WO2015091515A1 - Verfahren zum verbinden eines ersten bauteils mit einem zweiten bauteil - Google Patents

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WO2015091515A1
WO2015091515A1 PCT/EP2014/078005 EP2014078005W WO2015091515A1 WO 2015091515 A1 WO2015091515 A1 WO 2015091515A1 EP 2014078005 W EP2014078005 W EP 2014078005W WO 2015091515 A1 WO2015091515 A1 WO 2015091515A1
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inner punch
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heating
deformation region
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Andreas Dannheisig
Maximilian Platvoet
Ludger MÜHLENBROCK
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Johnson Controls Gmbh
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    • Y10T403/49—Member deformed in situ
    • Y10T403/4966—Deformation occurs simultaneously with assembly

Definitions

  • the present invention relates to a method for joining two components by means of plastic deformation.
  • coating problems may have to be reworked consuming and are therefore undesirable.
  • the object of the present invention is achieved by a method for connecting a first component to a second component, wherein the first component a
  • Process step is at least partially heated, wherein in a second
  • an inner punch is provided with an optical component for plastic deformation, wherein in a third method step, the first component in the
  • Deformation region for connecting the first component with the second component plastically is deformed and wherein light for heating the first component via the optical
  • Component is directed to the deformation region in the first and / or third process step.
  • it is advantageously possible to heat a first and / or a second partial area during the plastic deformation.
  • this has the advantage that heat losses due to cooling during the time between heating and deformation can advantageously be avoided.
  • the heating in the process according to the invention can be controlled or controlled during the plastic deformation. This allows the heating in an advantageous
  • the plastic deformation comprises a tensile pressure forming, in particular a buckling, a crimping and / or a crimping.
  • bulges are realized by the plastic deformation of the first component, which cooperate positively and / or non-positively along at least one direction.
  • the connection between the first and the second component is realized by the positive and / or non-positive cooperation.
  • the first component by a hollow body, preferably a hollow body with a
  • Symmetry axis is formed.
  • it is a tube, for example, a seat cushion tube for a vehicle seat.
  • the hollow body has an inner side facing the symmetry axis and an outer side facing away from the symmetry axis.
  • the inner punch can advantageously support non-deformable parts of the first component in the plastic deformation.
  • a wall of the inner punch defines an inner punch cavity, wherein the optical component can be arranged within the inner punch cavity.
  • a plurality of optical components in the inner punch cavity is arranged.
  • an inner punch can be realized in an advantageous manner, in which the optical components required for heating the first component are integrated.
  • the inner punch advantageous both as an aid for heating and as an aid to the plastic deformation.
  • the inner punch is arranged in the hollow body of the first component and in the first method step and / or in the third method step light is directed to the inside of the hollow body of the first component.
  • Symmetrieachse extending direction immediately adjacent to the deformation region, preferably adjacent, is arranged. Furthermore, it is conceivable that the
  • Inner stamp is arranged within the first component such that the optical components and a part of the deformation region are arranged in a direction perpendicular to the axis of symmetry plane.
  • the inner punch is removed in a fourth method step from the first component, is preferably pulled out of the hollow body without contact.
  • the deformation region is irradiated in a first subregion, wherein the light for heating the first subregion is guided through a first recess in a wall of the inner stamp.
  • the first recess can be determined in an advantageous manner, at which point the inside of the first component to be heated.
  • the wall has a second recess for the illumination of the second partial area, wherein the distance between the first partial area and the second area is defined by the distance between the first recess and the second recess
  • Subarea is set.
  • the optical component is arranged within the inner punch cavity such that the light is also at a
  • Rotation of the inner punch is guided by the first and / or second recess.
  • the inner punch is rotated or rotated during the first and / or the second method step.
  • the light for heating the first component is conducted via further optical components, preferably filters, lenses, beam expansion systems or the like.
  • as Light source is a laser, preferably a diode or semiconductor laser, used to provide the light for heating the first component.
  • the preferably directed light beam can be upgraded qualitatively.
  • the optical components and / or the further optical components have means for focusing, such as a lens, a parabolic mirror or a concave mirror.
  • it is a diffractive element for focusing.
  • the light is focused on the inside of the first component in order to increase the efficiency of heating with respect to the irradiation
  • the detector unit is a thermal detector, in particular a pyrometer.
  • information about the heat state is transmitted via the optical component and / or further optical components to the detector unit.
  • Heat state of at least a portion of the first component passed through a common system of optical components and other optical components to the detector unit.
  • an observation unit comprising the detector unit can be integrated in the method for connecting the first component to the second component as compactly as possible in a space-saving manner.
  • the number of additional optics necessary for monitoring the heat state is advantageously reduced. Additional optics may be, for example, another lens or axicon.
  • Another object of the present invention is an inner punch with an optical component, wherein the optical component is configured such that light to
  • Deformation of the first component is steerable. This advantageously allows the first component, in particular the deformation region, to be deformed during the deformation of the first component heat the first component.
  • Inner temple determines an inner punch cavity, wherein the optical component is disposed within the inner punch cavity, wherein the wall at least one
  • the optics necessary for the heating can be integrated into the inner punch in a particularly space-saving manner.
  • FIG. 1 shows a method for heating a first component in one
  • FIG. 2 shows a method for heating a first component in one
  • FIG. 1 shows a method for heating a first component 1 in one
  • the first component 1 is a hollow body having an axis of symmetry 15, in particular a tube, wherein the hollow body has an inner side 12 facing the axis of symmetry 15 and one of the
  • Deformation 5 is at least partially heated.
  • the first shape of Deformation 5 is at least partially heated.
  • Warmed deformation region 5 in a first portion and / or in a second portion. Furthermore, it is provided that in a second method step, the second Component 2 is disposed adjacent or adjacent to a third portion of the deformation region.
  • the third subarea is preferably arranged between the first and the second subarea. It is envisaged that in a third
  • Step of the first and / or the second portion is plastically deformed.
  • Bumps 3 are preferably formed by the plastic deformation, wherein the second component 2 cooperates positively and / or non-positively with the bulges 3 and thereby the first component 1 is connected to the second component 2.
  • Subarea is preferably used light, in particular infrared light.
  • a method is known from the prior art, in which light is directed via a cone mirror 35 to the outside of the first component for heating the first portion.
  • a beam path 25 in FIG. 1 shows the path that the light takes from a light source 40 to the first component 1. In this case, the first component 1 within a recess of the
  • Conical mirror 39 is arranged, in particular along a cone mirror axis of symmetry.
  • the use of the conical mirror 35 requires space in the vicinity of the first component 1. In machines for plastic deformation of the first component 1 of this space is usually not given, whereby the heating of the first and / or second portion is spatially outsourced and thus also in time before the plastic
  • FIG. 2 shows a method for heating a first component 1 in one
  • Deformation region 5 shown in accordance with a first exemplary embodiment of the present invention.
  • an inner punch 20 with an optical component 21 is provided in the second method step.
  • the inner punch 20 is provided for that a Vietnamesezuformender partial area, such as the third portion, is supported on the inner punch 20 during plastic deformation in the third step.
  • an inner punch cavity is defined by a wall 22 of the inner punch 20.
  • the wall 22 comprises a recess 39 and within the inner punch cavity, an optical component 21 is arranged.
  • Inner punch cavity is coupled and is directed via the optical component 21 through the recess 39 in the wall 22 on the inner side 12 of the first component 1.
  • a thus illuminated area is heated in an advantageous manner.
  • the first and the third method step are performed simultaneously become.
  • the heating can be controlled as accurately as possible and adapted as individually as possible to the plastic deformation.
  • the optical components 21 include mirror elements disposed and aligned within the inner punch cavity.
  • the inner punch 20 comprises a plurality of recesses 39 in the wall 22 and by the distance between the individual recesses 39, the distance between the first and the second portion is fixed.
  • the distance between two recesses is variable.
  • the distance between the recesses is varied by means of a diaphragm system.
  • an inner punch 20 can be realized, which can be used for different connections with differently thick second components 2.
  • the optical component 21 can be arranged within the inner punch cavity such that the light is directed onto the first component 1 through the recess 39 in the wall 22 independently of a rotation of the inner punch 20 about the symmetry axis 15.
  • the inner punch 20 is rotated or rotated about the symmetry axis 15 in the first method step. This advantageously illuminates a first subarea, along which the recess moves during rotation or rotation.
  • a control system 30 is provided from further optical components, wherein the heating of the first component. 1
  • the optical component 21 and / or the further optical component comprises means for focusing 31 the light, such as concave mirrors or lenses.
  • the light can be focused in an advantageous manner on the first and / or second partial area.
  • the heating of the first component 1 is made more efficient than without focusing.
  • Light source 40 is used.
  • the light source 40 is a laser, in particular a diode laser.
  • the control system 30 further comprises, for example
  • Beam expansion system, a collimator 33 and / or an axicon 32 wherein the distance and the positioning of the individual components is adjustable in order to realize the most efficient illumination of the first and / or the second portion.
  • the control system 30 is adapted individually to the particular inner punch 20 used.
  • the guidance system 30 is at least partially also used for the observation of the first subregion and / or of the second subregion. By observing the first partial area and / or the second partial area during the first and / or the third method step, the heating of the first component 1 can be corrected or controlled as quickly as possible in an advantageous manner. As a result, energy can be saved in the production process in an advantageous manner.
  • a detector unit 38 is used to observe the first and / or the second portion.
  • the detector unit 38 is a thermal detector, in particular a pyrometer. It is conceivable that the image used to observe the first and / or the second sub-area is coupled out of the guidance system 30 with the aid of beam splitters 34 and directed to the detector unit 38.
  • the first component 1, in particular in the deformation region at least partially comprises metal.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil vor, wobei das erste Bauteil einen Verformungsbereich aufweist, wobei der Verformungsbereich in einem ersten Verfahrensschritt zumindest teilweise erwärmt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein Innenstempel mit einem optischen Bauteil zur plastischen Verformung bereitgestellt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt das erste Bauteil im Verformungsbereich zum Verbinden des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil plastisch verformt wird und wobei Licht zum Erwärmen des ersten Bauteils über das optische Bauelement des Innenstempels im ersten und/oder dritten Verfahrensschritt auf den Verformungsbereich gelenkt wird.

Description

BESCHREIBUNG
Titel VERFAHREN ZUM VERBINDEN EINES ERSTEN BAUTEILS MIT EINEM ZWEITEN
BAUTEIL
Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen mittels plastischer Verformung.
Im Automobilbau werden Bauteile heutzutage immer öfter durch plastische Umformung, vorzugsweise durch Zugdruckumformung, wie beispielweise Knickbauchen, Crimpen oder Bördeln, miteinander verbunden. Gegenüber anderen Fügeverfahren, wie dem Schweißen, hat das Verbinden durch plastische Umformung beispielsweise den Vorteil einer geringeren Taktzeit im Herstellungsprozess und der Vermeidung von durch Zunderbildung
hervorgerufenen Beschichtungsproblemen. Insbesondere Beschichtungsprobleme müssen unter Umständen aufwendig nachbearbeitet werden und sind daher unerwünscht. Die für die plastische Umformung erforderlichen dünnwandigen Bauteile, vorzugsweise Rohre, erfordern ihrerseits Hilfsmittel bzw. Verfahren für das plastische Verformen, um die Qualität der durch plastische Umformung hergestellten Verbindung zwischen den Bauteilen weiter zu verbessern. Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. ein Hilfsmittel zur Verfügung zu stellen, durch das das Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil durch plastische Verformung weiter verbessert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil einen
Verformungsbereich aufweist, wobei der Verformungsbereich in einem ersten
Verfahrensschritt zumindest teilweise erwärmt wird, wobei in einem zweiten
Verfahrensschritt ein Innenstempel mit einem optischen Bauteil zur plastischen Verformung bereitgestellt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt das erste Bauteil im
Verformungsbereich zum Verbinden des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil plastisch verformt wird und wobei Licht zum Erwärmen des ersten Bauteils über das optische
Bauelement auf den Verformungsbereich im ersten und/oder dritten Verfahrensschritt gelenkt wird. Hierbei ist es in vorteilhafter Weise möglich, während der plastischen Verformung einen ersten und/oder einen zweiten Teilbereich zu erwärmen. Gegenüber dem Stand der Technik hat das den Vorteil, dass Wärmeverluste durch ein Abkühlen während der Zeit zwischen Erwärmung und Verformung in vorteilhafter Weise vermieden werden können. Weiterhin lässt sich die Erwärmung im erfindungsgemäßen Verfahren während der plastischen Umformung steuern bzw. kontrollieren. Dadurch lässt sich das Erwärmen in vorteilhafter
Weise möglichst effizient an die plastische Verformung anpassen. Vorzugsweise umfasst die plastische Umformung eine Zugdruckumformung, insbesondere ein Knickbauchen, ein Crimpen und/oder ein Bördeln. Vorzugsweise werden durch die plastische Verformung des ersten Bauteils Ausbuchtungen realisiert, die form- und/oder kraftschlüssig entlang mindestens einer Richtung zusammenwirken. Insbesondere wird durch das form- und/oder kraftschlüssige Zusammenwirken die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil realisiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Bauteil durch einen Hohlkörper, vorzugsweise einen Hohlkörper mit einer
Symmetrieachse, gebildet wird. Insbesondere handelt es sich um ein Rohr, beispielsweise um ein Sitzkissenrohr für einen Fahrzeugsitz. Weiterhin weist der Hohlkörper eine der Symmetrieachse zugewandte Innenseite und eine der Symmetrieachse abgewandte Außenseite auf. Am Innenstempel können sich in vorteilhafter Weise nichtumzuformende Teile des ersten Bauteils bei der plastischen Verformung abstützen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass eine Wandung des Innenstempels einen Innenstempel-Hohlraum festlegt, wobei das optische Bauteil innerhalb des Innenstempel-Hohlraums anordbar ist.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl an optischen Bauteilen im Innenstempel-Hohlraum angeordnet. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein Innenstempel realisieren, in dem die für die Erwärmung des ersten Bauteils erforderlichen optischen Bauteile integriert sind. Damit dient der Innenstempel vorteilig sowohl als Hilfsmittel für das Erwärmen als auch als Hilfsmittel für die plastische Verformung. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt der Innenstempel im Hohlkörper des ersten Bauteils angeordnet wird und im ersten Verfahrensschritt und/oder im dritten Verfahrensschritt Licht auf die Innenseite des Hohlkörpers des ersten Bauteils gelenkt wird. Insbesondere ist es
vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Innenstempels entlang einer senkrecht zur
Symmetrieachse verlaufenden Richtung unmittelbar benachbart zum Verformungsbereich, vorzugsweise angrenzend, angeordnet ist. Weiterhin ist es vorstellbar, dass der
Innenstempel derart innerhalb des ersten Bauteils angeordnet wird, dass die optischen Bauteile und ein Teil des Verformungsbereichs in einer senkrecht zur Symmetrieachse verlaufenden Ebene angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Innenstempel in einem vierten Verfahrensschritt vom ersten Bauteil entfernt wird, vorzugsweise aus dem Hohlkörper kontaktfrei herausgezogen wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Verformungsbereich in einem ersten Teilbereich bestrahlt wird, wobei das Licht zur Erwärmung des ersten Teilbereichs durch eine erste Aussparung in einer Wandung des Innenstempels geführt wird. Durch die Positionierung der ersten Aussparung lässt sich in vorteilhafter Weise bestimmen, an welcher Stelle die Innenseite des ersten Bauteils erwärmt werden soll. Weiterhin ist es denkbar, dass die Wandung eine zweite Aussparung für die Beleuchtung des zweiten Teilbereichs aufweist, wobei durch den Abstand zwischen der ersten Aussparung und der zweiten Aussparung der Abstand zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten
Teilbereich festgelegt wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das optische Bauteil derart innerhalb des Innenstempel-Hohlraums angeordnet ist, dass das Licht auch bei einer
Verdrehung des Innenstempels durch die erste und/oder zweite Aussparung gelenkt wird. Insbesondere ist es vorstellbar, dass der Innenstempel während des ersten und/oder des zweiten Verfahrensschritts verdreht bzw. rotiert wird. Als Resultat wird der
Verformungsbereich auf der Innenseite des ersten Bauteils an den Stellen beleuchtet, an denen die erste und/oder die zweite Aussparung beim Verdrehen entlang fährt. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise die Aussparung derart zu dimensionieren, dass der Innenstempel dem ersten Bauteil genügend Fläche zum Abstützen zur Verfügung stellt, insbesondere im Verformungsbereich. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Licht zum Erwärmen des ersten Bauteils über weitere optische Bauteile, vorzugsweise Filter, Linsen, Strahlaufweitungssysteme oder Ähnliches geleitet wird. Vorzugsweise wird als Lichtquelle ein Laser, vorzugsweise ein Dioden- bzw. Halbleiterlaser, verwendet, um das Licht für das Erwärmen des ersten Bauteils bereitzustellen. Durch ein Leitsystem bestehend aus weiteren optischen Bauteilen lässt sich der vorzugsweise gerichtete Lichtstrahl qualitativ aufwerten. Dies erleichtert unter anderem in vorteilhafter Weise das Fokussieren des Lichts auf den ersten und/oder den zweiten Teilbereich. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die optischen Bauteile und/oder die weiteren optischen Bauteile Mittel zur Fokussierung aufweisen, wie beispielsweise eine Linse, einen Parabolspiegel oder einen Hohlspiegel. Vorzugsweise handelt es sich um ein diffraktives Element für die Fokussierung.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Licht auf die Innenseite des ersten Bauteils fokussiert wird, um die Effizienz des Erwärmens gegenüber der Bestrahlung mit
nichtfokussiertem Licht vorteilig zu steigern.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Wärmezustand des ersten Bauteils mittels einer Detektoreinheit im ersten Verfahrensschritt, im zweiten
Verfahrensschritt und/oder im dritten Verfahrensschritt überwacht wird. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise rechtzeitig ein potenzielles Problem beim Herstellen der Verbindung erkennen und diesem entgegenwirken. Vorzugsweise handelt es sich bei der Detektoreinheit um einen thermischen Detektor, insbesondere um ein Pyrometer. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass zur Überwachung der Innenseite des ersten Bauteils eine Information über den Wärmezustand über das optische Bauteil und/oder weitere optische Bauteile zur Detektoreinheit geleitet wird. Vorzugsweise werden das Licht zum Erwärmen und die Information über den
Wärmezustand von zumindest einem Teil des ersten Bauteils über ein gemeinsames System aus optischen Bauteilen und weiteren optischen Bauteilen zur Detektoreinheit geleitet.
Dadurch lässt sich eine die Detektoreinheit umfassende Beobachtungseinheit möglichst platzsparend in das Verfahren zum Verbinden des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil integrieren. Insbesondere wird die Anzahl der für die Überwachung des Wärmezustandes notwendigen zusätzlichen Optiken in vorteilhafter Weise reduziert. Zusätzliche Optiken können beispielsweise eine weitere Linse oder ein weiteres Axikon sein.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Innenstempel mit einem optischen Bauteil, wobei das optische Bauteil derart konfiguriert ist, dass Licht zum
Erwärmen eines Teils des ersten Bauteils über das optische Bauteil auf einen
Verformungsbereich des ersten Bauteils lenkbar ist. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise das erste Bauteil, insbesondere der Verformungsbereich, während der Verformung des ersten Bauteils erwärmen.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine Wandung des
Innenstempels einen Innenstempel-Hohlraum festlegt, wobei das optische Bauteil innerhalb des Innenstempel-Hohlraums angeordnet ist, wobei die Wandung mindestens eine
Aussparung aufweist. Dadurch lassen sich in besonders platzsparender Weise die für das Erwärmen notwendigen Optiken in den Innenstempel integrieren.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen
Erfindungsgedanken nicht einschränken. Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt ein Verfahren zum Erwärmen eines ersten Bauteils in einem
Verformungsbereich gemäß dem Stand der Technik. Figur 2 zeigt ein Verfahren zum Erwärmen eines ersten Bauteils in einem
Verformungsbereich gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In Figur 1 ist ein Verfahren zum Erwärmen eines ersten Bauteils 1 in einem
Verformungsbereich 5 dargestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Bauteil 1 um einen Hohlkörper mit einer Symmetrieachse 15, insbesondere um ein Rohr, wobei der Hohlkörper eine der Symmetrieachse 15 zugewandte Innenseite 12 und eine der
Symmetrieachse abgewandte Außenseite 1 1 aufweist. Typischerweise ist es dabei vorgesehen, dass das erste Bauteil 1 in einem ersten Verfahrensschritt in einem
Verformungsbereich 5 zumindest teilweise erwärmt wird. Vorzugsweise wird der
Verformungsbereich 5 in einem ersten Teilbereich und/oder in einem zweiten Teilbereich erwärmt. Weiterhin ist es vorgesehen, dass in einem zweiten Verfahrensschritt das zweite Bauteil 2 an einem dritten Teilbereich des Verformungsbereichs angrenzend bzw. anliegend angeordnet wird. Vorzugsweise ist der dritte Teilbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich angeordnet. Dabei ist es vorgesehen, dass in einem dritten
Verfahrensschritt der erste und/oder der zweite Teilbereich plastisch verformt wird.
Vorzugsweise entstehen durch die plastische Verformung Ausbuchtungen 3, wobei das zweite Bauteil 2 form- und/oder kraftschlüssig mit den Ausbuchtungen 3 zusammenwirkt und dadurch das erste Bauteil 1 mit dem zweiten Bauteil 2 verbunden wird. Zur gezielten
(räumlich) punktuellen Erwärmung des ersten Teilbereichs und/oder des zweiten
Teilbereichs wird vorzugsweise Licht verwendet, insbesondere Infrarot-Licht. Aus dem Stand der Technik ist dabei ein Verfahren bekannt, bei dem Licht über einen Kegelspiegel 35 auf die Außenseite des ersten Bauteils zur Erwärmung des ersten Teilbereichs gelenkt wird. Ein Strahlengang 25 zeigt in Figur 1 den Weg, den das Licht von einer Lichtquelle 40 zum ersten Bauteil 1 nimmt. Dabei wird das erste Bauteil 1 innerhalb einer Aussparung des
Kegelspiegels 39 angeordnet, insbesondere entlang einer Kegelspiegelsymmetrieachse. In der Regel erfordert die Verwendung des Kegelspiegels 35 Bauraum in der Umgebung des ersten Bauteils 1 . In Maschinen zur plastischen Umformung des ersten Bauteils 1 ist dieser Bauraum in der Regel nicht gegeben, wodurch das Erwärmen des ersten und/oder zweiten Teilbereichs räumlich ausgelagert wird und damit auch zeitlich vor der plastischen
Verformung erfolgen muss. Durch den zeitlichen Versatz zwischen Erwärmen und plastischer Verformung kommt es in nachteiliger Weise bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren daher zu Wärmeverlusten, da das erste Bauteil 1 zwischen Erwärmung im ersten Verfahrensschritt und plastischer Verformung im dritten Verfahrensschritt abkühlt.
In Figur 2 ist ein Verfahren zum Erwärmen eines ersten Bauteils 1 in einem
Verformungsbereich 5 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es ist hierbei vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt ein Innenstempel 20 mit einem optischen Bauteil 21 zur Verfügung gestellt wird. Vorzugsweise ist der Innenstempel 20 dafür vorgesehen, dass ein nichtumzuformender Teilbereich, wie beispielsweise der dritte Teilbereich, beim plastischen Verformen im dritten Verfahrensschritt am Innenstempel 20 abgestützt wird. Weiterhin ist es vorgesehen, dass durch eine Wandung 22 des Innenstempels 20 ein Innenstempel-Hohlraum festgelegt wird. Vorzugsweise umfasst die Wandung 22 eine Aussparung 39 und innerhalb des Innenstempel-Hohlraums ist ein optisches Bauteil 21 angeordnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass Licht in den
Innenstempel-Hohlraum eingekoppelt wird und über das optische Bauteil 21 durch die Aussparung 39 in der Wandung 22 auf die Innenseite 12 des ersten Bauteils 1 gelenkt wird. Ein auf solche Weise beleuchteter Bereich wird in vorteilhafter Weise erwärmt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der erste und der dritte Verfahrensschritt zeitgleich durchgeführt werden. Dadurch können in vorteilhafter Weise Wärmeverluste durch ein potenzielles Abkühlen des ersten Bauteils 1 vermieden werden. Darüber hinaus lässt sich das Erwärmen möglichst genau steuern und möglichst individuell an die plastische Verformung anpassen. Vorzugsweise umfassen die optischen Bauteile 21 Spiegelelemente, die innerhalb des Innenstempel-Hohlraums angeordnet und ausgerichtet sind. Vorzugsweise umfasst der Innenstempel 20 eine Mehrzahl von Aussparungen 39 in der Wandung 22 und durch den Abstand zwischen den einzelnen Aussparungen 39 wird der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich festgelegt. Weiterhin ist es vorstellbar, dass der Abstand zwischen zwei Aussparungen variierbar ist. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen den Aussparungen mit Hilfe eines Blendensystems variiert. Dadurch lässt sich ein Innenstempel 20 realisieren, der für verschiedene Verbindungen mit unterschiedlich dicken zweiten Bauteilen 2 nutzbar ist. Es ist auch denkbar, dass das optische Bauteil 21 derart innerhalb des Innenstempel-Hohlraums angeordnet ist, dass unabhängig von einer Verdrehung des Innenstempels 20 um die Symmetrieachse 15 das Licht durch die Aussparung 39 in der Wandung 22 auf das erste Bauteil 1 gelenkt wird. Vorzugsweise wird der Innenstempel 20 im ersten Verfahrensschritt um die Symmetrieachse 15 gedreht bzw. rotiert. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein erster Teilbereich beleuchten, an dem die Aussparung während der Drehung bzw. der Rotation entlangfährt. Weiterhin ist ein Leitsystem 30 aus weiteren optischen Bauteilen vorgesehen, wobei das zur Erwärmung des ersten Bauteils 1
vorgesehene Licht über das Leitsystem 30 auf das optische Bauteil 21 im Innenstempel- Hohlraum gelenkt wird. Vorzugsweise umfasst das optische Bauteil 21 und/oder das weitere optische Bauteil Mittel zur Fokussierung 31 des Lichts, wie beispielsweise Hohlspiegel oder Linsen. Dadurch lässt sich das Licht in vorteilhafter Weise auf den ersten und/oder zweiten Teilbereich fokussieren. Als Folge wird das Erwärmen des ersten Bauteils 1 effizienter gestaltet als ohne Fokussierung. Insbesondere ist es vorgesehen, dass Licht aus der
Lichtquelle 40 genutzt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Lichtquelle 40 um einen Laser, insbesondere um einen Diodenlaser. Zur Strahlaufwertung des zum Erwärmen vorgesehenen Lichts umfasst das Leitsystem 30 beispielsweise weiterhin ein
Strahlaufweitungssystem, einen Kollimator 33 und/oder ein Axikon 32, wobei der Abstand und die Positionierung der einzelnen Bauteile verstellbar ist, um eine möglichst effiziente Beleuchtung des ersten und/oder des zweiten Teilbereichs zu realisieren. Dabei ist es vorstellbar, dass das Leitsystem 30 individuell an den jeweils verwendeten Innenstempel 20 angepasst wird. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Leitsystem 30 zumindest teilweise auch zur Beobachtung des ersten Teilbereichs und/oder des zweiten Teilbereichs genutzt wird. Durch die Beobachtung des ersten Teilbereichs und/oder des zweiten Teilbereichs während des ersten und/oder des dritten Verfahrensschritts lässt sich in vorteilhafter Weise das Erwärmen des ersten Bauteils 1 möglichst zeitnah nachkorrigieren bzw. steuern. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise Energie im Herstellungsverfahren sparen. Zudem können potenzielle Probleme beim Herstellungsverfahren der Verbindung rechtzeitig erkannt werden, wobei es dank einer solchen Früherkennung möglich ist, rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen, die dem Problem entgegenwirken. Vorzugsweise wird zur Beobachtung des ersten und/oder des zweiten Teilbereichs eine Detektoreinheit 38 verwendet. Insbesondere handelt es sich bei der Detektoreinheit 38 um einen thermischen Detektor, insbesondere um ein Pyrometer. Dabei ist es vorstellbar, dass das zur Beobachtung des ersten und/oder des zweiten Teilbereichs herangezogene Bild mit Hilfe von Strahlteilern 34 aus dem Leitsystem 30 herausgekoppelt und auf die Detektoreinheit 38 gelenkt wird. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das erste Bauteil 1 , insbesondere im Verformungsbereich, zumindest teilweise Metall aufweist.
Bezugszeichenliste
1 erstes Bauteil
2 zweites Bauteil
3 Ausbuchtung
5 Verformungsbereich
1 1 Au ßenseite
12 Innenseite
15 Symmetrieachse
20 Innenstempel
21 optisches Bauteil
22 Wandung des Innenstempels
23 Aussparung
25 Strahlengang
30 Leitsystem
31 Mittel zur Fokussierung
32 Axikon
33 Kollimator
34 Strahlteiler
35 Kegelspiegel
36 weitere Linse
37 weiteres Axikon
38 Detektoreinheit
39 Aussparung des Kegelspiegels
40 Lichtquelle

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils (1 ) mit einem zweiten Bauteil (2), wobei das erste Bauteil (1 ) einen Verformungsbereich (5) aufweist, wobei der Verformungsbereich (5) in einem ersten Verfahrensschritt zumindest teilweise erwärmt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein Innenstempel (20) mit einem optischen Bauteil (21 ) zur plastischen Verformung bereitgestellt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt das erste Bauteil (1 ) im Verformungsbereich (5) zum Verbinden des ersten Bauteils (1 ) mit dem zweiten Bauteil (2) plastisch verformt wird und wobei Licht zum Erwärmen des ersten Bauteils (1 ) über das optische
Bauelement (21 ) des Innenstempels (20) im ersten und/oder dritten Verfahrensschritt auf den Verformungsbereich (5) gelenkt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Bauteil (1 ) durch einen Hohlkörper, vorzugsweise mit einer Symmetrieachse (15), gebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei
~ im zweitem Verfahrensschritt der Innenstempel (20) im Hohlkörper des ersten Bauteils (1 ) angeordnet wird und
~ im ersten Verfahrensschritt und/oder im dritten Verfahrensschritt Licht auf eine Innenseite des Hohlkörpers des ersten Bauteils (1 ) gelenkt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenstempel (20) in einem vierten Verfahrensschritt vom ersten Bauteil (1 ) entfernt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Verformungsbereich (5) in einem ersten Teilbereich bestrahlt wird, wobei das Licht zur Erwärmung des ersten Teilbereichs durch eine erste Aussparung (23) in einer Wandung des Innenstempels (22) geführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Licht zum Erwärmen des ersten Bauteils (1 ) über weitere optische Bauteile (21 ), vorzugsweise Filter, Linsen, Strahlaufweitungssysteme oder Ähnliches geleitet wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmezustand des ersten Bauteils (1 ) mittels einer Detektoreinheit (38) im ersten Verfahrensschritt, im zweiten Verfahrensschritt und/oder im dritten Verfahrensschritt überwacht wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei zur Überwachung der Innenseite (12) des
ersten Bauteils (1 ) eine Information über den Wärmezustand über das optische Bauteil (21 ) und/oder weitere optische Bauteile zur Detektoreinheit (38) geleitet wird.
9. Innenstempel (20) mit einem optischen Bauteil (21 ), wobei das optischen Bauteil (21 ) derart konfiguriert ist, dass Licht zum partiellen Erwärmen eines ersten Bauteils (1 ) über das optische Bauteil (21 ) auf einen Verformungsbereich (5) des ersten Bauteils (1 ) lenkbar ist.
10. Innenstempel (20) gemäß Anspruch 9, wobei eine Wandung des Innenstempels (22) einen Innenstempel-Hohlraum festlegt, wobei das optische Bauteil (21 ) innerhalb des Innenstempel-Hohlraums angeordnet ist, wobei die Wandung des Innenstempels (22) mindestens eine Aussparung aufweist.
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