welding method - Google Patents

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WO2009077217A1 PCT/EP2008/063406 EP2008063406W WO2009077217A1 WO 2009077217 A1 WO2009077217 A1 WO 2009077217A1 EP 2008063406 W EP2008063406 W EP 2008063406W WO 2009077217 A1 WO2009077217 A1 WO 2009077217A1
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welding rib
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Gernot GÜRICH
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Faurecia Innenraum Systeme Gmbh
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    • B29K2995/0069—Permeability to liquids; Adsorption non-permeable

Definitions

  • the invention relates to a method for rivet welding two components.
  • plastic parts are nowadays preferably riveted together.
  • Corresponding riveting methods have in common that two components which are to be riveted together are pressed against one another only by a rivet head, which was produced, for example, by means of an ultrasound sonotrode. This has the disadvantage that, for example due to temperature fluctuations and twisting occurring, the two riveted parts still have a certain freedom of movement against each other, which in particular can lead to unpleasant friction noise, vibration and leaks to gases and liquids.
  • DE 101 24 920 A1 discloses a stand-rivet method in which, with the aid of ultrasound, the part to be joined is adhesively connected to the connecting element.
  • DE 199 24 623 A1 discloses a method for controlling and regulating process parameters in an ultrasonic welding device, wherein the molten material undergoes a material-locking connection with the welding material during ultrasonic riveting.
  • DE 202 066 83 describes a component connection for connecting a functional element of a motor vehicle door to a part of a partition wall of the motor vehicle door using a rivet shank, wherein the rivet shank forms a rivet head by heating.
  • the aim of the present invention is to provide an improved method for rivet welding two components.
  • a method for rivet-welding a first component to a second component, the first component having a rivet dome, the second component having an opening for receiving the rivet dome, and the second component having at least one welding rib on the side facing away from the first component has, wherein the welding rib is arranged at the opening of the second component.
  • the method comprises the step of inserting the rivet dome of the first component into the opening of the second component, wherein the rivet mandrel is inserted from the side of the second component facing away from the welding rib.
  • the application of a sonotrode on the rivet dome and the formation of a cohesive connection between the rivet dome and the welding rib by welding together by means of the sonotrode takes place.
  • the inventive method has the advantage that the first and the second component are connected to each other so that a relative movement of the two components to each other is no longer possible.
  • the welding rib it is ensured that in a defined manner a cohesive connection between the first and second component is achieved, so that in the manufacture of jointly formed by welding ribs and Nietdom rivet head, the mechanical integrity of the second component is not affected. If the weld rib were missing here, this could lead to a material weakening of the second component in the region of the trained rivet head, which could lead to a rupture of the rivet dome in the region of the rivet weld under load.
  • the rivet dome after insertion into the opening of the second component, projects beyond the welding rib in the direction of extent of the Rivet dome. This ensures that sufficient material of the rivet dome is available and thus a large-area welding of the rivet dome with the welding ribs is possible.
  • the material of the rivet dome and the welding ribs form a homogeneous mass welded together.
  • the first component has an abutment, wherein the abutment is provided for supporting the second component, wherein in the rivet welding, the first and the second component are pressed against each other.
  • the use of an abutment has the advantage that a relative movement of the first and second component in the direction of extension of the rivet dome is excluded because no longer such a degree of freedom by the cohesive connection between the rivet and the nip and the additional pressing of the second component to the abutment is available. This further increases the overall stability of the components welded together.
  • the welding rib completely surrounds the rivet dome after insertion of the rivet dome into the opening of the second component.
  • the rivet dome is pin-shaped or cuboidal. It is also possible that the rivet dome can be designed as a solid material or hollow material. According to one embodiment of the invention, the edges of the rivet dome have a chamfer. Alternatively, the end of the rivet dome is rounded off. In addition, the sonotrode preferably has a concave shape, wherein the rounding of the rivet dome end or the bevel for positive reception by the sonotrode is formed. This has the advantage that after placement of the sonotrode due to the large-area contact between the sonotrode and rivet dome due to the beveled edges can be done in a very quick way, a melting of the rivet dome. The same applies to the welding rib, the horizontal edges also preferably have a bevel.
  • the end of the rivet mandrel in the case of a rounding is preferably designed so that the rounding of the rivet dome has an equal or greater curvature than the concave shape of the sonotrode. This ensures optimum surface contact between the sonotrode and the rivet end.
  • the sonotrode covers the welding rib and the rivet dome. This is done in a uniform manner a melting of the welding rib and rivet, whereby a homogeneous welding of the two components is possible.
  • the rivet dome is melted by the sonotrode in time before the welding rib.
  • the fused dome of the rivet dome forms a liquid mass which seals the weld rib during the welding operation covered.
  • the rivet dome and the welding rib are formed from the same plastic material.
  • the first and second components are injection-molded parts.
  • the first and second components are parts of an instrument panel of a motor vehicle.
  • 1a and 1b a schematic view of two components to be connected to the method according to the invention for rivet welding;
  • FIG. 2 shows a further schematic view of two components to be connected with the method according to the invention for rivet welding
  • Rivet welding a first component with a second component Rivet welding a first component with a second component.
  • FIG. 1a shows a schematic view of two components to be connected, namely the component 100 and the component 102.
  • the component 100 has a rivet dome 106
  • the second component 102 has an opening 104 for receiving the rivet dome 106.
  • the second component 102 has two welding ribs 108 on the side facing away from the first component 100, wherein the two welding ribs 108 are arranged on the opening 104 of the second component 102.
  • the first component 100 has an abutment 118, wherein the abutment 118 is provided for supporting the second component 102.
  • a sonotrode 114 is pressed in the direction 110 from above onto the welding dome 106. By relative movements of the sonotrode 114 with respect to the welding dome 106 in the ultrasonic range, for example in the direction 112, the welding dome 106 begins to melt.
  • the sonotrode 114 spatially covers both the welding ribs 108 and the rivet dome, after the rivet mandrel 106 has melted, the sonotrode 114 will also come into contact with the welding ribs 108, which subsequently also melt kick off.
  • the melt resulting from the rivet dome 106 and the melt resulting from the welding ribs 108 run into one another, resulting in a homogeneous mass in the form of a rivet head after removal of the sonotrode 114 and cooling of the melt which integrally connects the first component 100 and the second component 102 in the opening region 104 on the side of the second component facing away from the first component.
  • FIG. 1b shows the components of FIG. 1a to be welded together after the rivet welding process.
  • FIG. 1b shows the components of FIG. 1a to be welded together after the rivet welding process.
  • FIG. 1b shows the components of FIG. 1a to be welded together after the rivet welding process.
  • FIG. 1b shows the components of FIG. 1a to be welded together after the rivet welding process.
  • the mushroom-like fusion of the originally existing rivet dome 106 and the welding ribs 108 whereby an integral material connection between the first component 100 and the second component 102 was created in the regions 120, the former region of the welding ribs 108.
  • there is only a loose contact between the first component 100 and the second component 102 in the region 118 since in this region 118 only the first and second components are pressed against one another.
  • FIG. 2 shows a further schematic view of two components to be connected.
  • the welding ribs 108 are again shown by way of example, which surround the rivet dome 106 on the left and on the right.
  • the welding ribs 108 completely surround the rivet dome 106, so that after a welding process in the radial direction to the rivet dome 106 a complete welding of the rivet dome and the welding ribs is present. This gas and liquid tightness is achieved, so that the opening 104 is completely closed by the forming rivet head. This can be forgiven for additional sealing elements. be.
  • Decisive in the embodiment of Figure 2 is now that a rounding or beveling of the edges of the Nietdomendes is given.
  • a bevel 200 of the rivet dome end is shown in FIG. 2, but preferably all edges 202 and 206 of the weld ribs 108 and all edges 204 of the rivet dome 106 are provided with such bevels or fillets. This ensures that, as already described above, there is an optimum contact action between the sonotrode surface, the rivet dome and the welding ribs.
  • FIG. 3 shows a flow chart of the method according to the invention for rivet welding a first component to a second component.
  • the first and second components are provided.
  • the first component has a rivet dome and the second component has an opening for receiving the rivet dome.
  • the second component has on the side facing away from the first component at least one welding rib, wherein the welding rib is arranged at the opening of the second component.
  • step 302 the insertion of the rivet dome of the first component in the opening of the second component, wherein the rivet dome is used from the side facing away from the welding rib side of the second component from.
  • step 304 the sonotrode is applied to the rivet dome, thereby resulting in an ablation of the rivet mandrel in step 306 by an ultrasonic welding process. Since the rivet dome preferably projects beyond the welding rib in the direction of extension of the rivet dome, the rivet dome first melts. After the rivet dome has melted so far that the sonotrode now also touches the welding rib, a further melting of the welding rib takes place, which ultimately results in a joint welding of rivet dome and welding rib. By the welded material, the first and second components are integrally connected to each other, wherein this compound has the shape of a rivet head.

Abstract

The invention relates to a method for rivet welding a first component (100) to a second component, wherein the first component (100) comprises a rivet dome (106), the second component (102) comprises an opening (104) for receiving the rivet dome (106), the second component (102) comprises at least one welding rib (108) on the side facing away from the first component, wherein the welding rib (108) is arranged on the opening (104) of the second component (102), wherein the method comprises the following steps: Inserting the rivet dome (106) of the first component (100) into the opening (104) of the second component (102), wherein the rivet dome (106) is inserted from the side of the second component (102) facing away from the welding rib (108), applying a sonotrode (114) onto the rivet dome, and forming a bonded connection between the rivet dome (106) and the welding rib (108) by welding them together by means of the sonotrode (114).

Description

Nietschweißverfahren Nietschweißverfahren
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nietverschweißen zweier Bauteile.The invention relates to a method for rivet welding two components.
Um zum Beispiel im Zusammenbau von Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteilen eine hohe arbeitstechnische Effizienz zu erzielen, werden heutzutage Kunststoffteile vorzugsweise miteinander vernietet. Entsprechende Nietverfahren haben dabei gemeinsam, dass zwei miteinander zu vernietende Bauteile lediglich durch einen Nietkopf, welcher zum Beispiel mittels einer Ultraschallsonotrode erzeugt wurde, anein- ander gepresst wurden. Dies hat den Nachteil, dass zum Beispiel aufgrund von Temperaturschwankungen und auftretenden Verwindungen die beiden miteinander vernieteten Teile dennoch einen gewissen Bewegungsspielraum gegeneinander haben, was insbesondere zu unangenehmen Reibegeräuschen, Vibrationen sowie Undichtigkeitsstellen gegenüber Gasen und Flüssigkeiten führen kann.To achieve, for example, in the assembly of motor vehicle interior trim parts high work efficiency, plastic parts are nowadays preferably riveted together. Corresponding riveting methods have in common that two components which are to be riveted together are pressed against one another only by a rivet head, which was produced, for example, by means of an ultrasound sonotrode. This has the disadvantage that, for example due to temperature fluctuations and twisting occurring, the two riveted parts still have a certain freedom of movement against each other, which in particular can lead to unpleasant friction noise, vibration and leaks to gases and liquids.
Beispielsweise offenbart die DE 101 24 920 A1 ein Stands-Niet-Verfahren, wobei mit Hilfe von Ultraschall das zu fügende Teil mit dem Verbindungselement stoffschlüssig verbunden wird.For example, DE 101 24 920 A1 discloses a stand-rivet method in which, with the aid of ultrasound, the part to be joined is adhesively connected to the connecting element.
Die DE 199 24 623 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern und Regeln von Prozessparametern bei einer Ultraschall-Schweißeinrichtung, wobei der aufgeschmolzene Werkstoff beim Ultraschall-Nieten eine stoffschlüssige Verbindung mit dem verschweißenden Material eingeht.DE 199 24 623 A1 discloses a method for controlling and regulating process parameters in an ultrasonic welding device, wherein the molten material undergoes a material-locking connection with the welding material during ultrasonic riveting.
Die DE 202 066 83 beschreibt eine Bauteilverbindung zum Verbinden eines Funktionselements einer Kraftfahrzeugtür mit einem Bestandteil einer Trennwand der Kraftfahrzeugtür unter Verwendung eines Nietschaftes, wobei der Nietschaft durch Erwärmen einen Nietkopf bildet. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Nietverschweißen zweier Bauteile zu schaffen.DE 202 066 83 describes a component connection for connecting a functional element of a motor vehicle door to a part of a partition wall of the motor vehicle door using a rivet shank, wherein the rivet shank forms a rivet head by heating. The aim of the present invention is to provide an improved method for rivet welding two components.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.The objects underlying the invention are achieved by the features of the independent claim. Preferred embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Nietverschweißen eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil geschaffen, wobei das erste Bauteil einen Nietdom auf- weist, das zweite Bauteil eine Öffnung zur Aufnahme des Nietdoms aufweist, und das zweite Bauteil auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite zumindest eine Schweißrippe aufweist, wobei die Schweißrippe an der Öffnung des zweiten Bauteils angeordnet ist. Das Verfahren umfasst dabei den Schritt des Einsetzens des Nietdoms des ersten Bauteils in die Öffnung des zweiten Bauteils, wobei der Niet- dorn von der der Schweißrippe abgewandten Seite des zweiten Bauteils aus eingesetzt wird. In einem weiteren Schritt erfolgt das Aufbringen einer Sonotrode auf dem Nietdom und das Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Nietdom und der Schweißrippe durch gemeinsames Verschweißen mittels der Sonotrode.According to the invention, a method is provided for rivet-welding a first component to a second component, the first component having a rivet dome, the second component having an opening for receiving the rivet dome, and the second component having at least one welding rib on the side facing away from the first component has, wherein the welding rib is arranged at the opening of the second component. In this case, the method comprises the step of inserting the rivet dome of the first component into the opening of the second component, wherein the rivet mandrel is inserted from the side of the second component facing away from the welding rib. In a further step, the application of a sonotrode on the rivet dome and the formation of a cohesive connection between the rivet dome and the welding rib by welding together by means of the sonotrode takes place.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei den Vorteil, dass das erste und das zweite Bauteil so miteinander verbunden werden, dass eine Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander nicht mehr möglich ist. Durch die Verwendung der Schweißrippe ist dabei gewährleistet, dass in definierter Weise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil erreicht wird, sodass dadurch bei der Herstellung des gemeinsam durch Schweißrippen und Nietdom gebildeten Nietkopfes die mechanische Integrität des zweiten Bauteils nicht beeinträchtigt wird. Würde die Schweißrippe hier fehlen, könnte dies zu einer Materialschwächung des zweiten Bauteils im Bereich des ausgebildeten Nietkopfes führen, was unter Belas- tung zu einem Ausbrechen des Nietdoms im Bereich der Nietverschweißung führen könnte.The inventive method has the advantage that the first and the second component are connected to each other so that a relative movement of the two components to each other is no longer possible. By using the welding rib it is ensured that in a defined manner a cohesive connection between the first and second component is achieved, so that in the manufacture of jointly formed by welding ribs and Nietdom rivet head, the mechanical integrity of the second component is not affected. If the weld rib were missing here, this could lead to a material weakening of the second component in the region of the trained rivet head, which could lead to a rupture of the rivet dome in the region of the rivet weld under load.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung überragt der Nietdom nach Einsetzen in die Öffnung des zweiten Bauteils die Schweißrippe in Erstreckungsrichtung des Nietdoms. Damit ist gewährleistet, dass ausreichend Material des Nietdoms zur Verfügung steht und damit eine großflächige Verschweißung des Nietdoms mit den Schweißrippen möglich ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden nach dem Verschweißen das Material des Nietdoms und der Schweißrippen eine homogene miteinander verschweißte Masse.According to one embodiment of the invention, after insertion into the opening of the second component, the rivet dome projects beyond the welding rib in the direction of extent of the Rivet dome. This ensures that sufficient material of the rivet dome is available and thus a large-area welding of the rivet dome with the welding ribs is possible. In a particularly preferred embodiment of the invention, after welding, the material of the rivet dome and the welding ribs form a homogeneous mass welded together.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das erste Bauteil ein Widerlager auf, wobei das Widerlager zur Auflage des zweiten Bauteils vorgesehen ist, wobei beim Nietverschweißen das erste und das zweite Bauteil aufeinander aufge- presst werden. Die Verwendung eines Widerlagers hat den Vorteil, dass eine Relativbewegung des ersten und zweiten Bauteils in die Erstreckungsrichtung des Nietdoms ausgeschlossen ist, da durch die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Nietdom und der Schweißrippe und dem zusätzlichen Aufpressen des zweiten Bauteils auf das Widerlager ein solcher Freiheitsgrad nicht mehr zur Verfügung steht. Dies erhöht weiter die Gesamtstabilität der miteinander verschweißten Bauteile.According to a further embodiment of the invention, the first component has an abutment, wherein the abutment is provided for supporting the second component, wherein in the rivet welding, the first and the second component are pressed against each other. The use of an abutment has the advantage that a relative movement of the first and second component in the direction of extension of the rivet dome is excluded because no longer such a degree of freedom by the cohesive connection between the rivet and the nip and the additional pressing of the second component to the abutment is available. This further increases the overall stability of the components welded together.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umgibt die Schweißrippe nach Einsetzen des Nietdoms in die Öffnung des zweiten Bauteils den Nietdom vollständig. Dies hat den Vorteil, dass eine hochstabile Schweißverbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil gewährleistet ist, welche keinerlei Schwachstellen bezüglich einer Krafteinwirkung in radialer Richtung zum Nietdom aufweist.According to a further embodiment of the invention, the welding rib completely surrounds the rivet dome after insertion of the rivet dome into the opening of the second component. This has the advantage that a highly stable welded joint between the first and second component is ensured, which has no weak points with respect to a force acting in the radial direction to the rivet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Nietdom stiftförmig oder quaderförmig. Ebenso ist es möglich, dass der Nietdom als Vollmaterial oder Hohlmaterial ausgeführt sein kann. Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Kanten des Nietdomendes eine Abschrägung auf. Alternativ dazu ist das Ende des Nietdoms abgerundet. Außerdem weist vorzugsweise die Sonotrode eine konkave Form auf, wobei die Abrundung des Nietdomendes bzw. die Abschrägung zur formschlüssigen Aufnahme durch die Sonotrode ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass nach Aufsetzen der Sonotrode aufgrund des großflächigen Kontaktes zwischen Sonotrode und Nietdom aufgrund dessen abgeschrägten Kanten in sehr schneller weise eine Abschmelzung des Nietdomes erfolgen kann. Selbiges gilt auch für die Schweißrippe, deren waagrechten Kanten ebenfalls vorzugsweise eine Abschrägung aufweisen. In dem Augenblick, wenn die Sonotrode mit der Schweißrippe in Berührung kommt, ist aufgrund der abgeschrägten Kanten eine großflächige Kontaktierung zwischen Sonotrode und Schweißrippe möglich. Dadurch erhöht sich auch hier der Anschmelzvorgang. Es sei ferner noch darauf hingewiesen, dass die Endung des Nietdoms im Falle einer Abrundung vorzugsweise so ausgestaltet ist, dass die Abrundung des Nietdoms eine gleiche oder stärkere Krümmung aufweist als die konkave Form der Sonotrode. Damit ist ein optimaler Flächenkontakt zwischen der Sonotrode und dem Nietdom-Ende gewährleistet.According to one embodiment of the invention, the rivet dome is pin-shaped or cuboidal. It is also possible that the rivet dome can be designed as a solid material or hollow material. According to one embodiment of the invention, the edges of the rivet dome have a chamfer. Alternatively, the end of the rivet dome is rounded off. In addition, the sonotrode preferably has a concave shape, wherein the rounding of the rivet dome end or the bevel for positive reception by the sonotrode is formed. This has the advantage that after placement of the sonotrode due to the large-area contact between the sonotrode and rivet dome due to the beveled edges can be done in a very quick way, a melting of the rivet dome. The same applies to the welding rib, the horizontal edges also preferably have a bevel. At the moment when the sonotrode comes into contact with the welding rib, a large-area contact between sonotrode and welding rib is possible due to the bevelled edges. This also increases the melting process. It should also be noted that the end of the rivet mandrel in the case of a rounding is preferably designed so that the rounding of the rivet dome has an equal or greater curvature than the concave shape of the sonotrode. This ensures optimum surface contact between the sonotrode and the rivet end.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung überdeckt die Sonotrode die Schweißrippe und den Nietdom. Damit erfolgt in gleichmäßiger Weise ein Abschmelzen von Schweißrippe und Nietdom, womit ein homogenes Verschweißen der beiden Bauteile möglich ist.According to one embodiment of the invention, the sonotrode covers the welding rib and the rivet dome. This is done in a uniform manner a melting of the welding rib and rivet, whereby a homogeneous welding of the two components is possible.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Nietdom durch die Sonotrode zeitlich vor der Schweißrippe angeschmolzen. Wenn außerdem, wie oben erwähnt, die Menge des Materials, welches aus dem angeschmolzenen Nietdom resultiert, gleich oder größer der Materialmenge ist, welche aus der angeschmolzenen Schweißrippe resultiert, so bildet das angeschmolzene Material des Nietdoms eine flüssige Masse, welche die Schweißrippe während dem Schweißvorgang überdeckt. Beim anschließenden Anschmelzen der Schweißrippe vermischen dadurch in homogener Weise das Schmelzmaterial des Nietdoms und das Schmelzmaterial der Schweißrippe, womit in optimaler Weise nach Abkühlung eine Verschweißung der beiden Bauteile gewährleistet ist.According to one embodiment of the invention, the rivet dome is melted by the sonotrode in time before the welding rib. In addition, as mentioned above, if the amount of material resulting from the fused rivet dome is equal to or greater than the amount of material resulting from the fused sealing rib, the fused dome of the rivet dome forms a liquid mass which seals the weld rib during the welding operation covered. During the subsequent melting of the welding rib thereby homogeneously mix the melting material of the rivet dome and the melting material of the welding rib, which is optimally ensured after cooling, a welding of the two components.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Nietdom und die Schweißrippe aus demselben Kunststoffmaterial ausgebildet.According to a preferred embodiment of the invention, the rivet dome and the welding rib are formed from the same plastic material.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem ersten und zweiten Bauteil um Spritzgussteile. Dabei handelt es sich beispielsweise bei dem ersten und zweiten Bauteil um Teile einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs. Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:According to one embodiment of the invention, the first and second components are injection-molded parts. For example, the first and second components are parts of an instrument panel of a motor vehicle. In addition, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1a und 1b: eine schematische Ansicht zweier mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Nietverschweißen zu verbindender Bauteile;1a and 1b: a schematic view of two components to be connected to the method according to the invention for rivet welding;
Fig. 2: eine weitere schematische Ansicht zweier mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Nietverschweißen zu verbindender Bauteile;FIG. 2 shows a further schematic view of two components to be connected with the method according to the invention for rivet welding; FIG.
Fig. 3: ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum3 shows a flow chart of the method according to the invention for
Nietverschweißen eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil.Rivet welding a first component with a second component.
Im Folgenden sind einander entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the following, corresponding elements are identified by the same reference numerals.
Die Figur 1a zeigt eine schematische Ansicht zweier zu verbindender Bauteile, nämlich dem Bauteil 100 und dem Bauteil 102. Das Bauteil 100 weist einen Nietdom 106 auf, und das zweite Bauteil 102 weist eine Öffnung 104 zur Aufnahme des Nietdoms 106 auf. Außerdem weist das zweite Bauteil 102 auf der dem ersten Bauteil 100 abgewandten Seite zwei Schweißrippen 108 auf, wobei die beiden Schweißrippen 108 an der Öffnung 104 des zweiten Bauteils 102 angeordnet sind.FIG. 1a shows a schematic view of two components to be connected, namely the component 100 and the component 102. The component 100 has a rivet dome 106, and the second component 102 has an opening 104 for receiving the rivet dome 106. In addition, the second component 102 has two welding ribs 108 on the side facing away from the first component 100, wherein the two welding ribs 108 are arranged on the opening 104 of the second component 102.
Ferner weist das erste Bauteil 100 ein Widerlager 118 auf, wobei das Widerlager 118 zur Auflage des zweiten Bauteils 102 vorgesehen ist.Furthermore, the first component 100 has an abutment 118, wherein the abutment 118 is provided for supporting the second component 102.
Beim erfindungsgemäßen Nietschweißvorgang wird nun das zweite Bauteil 102 auf das Widerlager 118 des ersten Bauteils 100 gepresst. Alternativ dazu, wenn ein sol- ches Widerlager 118 nicht vorhanden ist, werden das erste Bauteil 100 und das zweite Bauteil 102 getrennt voneinander gehaltert, sodass das zweite Bauteil 102 nicht auf das erste Bauteil 100 aufgepresst wird oder umgekehrt. Damit können auch zwei Bauteile, die nicht direkt miteinander zentriert oder positioniert sind, fest miteinander verbunden werden. Im nun entscheidenden Schritt wird eine Sonotrode 114 in die Richtung 110 von oben auf den Schweißdom 106 aufgepresst. Durch Relativbewegungen der Sonotrode 114 bezüglich des Schweißdoms 106 im Ultraschallbereich zum Beispiel in Richtung 112 fängt der Schweißdom 106 an zu schmelzen. Aufgrund dessen, dass wie in der Ausführungsform der Figur 1a gezeigt, die Sonotrode 114 sowohl die Schweißrippen 108 als auch den Nietdom räumlich überdeckt, wird nach Abschmelzen des Nietdoms 106 die Sonotrode 114 auch in Kontakt mit den Schweißrippen 108 kommen, welche daraufhin ebenfalls zu schmelzen beginnen. Dies hat zur FoI- ge, dass nun die Schmelze, welche vom Nietdom 106 resultiert, und die Schmelze, welche von den Schweißrippen 108 resultiert, ineinander verlaufen, wodurch sich nach Entfernen der Sonotrode 114 und Abkühlen der Schmelze eine homogene Masse in Form eines Nietkopfes bildet, welcher einstückig das erste Bauteil 100 und das zweite Bauteil 102 im Öffnungsbereich 104 auf der dem ersten Bauteil abge- wandten Seite des zweiten Bauteils miteinander verbindet.When Nietschweißvorgang invention now the second component 102 is pressed onto the abutment 118 of the first component 100. Alternatively, if such an abutment 118 is not present, the first component 100 and the second component 102 are held separately from each other, so that the second component 102 is not pressed onto the first component 100 or vice versa. Thus, two components that are not directly centered or positioned with each other, can be firmly connected. In the now decisive step, a sonotrode 114 is pressed in the direction 110 from above onto the welding dome 106. By relative movements of the sonotrode 114 with respect to the welding dome 106 in the ultrasonic range, for example in the direction 112, the welding dome 106 begins to melt. Due to the fact that, as shown in the embodiment of FIG. 1a, the sonotrode 114 spatially covers both the welding ribs 108 and the rivet dome, after the rivet mandrel 106 has melted, the sonotrode 114 will also come into contact with the welding ribs 108, which subsequently also melt kick off. The result of this is that now the melt resulting from the rivet dome 106 and the melt resulting from the welding ribs 108 run into one another, resulting in a homogeneous mass in the form of a rivet head after removal of the sonotrode 114 and cooling of the melt which integrally connects the first component 100 and the second component 102 in the opening region 104 on the side of the second component facing away from the first component.
Dies ist schematisch in der Figur 1b dargestellt, welche die miteinander zu verschweißenden Bauteile der Figur 1a nach dem Nietverschweißungsprozess zeigt. Deutlich sichtbar ist hierbei die pilzartige Verschmelzung des ursprünglich vorhan- denen Nietdoms 106 und der Schweißrippen 108, wodurch in den Bereichen 120, dem ehemaligen Bereich der Schweißrippen 108, eine einstückige Materialverbindung zwischen dem ersten Bauteil 100 und dem zweiten Bauteil 102 geschaffen wurde. Im Gegensatz dazu liegt im Bereich 118 lediglich ein loser Kontakt zwischen dem ersten Bauteil 100 und dem zweiten Bauteil 102 vor, da in diesem Bereich 118 lediglich das erste und zweite Bauteil aneinander gepresst werden.This is shown schematically in FIG. 1b, which shows the components of FIG. 1a to be welded together after the rivet welding process. Clearly visible here is the mushroom-like fusion of the originally existing rivet dome 106 and the welding ribs 108, whereby an integral material connection between the first component 100 and the second component 102 was created in the regions 120, the former region of the welding ribs 108. In contrast, there is only a loose contact between the first component 100 and the second component 102 in the region 118, since in this region 118 only the first and second components are pressed against one another.
Die Figur 2 zeigt eine weitere schematische Ansicht zweier zu verbindender Bauteile. Hierbei sind wieder beispielhaft die Schweißrippen 108 gezeigt, welche links und rechts jeweils den Nietdom 106 umgeben. Vorzugsweise umgeben jedoch die Schweißrippen 108 den Nietdom 106 vollständig, sodass nach einem Verschwei- ßungsvorgang in radialer Richtung zum Nietdom 106 eine vollständige Verschweißung des Nietdoms und der Schweißrippen vorliegt. Damit wird eine Gas- und Flüssigkeitsdichtigkeit erzielt, sodass die Öffnung 104 vollständig durch den sich bildenden Nietkopf verschlossen wird. Damit kann auf zusätzliche Dichtelemente verzieh- tet werden. Entscheidend in der Ausführungsform der Figur 2 ist nun, dass eine Abrundung bzw. Abschrägung der Kanten des Nietdomendes gegeben ist. Beispielhaft ist in der Figur 2 lediglich eine Abschrägung 200 des Nietdomendes gezeigt, jedoch sind vorzugsweise alle Kanten 202 und 206 der Schweißrippen 108 und alle Kan- ten 204 des Nietdoms 106 mit solchen Abschrägungen oder Abrundungen versehen. Dadurch ist gewährleistet, dass, wie bereits oben beschrieben, eine optimale Kontaktwirkung zwischen der Sonotrodenfläche, dem Nietdom und den Schweißrippen, gegeben ist.FIG. 2 shows a further schematic view of two components to be connected. Here, the welding ribs 108 are again shown by way of example, which surround the rivet dome 106 on the left and on the right. Preferably, however, the welding ribs 108 completely surround the rivet dome 106, so that after a welding process in the radial direction to the rivet dome 106 a complete welding of the rivet dome and the welding ribs is present. This gas and liquid tightness is achieved, so that the opening 104 is completely closed by the forming rivet head. This can be forgiven for additional sealing elements. be. Decisive in the embodiment of Figure 2 is now that a rounding or beveling of the edges of the Nietdomendes is given. By way of example only a bevel 200 of the rivet dome end is shown in FIG. 2, but preferably all edges 202 and 206 of the weld ribs 108 and all edges 204 of the rivet dome 106 are provided with such bevels or fillets. This ensures that, as already described above, there is an optimum contact action between the sonotrode surface, the rivet dome and the welding ribs.
Die Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Nietverschweißen eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil. In Schritt 300 erfolgt das Bereitstellen des ersten und zweiten Bauteils. Dabei weist das erste Bauteil einen Nietdom auf und das zweite Bauteil weist eine Öffnung zur Aufnahme des Nietdoms auf. Außerdem weist das zweite Bauteil auf der am ersten Bauteil abgewand- ten Seite zumindest eine Schweißrippe auf, wobei die Schweißrippe an der Öffnung des zweiten Bauteils angeordnet ist. Nun erfolgt in Schritt 302 das Einsetzen des Nietdoms des ersten Bauteils in die Öffnung des zweiten Bauteils, wobei der Nietdom von der der Schweißrippe abgewandten Seite des zweiten Bauteils aus eingesetzt wird. In Schritt 304 erfolgt das Aufbringen der Sonotrode auf den Nietdom, wodurch in Schritt 306 durch einen Ultraschallschweißvorgang eine Abschmelzung des Nietdoms resultiert. Da vorzugsweise der Nietdom die Schweißrippe in Erstre- ckungsrichtung des Nietdoms überragt, findet zuerst ein Anschmelzen des Nietdoms statt. Nachdem der Nietdom soweit abgeschmolzen ist, dass die Sonotrode nun auch die Schweißrippe berührt, findet ein weiteres Anschmelzen der Schweiß- rippe statt, was schließlich in einem gemeinsamen Verschweißen von Nietdom und Schweißrippe resultiert. Durch das verschweißte Material werden das erste und zweite Bauteil einstückig miteinander verbunden, wobei diese Verbindung die Form eines Nietkopfes aufweist. Bezugszeichen l isteFIG. 3 shows a flow chart of the method according to the invention for rivet welding a first component to a second component. In step 300, the first and second components are provided. In this case, the first component has a rivet dome and the second component has an opening for receiving the rivet dome. In addition, the second component has on the side facing away from the first component at least one welding rib, wherein the welding rib is arranged at the opening of the second component. Now, in step 302, the insertion of the rivet dome of the first component in the opening of the second component, wherein the rivet dome is used from the side facing away from the welding rib side of the second component from. In step 304, the sonotrode is applied to the rivet dome, thereby resulting in an ablation of the rivet mandrel in step 306 by an ultrasonic welding process. Since the rivet dome preferably projects beyond the welding rib in the direction of extension of the rivet dome, the rivet dome first melts. After the rivet dome has melted so far that the sonotrode now also touches the welding rib, a further melting of the welding rib takes place, which ultimately results in a joint welding of rivet dome and welding rib. By the welded material, the first and second components are integrally connected to each other, wherein this compound has the shape of a rivet head. Reference numeral l iste
100 erstes Bauteil100 first component
102 zweites Bauteil102 second component
104 Öffnung104 opening
106 Nietdom106 rivet dome
10 108 Schweißrippe10 108 Welding rib
110 Richtung110 direction
112 Richtung112 direction
114 Sonotrode114 sonotrode
116 konkave Form116 concave shape
15 118 Widerlager15 118 abutments
120 Verschmelzungsbereich120 merge area
200 Abschrägung200 bevel
202 Kante202 edge
20 204 Kante20 204 edge
206 Kante 206 edge

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zum Nietverschweißen eines ersten Bauteils (100) mit einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil (100) einen Nietdom (106) aufweist, das zweite Bauteil (102) eine Öffnung (104) zur Aufnahme des Niet- doms (106) aufweist, das zweite Bauteil (102) auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite zumindest eine Schweißrippe (108) aufweist, wobei die Schweißrippe (108) an der Öffnung (104) des zweiten Bauteils (102) angeordnet ist, wobei die waagerechten Kanten (202; 206) der Schweißrippe (108) eine Abschrägung (200) aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einsetzen des Nietdoms (106) des ersten Bauteils (100) in die Öffnung (104) des zweiten Bauteils (102), wobei der Nietdom (106) von der der Schweißrippe (108) abgewandten Seite des zweiten Bauteils (102) aus eingesetzt wird,1. A method for rivet-welding a first component (100) to a second component, wherein the first component (100) has a rivet dome (106), the second component (102) has an opening (104) for receiving the rivet dome (106) the second component (102) has at least one welding rib (108) on the side facing away from the first component, the welding rib (108) being arranged at the opening (104) of the second component (102), the horizontal edges (202 206) of the welding rib (108) include a chamfer (200), the method comprising the steps of: inserting the rivet dome (106) of the first component (100) into the opening (104) of the second component (102); Nietdom (106) from the the welding rib (108) facing away from the second component (102) is inserted,
Aufbringen einer Sonotrode (114) auf den Nietdom, wobei die So- notrode (114) die Schweißrippe (108) und den Nietdom (106) überdeckt, Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Nietdom (106) und der Schweißrippe (108) durch gemeinsames Verschweißen mittels der Sonotrode (114).Applying a sonotrode (114) to the rivet dome, wherein the sonotrode (114) covers the welding rib (108) and the rivet dome (106) forming a cohesive connection between the rivet dome (106) and the welding rib (108) by welding together by means of the sonotrode (114).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Nietdom (106) nach Einsetzen in die Öffnung (104) des zweiten Bauteils (102) die Schweißrippe (108) in Erstre- ckungsrichtung des Nietdoms (106) überragt.2. The method of claim 1, wherein the rivet dome (106) after insertion into the opening (104) of the second component (102) projects beyond the welding rib (108) in the extension direction of the rivet mandrel (106).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Bauteil (100) ein Widerlager (118) aufweist, wobei das Widerlager (118) zur Auflage des zweiten Bauteils (102) vorgesehen ist, wobei beim Nietverschweißen das erste und das zweite Bauteil (102) aufeinander aufgepresst werden. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the first component (100) has an abutment (118), wherein the abutment (118) for supporting the second component (102) is provided, wherein in the rivet welding, the first and the second component ( 102) are pressed against each other.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Schweißrippe (108) nach Einsetzen des Nietdoms (106) in die Öffnung (104) des zweiten Bauteils (102) den Nietdom (106) vollständig umgeben.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the welding rib (108) after insertion of the rivet dome (106) in the opening (104) of the second component (102) completely surround the rivet dome (106).
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Nietdom (106) stift- förmig oder quaderförmig ist.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the rivet dome (106) is pin-shaped or cuboidal.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die waagerechten Kan- ten (204) des Nietdoms-Endes eine Abschrägung (200) aufweisen.6. A method according to any one of the preceding claims, wherein the horizontal edges (204) of the rivet mandrel end have a chamfer (200).
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei das Ende des Nietdoms (106) abgerundet ist.7. The method of claim 1 to 5, wherein the end of the rivet mandrel (106) is rounded.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Sonotrode (114) eine konkave Form aufweist, wobei die Abrundung des Nietdom-Endes zur formschlüssigen Aufnahme durch die Sonotrode (114) ausgebildet ist.8. The method of claim 7, wherein the sonotrode (114) has a concave shape, wherein the rounding of the Nietdom-end for positive reception by the sonotrode (114) is formed.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Nietdom (106) durch die Sonotrode (1 14) zeitlich vor der Schweißrippe (108) angeschmolzen wird.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the rivet dome (106) by the sonotrode (1 14) is melted in time before the welding rib (108).
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, ferner mit dem Schritt des getrennten Haltens des ersten Bauteils (100) und des zweiten Bauteils (102), wobei das erste Bauteil (100) nicht auf das zweite Bauteil (102) aufgepresst wird.10. The method according to claim 1, further comprising the step of holding the first component (100) and the second component (102) separately, wherein the first component (100) is not pressed onto the second component (102).
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Berührung des ersten und zweiten Bauteils (102) im Bereich der Öffnung (104) nur zwischen dem Nietdom (106) und der Schweißrippe (108) erfolgt.11. The method of claim 10, wherein a contact of the first and second component (102) in the region of the opening (104) takes place only between the rivet dome (106) and the welding rib (108).
12. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die stoffschlüssige Verbindung zur einer flüssigkeits- und/oder gasdichtenden Verbindung im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Nietdom (106) und der Schweißrippe (108) ausgebildet ist.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the cohesive connection to a liquid and / or gas-tight connection in the region of the cohesive connection between the Nietdom (106) and the welding rib (108) is formed.
13. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Nietdom (106) und die Schweißrippe (108) aus demselben Kunststoffmaterial ausgebildet sind. 13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the rivet dome (106) and the welding rib (108) are formed of the same plastic material.
14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei es sich bei dem ersten (100) und zweiten (102) Bauteil um Spritzgussteile handelt.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein it is injection molded parts in the first (100) and second (102) component.
15. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei es sich bei dem ersten (100) und zweiten (102) Bauteil um Teile einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs handelt. 15. The method according to any one of the preceding claims, wherein it is the first (100) and second (102) component parts of an instrument panel of a motor vehicle.
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