WO2018019467A1 - Verfahren zum unlösbaren einbringen von fügehilfselementen in ein bauteil, bauteil mit fügehilfselementen und bauteilverbund - Google Patents

Verfahren zum unlösbaren einbringen von fügehilfselementen in ein bauteil, bauteil mit fügehilfselementen und bauteilverbund Download PDF

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WO2018019467A1
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component
joining auxiliary
joining
auxiliary element
press stroke
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Martin Becker
Bernhard Glück
Christian HASLAUER
Peter Hirsch
Robert Kirschner
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B17/00—Connecting constructional elements or machine parts by a part of or on one member entering a hole in the other and involving plastic deformation

Definitions

  • the invention relates to a method for permanently inserting at least one joining auxiliary element into at least one component and to a component having at least one non-detachable joining auxiliary element and a component composite.
  • Non-ferrous material such as e.g. Aluminum or a fiber reinforced
  • Plastic with a second component, which is formed from a ferrous material, in particular a steel material. Direct welding or soldering of these components is often not possible. Nevertheless, to to enable resistance spot welding, it is known
  • the joining auxiliary elements are made of a material that is compatible with the
  • Material of the other component is welded.
  • the two components to be joined are positioned to each other and a joint, e.g. a welded joint is formed on the joining auxiliary elements.
  • each Joining auxiliary element is set individually, to which each setting point must be approached separately.
  • a tool is known from the document DE 10 2013 010 443 A1, with which several resistance welding elements can be punched into a workpiece at the same time without pre-holes.
  • the tool has a first and a second tool part, as well as several arranged in the first and in the second tool part setting heads. Due to the closing movement of the tool, the workpiece can be fixed in a defined position and in the course of the closing movement by the setting heads of both
  • Tool pages the resistance elements pressed into the workpiece.
  • Self-piercing or self-piercing joining auxiliary elements are known for pre-hole-free setting, the shank end of which is designed as a cutting edge or tip, such as, for example, known from the document DE 10 2004 025 4902 A1.
  • the disadvantage of these joining auxiliary elements is the elaborate
  • the object of the invention is to provide a method for introducing
  • the invention also extends to a manufactured according to the invention component with Joining and in the independent claim 11 to a composite component, wherein in at least one of the joined components with the
  • At least one joining auxiliary element is pressed in is.
  • Joining auxiliary elements in at least one joint of at least one component comprises the steps:
  • the press performs a linear closing movement of the tool with each press stroke.
  • different component processing can take place.
  • punching the component for example, a tool is used with e.g. one
  • Punching tools e.g. mechanically actuated punching cutters.
  • the at least one joint designates the location on the component (s) at which a joining auxiliary element is to be introduced.
  • Joining auxiliary element can be pressed into only one component.
  • several components e.g. two, three or more components are partially or completely overlapping, provided with one or more common pre-holes.
  • Joining auxiliary element introduced, which protrudes through the several components.
  • the pressing of the joining auxiliary element leads in this case to a substance, positive and / or non-positive connection between the plurality
  • a joint such as e.g. a
  • Resistance spot welding to be made with at least one other component.
  • the at least one component more than one joint, then preferably a pre-hole is formed at each of these joints.
  • the insertion of the joining auxiliary element can preferably take place automatically via corresponding feed devices provided in the tool.
  • feed devices are well known from conventional riveting pliers in which e.g. the supply of individual rivet elements by means of compressed air via supply lines.
  • Vorloch can also be manually, e.g. done by a worker.
  • the insertion of the joining auxiliary elements can be carried out in a separate second press stroke, which takes place after the first press stroke in which the pre-holes are formed and before the press stroke in which the joining auxiliary elements are pressed with the component.
  • the insertion of the joining auxiliary elements takes place before or during the same press stroke in which the joining auxiliary elements are pressed.
  • a tool may be used in the press, e.g. with corresponding riveting stamps
  • Joining elements but with only rigid tool components in the upper part and lower part (punch and die), which correspond to the shape of the component, if necessary, pressed. Similar to the formation of the pilot holes, the component with inserted Joining auxiliary elements, for example, between a Tool upper part and lower part are fixed.
  • connection is formed.
  • the permanently inserted into the component (s) or joining auxiliary elements can only be solved by damaging or deforming the component and / or the joining auxiliary elements.
  • the at least one component has a multiplicity of joints on which joining auxiliary elements are to be introduced. It can e.g. be provided two or three or more than three joints. Then, a plurality of pre-holes in the at least one component is formed, wherein at each joint a pre-hole is produced and in each pre-hole ever a Fügeangeselement is used. All joining sub-elements used in the pre-holes are pressed in a common press stroke with the at least one component.
  • Joining auxiliary elements can be shared or with two
  • the reaction of the component between the tools can be carried out in known manner e.g. carried out by robot-guided gripping device.
  • Joining auxiliary elements are integrated into existing, press-bound work steps during the production of the component.
  • a further component processing can be made, such as a reshaping or cutting machining of the component.
  • This can be the Tool be designed accordingly, eg with a drawing punch or drawing die, a cutting device or similar.
  • the pre-hole is preferably formed as a through hole with a hole wall, which is limited to the component surface in each case by a hole edge.
  • both hole edges are each provided with a chamfer. The chamfer removes any burrs that may be present. Furthermore, the chamfer simplifies the pressing in the
  • Joining auxiliary element in the manner of a Senkniets can form in the pre-hole and forms a bilateral undercut with the component.
  • Retrigger production can e.g. the punching or cutting tool, with which the pre-hole is formed, also be provided with corresponding, acting as an embossing punch sections and / or it can be provided separately operable dies in the press-bound tool, e.g. Slide.
  • Vorlochs allow the use of joining auxiliary elements with simple geometries, yet a high strength of the connection can be achieved.
  • Joining auxiliary element designed as a metal slug, which is understood by a headless and stockless metal part. Due to the simple geometry, such a metal slug can be produced very inexpensively, for example by punching out of a metal sheet or cutting off a wire.
  • the metal slug may in particular have a cylindrical, spherical, conical or frusto-conical shape.
  • the joining auxiliary element is in particular formed from a material which, with regard to the second component, with which the component provided with the joining auxiliary element is to be joined, has sufficient weldability or solderability.
  • the Joining auxiliary element is preferably made of a steel or
  • all the joining auxiliary elements to be introduced into the component or components can be introduced and pressed together.
  • the method according to the invention can be used in particular to produce a component with at least one permanently inserted joining auxiliary element.
  • the component preferably has more than one joining auxiliary element, and all joining auxiliary elements are introduced by the method according to the invention.
  • the joining auxiliary elements may have different dimensions or shapes, but are preferably all pressed together with the component in a common press stroke.
  • the component in which the joining or the auxiliary members are introduced may be made of a sheet material, such. hot-formed steels,
  • Aluminum or magnesium sheet or a sheet-like
  • Be formed fiber composite plastic e.g. as a carbon fiber reinforced (CFRP), glass fiber reinforced (GRP) or aramid fiber reinforced component.
  • CFRP carbon fiber reinforced
  • GRP glass fiber reinforced
  • aramid fiber reinforced component e.g. a carbon fiber reinforced (CFRP), glass fiber reinforced (GRP) or aramid fiber reinforced component.
  • the component may in particular be a sheet-metal shaped part, it also being possible to use cast components or profile parts which are designed to be sheet-like at the one or more joints.
  • the component may be a body component or body component, preferably for a car body.
  • the component produced by the method according to the invention can be further processed by known methods, for example to form a component composite with at least one second component, wherein the or the joining member pressed with the first component is welded, soldered and / or welded to the second component. or glued.
  • a component composite can be produced by the method according to the invention, in which the joint connection between the components is already produced by the pressing in of the joining auxiliary elements.
  • Such a component composite has at least one first and second component which are connected to one another by at least one joining auxiliary element.
  • the at least one joining auxiliary element protrudes through both components and connects them in the manner of a riveted joint.
  • the invention advantageously makes it possible to integrate the permanent insertion of the joining auxiliary elements into the component in an existing component manufacturing process, e.g. in the press shop, without the additional expense of an additional equipment or device such as e.g.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating the
  • Figure 2A is a plan view of a pre-punched component on a press-bound tool base
  • Figures 2B to 2D are sectional views of the component of Figure 2A
  • Figure 3 is a side view of an exemplary
  • FIG. 1 shows a flow chart for illustrating the
  • step A the at least one component is pre-punched by means of a press-bound tool. This step takes place in a first press stroke.
  • step B the at least one component is pre-punched by means of a press-bound tool. This step takes place in a first press stroke.
  • step C the joining auxiliary elements are permanently pressed against the at least one component and the at least one component can be supplied to a further processing in step D, which may be, for example, a resistance spot welding to connect the at least one component to the joining auxiliary elements with a further component cohesively.
  • step D preferably, pilot holes are formed for all joining auxiliary elements which are provided in the at least one component. The pre-holes are formed at the places where later
  • the at least one component is inserted into a press-bound tool, which comprises corresponding punching or cutting tools.
  • the punching or cutting tools are realized in a known manner and can be provided in the upper tool part and / or in the lower tool part.
  • FIG. 2A shows, by way of example, a perspective view of a component 10 in the form of a strike plate extension on a tool lower part 20, in which
  • the pilot holes 12A to 12E have a substantially circular cross section and extend through the component 10. At each of the two hole edges, a bevel 14 and 16 is impressed into the component 10, see FIG. 2B, in which a sectional view of the component 10 through the pre-hole 12A is shown.
  • cutting tools can act as stamping dies
  • Embossing stamp be provided in the press-bound tool.
  • the auxiliary holes 30 are supplied to the pre-holes.
  • the joining auxiliary elements are preferably metal slugs with a cylindrical shape with a smaller diameter than the inner diameter of the pilot hole, s.
  • Figure 2C A special
  • Fixing the metal slugs is not mandatory, as they are sufficiently positioned by the pre-hole and, for. rest on the lower tool.
  • the joining auxiliary elements 30 are then pressed by means of a press-bound tool with the component 10, for which the tool has, for example, corresponding riveting punches and counter holders or dies.
  • Joining auxiliary elements 30 dimensioned so that this completely fills the pre-hole after pressing and at least flush with a component surface, see the sectional view in Figure 2D, which shows a sectional view of a pressed together with the component 10 Joining auxiliary member 30A.
  • the exemplary joining auxiliary element 30 shown in FIG. 2C merely protrudes upward beyond the component 10. It is understood that the joining auxiliary element can also protrude only downwards or both upwards and downwards over the component.
  • the joining auxiliary element 30A preferably forms a double-sided undercut 32A and 32B during the pressing, whereby a positive connection between the joining auxiliary element 30 and the component 10 is formed in addition to a non-positive connection.
  • the feeding of the joining auxiliary elements 30 can be automated.
  • the riveting tool can be formed in a known manner
  • Feeders and supply lines have, with which the
  • Joining auxiliary elements can be spent on the pre-holes.
  • FIG. 3 shows a side view of an exemplary component composite for covering a longitudinal member of a motor vehicle, which comprises
  • Striker extension 10 from Figure 2A and a strike plate 40 Striker extension 10 from Figure 2A and a strike plate 40.
  • the strike plate 40 is a sheet steel molding
  • the strike plate extension 10 is formed of an aluminum sheet.
  • Joining members 30A to 30E were replaced by conventional ones
  • a maximum of three press strokes are required by the method in order to provide all the necessary joining auxiliary elements with the at least one To compress component.
  • the introduction of five identical pre-holes and five identical joining sub-elements 30 is shown by way of example. This number can, of course, be varied from just one hole or one joining auxiliary element to a plurality, eg several tens.
  • individual or all pre-holes or joining auxiliary elements can be dimensioned and / or shaped as well as the orientation of the hole axes of the further pre-holes or Joining auxiliary elements may be different.
  • joining auxiliary elements are shown in only one component. It is understood that the method can also be used to introduce joining auxiliary elements into two or more partially or completely overlapping components, wherein the components are fixed to one another and to each other by the or the pressed joining auxiliary elements in the manner of a riveted connection.
  • the plurality of components are preferably arranged one above the other and provided with one or more pre-holes in a common press stroke.
  • the press-bound tool can also be used as
  • Beads or depressions in the component can be formed.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unlösbaren Einbringen eines Fügehilfselements in mindestens eine Fügestelle zumindest eines Bauteils, mit den Schritten: a) Lochen des zumindest einen Bauteils (10) an der mindestens einen Fügestelle in einem ersten Pressenhub einer Werkzeug presse, wobei an der mindestens einen Fügestelle ein Vorloch (12A, 12B, 12C, 12D, 12E) ausgebildet wird, b) Einsetzen eines Fügehilfselements (30) in das mindestens eine Vorloch (12A), und c) Verpressen des mindestens einen Fügehilfselements (30) mit dem zumindest einen Bauteil (10) in einem nachfolgenden Pressenhub oder Arbeitsschritt zur Ausbildung einer Stoff-, form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem zumindest einen Bauteil (10) und dem mindestens einen Fügehilfselements (30) sowie ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil und einen Bauteilverbund.

Description

Beschreibung
Verfahren zum unlösbaren Einbringen von Fügehilfselementen in ein Bauteil, Bauteil mit Fügehilfselementen und Bauteilverbund
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unlösbaren Einbringen mindestens eines Fügehilfselements in mindestens ein Bauteil sowie ein Bauteil mit mindestens einem unlösbaren Fügehilfselement und einen Bauteilverbund.
Im Rahmen des Leichtbaus ist es insbesondere im Fahrzeugbau immer häufiger notwendig, Bauteile aus unterschiedlichen, zum Teil artfremden, Werkstoffen miteinander zu verbinden, wie z.B. ein Bauteil aus einem
Nichteisenwerkstoff, wie z.B. Aluminium oder einem faserverstärkten
Kunststoff, mit einem zweiten Bauteil, welches aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere einem Stahlwerkstoff gebildet ist. Ein direktes Verschweißen oder Verlöten dieser Bauteile ist häufig nicht möglich. Um dennoch z.B. ein Widerstandspunktschweißen zu ermöglichen, ist es bekannt,
Fügehilfselemente zu verwenden. Die Fügehilfselemente werden
beispielsweise in ähnlicher Art und Weise eines Nietvorgangs in das eine der zu fügenden Bauteile eingepresst bzw. eingestanzt oder eingelegt. Die Fügehilfselemente sind aus einem Werkstoff ausgebildet, der mit dem
Werkstoff des anderen Bauteils verschweißbar ist. Die beiden zu fügenden Bauteile werden zueinander positioniert und es wird eine Fügeverbindung, z.B. eine Schweißverbindung an dem Fügehilfselemente ausgebildet.
Das Setzen der Fügehilfselemente bzw. Widerstandsschweißelemente in der Serienproduktion erfolgt üblicherweise durch einen robotergeführten
Setzkopf in der Art einer Nietzange mit Setzstempel und korrespondierender Matrize, der jeweils ein Fügehilfselement in das Bauteil einpresst bzw.
einstanzt, ggf. unter vorheriger Ausbildung eines Vorlochs. Jedes Fügehilfselement wird einzeln gesetzt, wozu jeder Setzpunkt separat angefahren werden muss.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 10 2013 010 443 A1 ein Werkzeug bekannt, mit dem mehrere Widerstandsschweißelemente zeitgleich vorlochfrei in ein Werkstück einstanzbar sind. Hierzu weist das Werkzeug ein erstes und zweites Werkzeugteil auf, sowie mehrere im ersten als auch im zweiten Werkzeugteil angeordnete Setzköpfe. Durch die Schließbewegung des Werkzeugs ist das Werkstück in definierter Lage fixierbar und im Verlauf der Schließbewegung werden durch die Setzköpfe von beiden
Werkzeugseiten die Widerstandselemente in das Werkstück eingepresst.
Für das vorlochfreie Setzen sind selbststanzende oder selbstlochende Fügehilfselemente bekannt, deren Schaftende als Schneide oder Spitze ausgebildet ist, wie z.B. aus der Druckschrift DE 10 2004 025 4902 A1 bekannt. Nachteilig ist an diesen Fügehilfselementen die aufwendige
Geometrie zur Erzielung einer guten Verbindungsfestigkeit, wodurch die Elemente teuer in der Herstellung sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einbringen von
Fügehilfselementen in zumindest ein Bauteil anzugeben, welches zumindest einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder in vermindertem Umfang hat.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Patentanspruch 1. In den nebengeordneten Patentanspruch 10 erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil mit Fügehilfselement und in dem nebengeordneten Patentanspruch 11 auf einen Bauteilverbund, bei welchem in mindestens eines der gefügten Bauteile mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren mindestens ein Fügehilfselement eingepresst ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum unlösbaren Einbringen eines
Fügehilfselements in mindestens eine Fügestelle zumindest eines Bauteils umfasst die Schritte:
a) Lochen des zumindest einen Bauteils an der mindestens einen Fügestelle in einem ersten Pressenhub einer Presse, wobei an der mindestens einen Fügestelle ein Vorloch ausgebildet wird,
b) Einsetzen eines Fügehilfselements in das mindestens eine Vorloch und c) Verpressen des mindestens einen Fügehilfselements mit dem zumindest einen Bauteil in einem nachfolgenden Pressenhub oder Arbeitsschritt, wobei eine stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem zumindest einen Bauteil und dem Fügehilfselement ausgebildet wird.
Die Presse führt mit jedem Pressenhub eine lineare Schließbewegung des Werkzeugs aus. Je nach Art des in der Presse befindlichen Werkzeugs können unterschiedliche Bauteilbearbeitungen erfolgen. Zum Lochen des Bauteils wird beispielsweise ein Werkzeug verwendet mit z.B. einem
Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil, zwischen denen das Bauteil positionierbar einspannbar ist, und das weiterhin entsprechende
Stanzwerkzeuge, z.B. mechanisch betätigbare Stanzschneiden, aufweist.
Die mindestens eine Fügestelle bezeichnet die Stelle auf dem bzw. den Bauteilen, an der ein Fügehilfselement eingebracht werden soll. Das
Fügehilfselement kann in nur ein Bauteil eingepresst werden. Alternativ können auch mehrere Bauteile, z.B. zwei, drei oder mehr Bauteile teilweise oder vollständig überlappend, mit einem oder mehreren gemeinsamenen Vorlöchern versehen werden. In das gemeinsame Vorloch wird ein
Fügehilfselement eingebracht, das durch die mehreren Bauteile hindurchragt. Das Verpressen des Fügehilfselements führt in diesem Fall zu eine stoff-, form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen den mehreren
Bauteilen und dem Fügehilfselement ähnlich einer Nietverbindung.
Zu einem späteren Zeitpunkt kann an der mit dem Fügehilfselement versehenen Fügestelle z.B. eine Fügeverbindung, wie z.B. eine
Widerstandspunktschweißung, mit mindestens einem weiteren Bauteil hergestellt werden. Üblicherweise weist das zumindest eine Bauteil mehr als eine Fügestelle auf, dann wird vorzugsweise an jeder dieser Fügestellen je ein Vorloch ausgebildet.
Das Einsetzen des Fügehilfselements kann vorzugsweise automatisiert über entsprechende, im Werkzeug vorgesehene Zuführvorrichtungen erfolgen. Solche Zuführvorrichtungen sind hinreichend von herkömmlichen Nietzangen bekannt, bei der z.B. die Zuführung einzelner Nietelemente mittels Druckluft über Zuleitungen erfolgt. Das Einsetzen des Fügehilfselements in das
Vorloch kann ebenso händisch z.B. durch einen Werker erfolgen.
Das Einsetzen der Fügehilfselemente kann in einem separaten zweiten Pressenhub ausgeführt werde, der nach dem ersten Pressenhub, in dem die Vorlöcher ausgebildet werden, und vor dem Pressenhub erfolgt, in dem die Fügehilfselemente mit dem Bauteil verpresst werden. Vorzugsweise erfolgt das Einsetzen der Fügehilfselemente jedoch vor dem oder in demselben Pressenhub, in dem die Fügehilfselemente verpresst werden.
Zum Verpressen der Fügehilfselemente kann in der Presse ein Werkzeug verwendet werden, das z.B. über entsprechende Nietstempel mit
korrespondierenden Gegenhaltern verfügt. Vorzugsweise werden die
Fügehilfselemente jedoch mit lediglich starren Werkzeugbauteilen im Oberteil und Unterteil (Stempel und Matrize), die bei Bedarf der Form des Bauteils entsprechen, eingepresst. Ähnlich dem Ausbilden der Vorlöcher kann das Bauteil mit eingesetzten Fügehilfselementen z.B. zwischen einem Werkzeugoberteil und -unterteil fixiert werden. Während der
Schließbewegung des Werkzeugs bewirken die Stempel im
Zusammenwirken mit der auf der gegenüberliegenden Bauteilseite angeordneten Gegenseite eine Stauchung und Verformung der
Fügehilfeelemente, wodurch eine zumindest kraft- .form- oder
stoffschlüssige, vorzugsweise kraft- und formschlüssige, unlösbare
Verbindung ausgebildet wird. Die unlösbar in das bzw. die Bauteil(e) eingebrachten Fügehilfselemente lassen sich nur unter Beschädigung bzw. Verformung des Bauteils und/oder der Fügehilfselemente lösen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das zumindest eine Bauteil eine Vielzahl von Fügestellen auf, an denen Fügehilfselemente eingebracht werden sollen. Es können z.B. zwei oder drei oder mehr als drei Fügestellen vorgesehen sein. Dann wird eine Vielzahl von Vorlöchern in dem zumindest einen Bauteil ausgebildet, wobei an jeder Fügestelle ein Vorloch erzeugt wird und in jedes Vorloch je ein Fügehilfselement eingesetzt wird. Sämtliche in die Vorlöcher eingesetzten Fügehilfselemente werden in einem gemeinsamen Pressenhub mit dem zumindest einen Bauteil verpresst.
Die Arbeitsschritte Lochen des Bauteils und Verpressen der
Fügehilfselemente können mit einem gemeinsamen oder mit zwei
verschiedenen, pressengebundenen Werkzeugen durchgeführt werden. Das Umsetzen des Bauteils zwischen den Werkzeugen kann in bekannter Weise z.B. mittels robotergeführter Greifvorrichtung erfolgen.
Vorteilhafter Weise kann das Verfahren zum Einpressen der
Fügehilfselemente in bestehende, pressengebundene Arbeitsschritte bei der Herstellung des Bauteils integriert werden. So kann in jedem Pressenhub, in dem einer der voranstehend beschriebenen Arbeitsschritte erfolgt, zusätzlich eine weitere Bauteilbearbeitung vorgenommen werden, wie z.B. eine umformende oder schneidende Bearbeitung des Bauteils. Hierzu kann das Werkzeug entsprechend ausgebildet sein, z.B. mit einem Ziehstempel oder Ziehmatrize, einer Schneidvorrichtung o.ä.
Das Vorloch wird vorzugsweise als Durchgangsloch ausgebildet mit einer Lochwandung, die zur Bauteiloberfläche jeweils durch einen Lochrand begrenzt ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind beide Lochränder jeweils mit einer Fase versehen. Durch die Fase wird eventuell vorhandener Grat entfernt. Weiterhin vereinfacht die Fase beim Einpressen die
Ausrichtung des Fügehilfselements und begünstigt das Ausbilden eines Formschlusses, indem sich in einer bevorzugten Ausgestaltung das
Fügehilfselement in der Art eines Senkniets in dem Vorloch ausformen kann und einen beidseitigen Hinterschnitt mit dem Bauteil ausbildet. Zur
Prägeranderzeugung kann z.B. das Stanz- bzw. Schneidwerkzeug, mit dem das Vorloch gebildet wird, zudem mit entsprechenden, als Prägestempel wirkenden Abschnitten versehen sein und/oder es können separat betätigbare Prägestempel im pressengebundenen Werkzeug vorgesehen sein, z.B. Schieber.
Die derartige Ausgestaltung des Vorlochs ermöglicht die Verwendung von Fügehilfselementen mit einfachen Geometrien, wobei dennoch eine hohe Festigkeit der Verbindung erzielbar ist. Vorzugsweise ist das
Fügehilfselement als Metallbutzen ausgebildet, wobei hierunter ein köpf- und schaftloses Metallteil verstanden wird. Aufgrund der einfachen Geometrie kann ein solcher Metallbutzen sehr kostengünstig hergestellt werden, z.B. durch Ausstanzen aus einem Blech oder Abschneiden eines Drahtes. Der Metallbutzen kann insbesondere eine zylinderförmige, kugel-, kegel- oder kegelstumpfförmige Form aufweisen. Das Fügehilfselement ist insbesondere aus einem Werkstoff ausgebildet, der bezüglich des zweiten Bauteils, mit dem das mit dem Fügehilfselement versehene Bauteil gefügt werden soll, eine ausreichende Schweiß- bzw. Löteignung aufweist. Das Fügehilfselement ist vorzugsweise aus einem Stahl- oder
Aluminiumwerkstück geformt.
Vorteilhafterweise können mit dem Verfahren sämtliche in das oder die Bauteil(e) einzubringenden Fügehilfselemente gemeinsam eingebracht und eingepresst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere verwendet werden, um ein Bauteil mit mindestens einem unlösbar eingebrachten Fügehilfselement herzustellen. Bevorzugt weist das Bauteil mehr als ein Fügehilfselement auf, und alle Fügehilfselemente werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingebracht. Die Fügehilfselemente können unterschiedliche Maße oder Formen haben, werden aber vorzugsweise alle in einem gemeinsamen Pressenhub mit dem Bauteil verpresst.
Das Bauteil, in welches das oder die Fügehilfselemente eingebracht werden, kann aus einem Blechmaterial, wie z.B. warmumgeformten Stählen,
Aluminium- oder Magnesiumblech, oder einem blechähnlichen
Faserverbundkunststoff gebildet sein, z.B. als kohlenstofffaserverstärktes (CFK), glasfaserverstärktes (GFK) oder aramidfaserverstärktes Bauteil. Bei dem Bauteil kann es sich insbesondere um ein Blechformteil handeln, wobei auch Gußbauteile oder Profilteile verwendet werden können, die an der oder den Fügestellen blechähnlich ausgebildet sind. Insbesondere kann es sich bei dem Bauteil um ein Karosseriebauteil oder Karosserieanbauteil, vorzugsweise für eine PKW-Karosserie, handeln.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteil, auch als erstes Bauteil bezeichnet, kann mit bekannten Verfahren weiterverarbeitet werden, z.B. zu einem Bauteilverbund mit mindestens einem zweiten Bauteil, wobei das oder die mit dem ersten Bauteil verpressten Fügehilfselemente mit dem zweiten Bauteil verschweißt, verlötet und/oder verklebt werden. Alternativ kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Bauteilverbund hergestellt werden, bei dem der Fügeverbindung zwischen den Bauteilen bereits durch das Einpressen der Fügehilfselemente hergestellt wird. Ein solcher Bauteilverbund weist mindestens ein erstes und zweites Bauteil auf, welche durch mindestens ein Fügehilfselement miteinander verbunden sind. Das mindestens eine Fügehilfselement ragt dabei durch beide Bauteile hindurch und verbindet diese in der Art einer Nietverbindung.
Die Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, dass das unlösbare Einbringen der Fügehilfselemente in das Bauteil in einen bestehenden Bauteilherstellungsprozess integriert werden kann, z.B. im Presswerk, ohne den Mehraufwand einer zusätzlichen Anlage oder Vorrichtung wie z.B.
einerNietzangenlösung. Auch ist es denkbar, die für das Verfahren benötigte Anlagentechnologie sowohl für Stahl/Stahl als auch für
Mischbauverbindungen in der gleichen Linie zu verwenden. Gerade in der Kombination mit der voranstehend beschriebenen speziellen Gestaltung des Vorlochs und den Freiheiten bei der Gestaltung des Fügehilfselemente ergeben sich unerwartete Möglichkeiten, die Verbindungsfestigkeit zu steigern bei gleichzeitiger Kostenreduzierung und Taktzeitreduzierung.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden
Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Darin zeigen: Figuren 1 ein Fließdiagramm zur Veranschaulichung des
Verfahrens
Figur 2A eine Draufsicht auf ein vorgelochtes Bauteil auf einem pressengebundenen Werkzeugunterteil
Figuren 2B bis 2D Schnittansichten des Bauteils aus Figur 2A zu
verschiedenen Zeitpunkten des Verfahrens
Figur 3 eine Seitenansicht einer beispielhaften
Bauteilverbindung
Figur 1 zeigt ein Fließdiagramm zur Veranschaulichung des
erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem ein oder mehrere Fügehilfsemente unlösbar in zumindest ein Bauteil eingebracht werden.
In einem ersten Verfahrensschritt A wird das zumindest eine Bauteil mittels eines pressengebundenen Werkzeugs vorgelocht. Dieser Schritt erfolgt in einem ersten Pressenhub. Im daran anschließenden zweiten
Verfahrensschritt B wird jeweils ein Fügehilfselement in jedes Vorloch eingelegt. In einem weiteren Verfahrensschritt C werden die
Fügehilfselemente mit dem zumindest einen Bauteil verpresst. Das
Verpressen der Fügehilfselemente erfolgt ebenfalls mittels eines
pressengebundenen Werkzeugs in einem weiteren Arbeitsschritt oder Pressenhub, der dem ersten Pressenhub nachfolgt. Das Einlegen der Fügehilfselemente kann in einem separaten Arbeitsschritt erfolgen oder in demselben Pressenhub, in dem die Fügehilfselemente verpresst werden, dargestellt in Figur 1 durch die strichlierte Umrandung U. Nach Schritt C sind die Fügehilfselemente unlösbar mit dem zumindest einen Bauteil verpresst und das zumindest eine Bauteil kann in Schritt D einer weiteren Bearbeitung zugeführt werden, welche z.B. eine Widerstandspunktschweißung sein kann, um das zumindest eine Bauteil an den Fügehilfselementen mit einem weiteren Bauteil stoffschlüssig zu verbinden. In Schritt A werden vorzugsweise Vorlöcher für sämtliche Fügehilfselemente ausgebildet, die in dem zumindest einen Bauteil vorgesehen sind. Die Vorlöcher werden an den Stellen ausgebildet, an denen später eine
Fügeverbindung zu einem weiteren Bauteil hergestellt werden soll. Zum Vorlochen wird das zumindest eine Bauteil in ein pressengebundenes Werkzeug eingelegt, das entsprechende Stanz- oder Schneidwerkzeuge umfasst. Die Stanz- bzw. Schneidwerkzeuge sind in bekannter Art und Weise realisiert und können im Werkzeugoberteil und/oder im Werkzeugunterteil vorgesehen sein. Durch die Schließbewegung der Presse werden
Werkzeugober- und unterteil aufeinander zugeführt und die Löcher mittels der Stanz- bzw. Schneidwerkzeuge gestanzt bzw. geschnitten. Figur 2A zeigt beispielhaft eine perspektivische Darstellung eines Bauteils 10 in Form einer Schließblechverlängerung auf einem Werkzeugunterteil 20, mit in dem
Bauteil 10 ausgestanzten Vorlöchern 12A bis 12E. Die Vorlöcher 12A bis 12E haben einen im Wesentlichen runden Querschnitt und reichen durch das Bauteil 10 hindurch. An beiden Lochrändern ist jeweils eine Fase 14 und 16 in das Bauteil 10 eingeprägt, siehe Figur 2B, in der eine Schnittansicht des Bauteils 10 durch das Vorloch 12A gezeigt ist. Die Stanz- bzw.
Schneidwerkzeuge können hierzu mit als Prägestempel wirkenden
Abschnitten versehen sein oder es können separat zu betätigende
Prägestempel im pressengebundenen Werkzeug vorgesehen sein.
In dem nachfolgenden, zweiten Verfahrensschritt B werden den Vorlöchern Fügehilfselemente 30 zugeführt. Die Fügehilfselemente sind vorzugsweise Metallbutzen mit zylinderförmiger Form mit einem geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Vorlochs, s. Figur 2C. Eine besondere
Fixierung der Metallbutzen ist nicht zwingend erforderlich, da diese durch das Vorloch ausreichend positioniert werden und z.B. auf dem Unterwerkzeug aufliegen.
In dem dritten Verfahrensschritt C werden die Fügehilfselemente 30 dann mittels eines pressengebundenen Werkzeugs mit dem Bauteil 10 verpresst, wozu das Werkzeug z.B. entsprechende Nietstempel und Gegenhalter bzw. Matrizen aufweist. Vorzugsweise sind Durchmesser und Höhe des
Fügehilfselements 30 so bemessen, dass dieses nach der Verpressung das Vorloch vollständig auffüllt und zumindest mit einer Bauteiloberfläche bündig abschließt, siehe die Schnittansicht in Figur 2D, welche eine Schnittansicht eines mit dem Bauteil 10 verpressten Fügehilfselements 30A zeigt. Das in Figur 2C gezeigte beispielhafte Fügehilfselement 30 ragt lediglich nach oben über das Bauteil 10 hinaus. Es versteht sich, dass das Fügehilfselement ebenso nur nach unten oder sowohl nach oben als auch nach unten über das Bauteil hinausragen kann. Vorzugsweise bildet das Fügehilfselement 30A während des Verpressens einen beidseitigen Hinterschnitt 32A und 32B aus, wodurch neben einer kraftschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Fügehilfselement 30 und Bauteil 10 ausgebildet wird.
Die Zuführung der Fügehilfselemente 30 kann automatisiert erfolgen. Hierzu kann das Nietwerkzeug über in bekannter Weise ausgebildete
Zuführvorrichtungen und Zuführleitungen verfügen, mit denen die
Fügehilfselemente zu den Vorlöchern verbracht werden können.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Bauteilverbunds zur Abdeckung eines Längsträgers eines Kraftfahrzeugs umfassen die
Schließblechverlängerung 10 aus Figur 2A und ein Schließblech 40. Das Schließblech 40 ist ein Stahlblechformteil, die Schließblechverlängerung 10 ist aus einem Aluminiumblech geformt. Mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren wurden fünf Fügehilfselemente 30A bis 30E in Form von
Stahlbutzen mit der Schließblechverlängerung 10 verpresst. Die
Fügehilfselemente 30A bis 30E wurden durch herkömmliches
Widerstandspunktschweißen mit dem Schließblech 40 verschweißt.
Erfindungsgemäß werden mit dem Verfahren maximal drei Pressenhübe benötigt, um alle erforderlichen Fügehilfselemente mit dem zumindest einen Bauteil zu verpressen. In den Figuren ist beispielhaft das Einbringen von fünf identischen Vorlöchern und fünf identischen Fügehilfselementen 30 gezeigt. Diese Zahl kann selbstverständlich variiert werden von nur einem Loch bzw. einem Fügehilfselement bis hin zu einer Vielzahl, z.B. mehreren 10. Ebenso könnnen einzelne oder alle Vorlöcher bzw. Fügehilfselemente in ihren Maßen und/oder Formen sowie der Orientierung der Lochachsen von den weiteren Vorlöchern bzw. Fügehilfselementen verschieden sein.
In den Figuren ist das Einbringen von Fügehilfselementen in nur ein Bauteil dargestellt. Es versteht sich, dass das Verfahren ebenso verwendet werden kann, um Fügehilfselemente in zwei oder mehr, sich teilweise oder vollständig überlappende Bauteile einzubringen, wobei die Bauteil durch das oder die verpressten Fügehilfselemente in der Art einer Nietverbindung aneinander und zueinander fixiert werden. In diesem Fall werden die mehreren Bauteile vorzugsweise übereinander angeordnet und in einem gemeinsamen Pressenhub mit einem oder mehreren Vorlöchem versehen.
Das pressengebundene Werkzeug kann zusätzlich auch als
Umformwerkzeug und/oder Schneidwerkzeug ausgebildet sein, so dass z. B zeitgleich mit dem Ausbilden der Vorlöcher weitere Merkmale, wie z.B.
Sicken oder Vertiefungen im Bauteil, ausgebildet werden können.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht
beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Bezugszeichenliste
A, B, C, D Verfahrensschritte
U Pressenhub
10 Bauteil
12A bis 12E Vorloch
14, 16 Fase
20 Werkzeugunterteil
30, 30A bis 30E Fügehilfselement 32A, 32B Hinterschnitt 40 Schließblech

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum unlösbaren Einbringen eines Fügehilfselements in mindestens eine Fügestelle zumindest eines Bauteils, mit den Schritten: a) Lochen des zumindest einen Bauteils (10) an der mindestens einen Fügestelle in einem ersten Pressenhub einer Werkzeugpresse, wobei an der mindestens einen Fügestelle ein Vorloch (12A, 12B, 12C, 12D, 12E) ausgebildet wird,
b) Einsetzen eines Fügehilfselements (30) in das mindestens eine Vorloch (12A) und
c) Verpressen des mindestens einen Fügehilfselements (30) mit dem zumindest einen Bauteil (10) in einem nachfolgenden Pressenhub oder Arbeitsschritt zur Ausbildung einer Stoff-, form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem zumindest einen Bauteil (10) und dem mindestens einen Fügehilfselement (30).
2. Verfahren nach Patentanspruch 1,
bei dem Schritt b) in einem zweiten Pressenhub ausgeführt wird, der zwischen dem ersten Pressenhub von Schritt a) und dem nachfolgenden Pressenhub oder Arbeitsschritt von Schritt c) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1.....
bei dem Schritt b) und Schritt c) in einem gemeinsamen Pressenhub ausgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem
in Schritt a) eine Vielzahl von Vorlöchern (12A, 12B, 12C, 12D, 12E) ausgebildet werden,
in Schritt b) je ein Fügehilfselement (30A, 30B, 30C, 30D, 30E) in jedes Vorloch (12A, 12B, 12C, 12D, 12E) eingesetzt wird und in Schritt c) sämtliche in die Vorlöcher (12A, 12B, 12C, 12D, 12E)
eingesetzten Fügehilfeelemente (30A, 30B, 30C, 30D, 30E) mit dem zumindest einen Bauteil (10) verpresst werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem in dem ersten Pressenhub, dem zweiten Pressenhub und/oder dem nachfolgenden Pressenhub zusätzlich eine weitere Bauteilbearbeitung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem das mindestens eine Vorloch (12A, 12B, 12C, 12D, 12E) an beiden Lochrändern mit einer Fase (14, 16) versehen ist und das Fügehilfselement (30) als Metallbutzen ausgebildet ist.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, bei dem
das verpresste Fügehilfselement (30A) durch einen beidseitigen Hinterschnitt (32A, 32B) formschlüssig mit dem zumindest einen Bauteil (10) verbunden ist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das Fügehilfselement (30) ein Stahlbutzen ist und das zumindest eine Bauteil (10) aus einem Leichtbauwerkstoff ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das zumindest eine Bauteil ein Karosseriebauteil oder
Karosserieanbauteil ist.
10. Bauteil mit mindestens einem eingepressten Fügehilfselement hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 9. 11 Bauteilverbund mit mindestens einem ersten und zweiten Bauteil, bei dem in mindestens eines der gefügten Bauteile mindestens ein
Fügehilfselement eingepresst ist mit dem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 9.
PCT/EP2017/064472 2016-07-25 2017-06-14 Verfahren zum unlösbaren einbringen von fügehilfselementen in ein bauteil, bauteil mit fügehilfselementen und bauteilverbund WO2018019467A1 (de)

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