WO2020015921A1 - Method for producing a vehicle component comprising a joining element - Google Patents

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WO2020015921A1
WO2020015921A1 PCT/EP2019/064787 EP2019064787W WO2020015921A1 WO 2020015921 A1 WO2020015921 A1 WO 2020015921A1 EP 2019064787 W EP2019064787 W EP 2019064787W WO 2020015921 A1 WO2020015921 A1 WO 2020015921A1
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WO
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component
joining
joining element
irradiated
auxiliary
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PCT/EP2019/064787
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Franz-Xaver Schweighart
Robert Kirschner
Mario Meinhardt
Georgij Safronov
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/006Vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a vehicle component with an auxiliary joining element
  • auxiliary joining elements that can be welded or soldered to the material of a first component are introduced into a second component.
  • the sheet metal slug serves as a joining element to connect the first component to a second component. Between the joining element and the second construction part, a material connection is formed, for example by resistance spot welding.
  • a method for producing a vehicle component with joining aid element is specified with the steps:
  • an edge region which adjoins the interface between the joining element and component, is at least partially irradiated with laser radiation in such a way that the irradiated region is heated and a metallurgical change in the material in the irradiated region is effected.
  • the metallurgical change can e.g. a section-by-section hardening of the joining aid element, melting of alloy elements, closing of pores at the interface or alloy diffusion between the two materials beyond the interface. Stress reduction by stress relief annealing is also conceivable. Further targeted metallurgical changes are also possible.
  • the process takes advantage of the fact that the narrow heat-affected zone of the laser beam, paired with the wide range of possible variations in terms of the amount of heat input and duration, offers a wide range of possible uses.
  • the proposed method is not only more flexible, but also enables the targeted treatment of individual sections only.
  • the connection between the joining element and the component can only be post-treated specifically in the areas that are particularly stressed or at risk of failure.
  • the component into which the joining element (s) are inserted can be made of sheet metal material, e.g. hot-formed steel, aluminum or magnesium sheet, or a sheet-like fiber composite plastic, e.g. with reinforcements made of carbon, glass and / or aramid fibers.
  • the component can be, in particular, a sheet metal molded part, it also being possible to use cast components or profile parts which are formed in a sheet-like manner at the joint or joints at which the joining aids are pressed in.
  • the component can be a body component or body component.
  • the joining aid is pressed into a sheet-like section of the component.
  • the joining aid preferably extends over the thickness of the sheet-like section.
  • the interface to the component runs around the circumference around the joining element.
  • the end faces of the joining element point towards the component surfaces.
  • the joining element is preferably designed as a metal slug, which is understood to mean a headless and shaftless metal part. Due to the simple geometry, such a metal slug can be produced very inexpensively, for example by punching it out of a sheet metal or cutting a wire.
  • the metal slug can in particular have a cylindrical, spherical, conical or frustoconical shape. Functional elements such as a threaded section, a clip or the like can also be molded onto the metal slug.
  • the joining auxiliary element is in particular made of a material that is related to of the second component, with which the part provided with the joining element is to be joined, has sufficient welding or soldering suitability.
  • the joining aid element is
  • the auxiliary joining element can be formed from a material that is foreign to the material of the component into which the auxiliary joining element is pressed.
  • Typical problems when joining the like materials, e.g. Contact corrosion or insufficient quality of the connection can be eliminated or significantly reduced with the method according to the invention.
  • the joining element is preferably pressed into a through hole that was previously formed in the component.
  • the through hole has a hole wall which is delimited to the component surface by a hole edge.
  • a hole edge or both hole edges are preferably each provided with a chamfer. Any burr that may be present is removed by the chamfer.
  • the chamfer simplifies the alignment of the auxiliary joining element when it is pressed in, and favors the formation of a positive connection in which, in a preferred embodiment, the auxiliary joining element can form in the manner of a countersunk rivet in the pre-hole and forms an undercut on both sides with the component.
  • the chamfer is created by embossing.
  • the heating takes place until a material layer, e.g. may be formed on the component or on the auxiliary element.
  • This material layer can, for example, be an anti-corrosion layer, such as e.g. trade a zinc coating or a previously applied welding or soldering additive.
  • the material layer liquefies, runs into the gap which is present at the interface between the joining element and the component and at least partially fills it up. When the gap is filled, there is an increase in the connection strength between the component and the joining element.
  • a through hole is formed in the component, a chamfer is stamped on at least one side, and the joining aid element is pressed into the through hole, whereby the joining aid element forms a collar protruding into the chamfered area.
  • a collar anchors the joining element in the component and offers increased strength in one pulling direction.
  • a bevel is stamped on the through hole on both sides of the component and the joining aid element forms two collars when pressed in, each of which protrudes into the chamfered area.
  • the collars form an undercut in the component, which means that the auxiliary element is gripped on both sides.
  • a further increase in the connection strength between the component and the joining element can be achieved by targeted and locally limited flaring of the joining element.
  • the joining element is designed with a collar on one or both sides, it can be provided that this collar is hardened in a targeted manner.
  • the irradiated area contains the collar of the joining element and the heating by means of laser radiation takes place in such a way that hardening of the irradiated area is achieved by subsequent quenching.
  • the hardening can be, for example, transformation hardening or precipitation hardening. In the event of a crash, in particular, with a strong deformation of the component, knocking out of the joining aid element from the component can be prevented for longer.
  • the laser parameters such as power, focus position, beam spot diameter, oscillation, radiation duration etc.
  • the cooling rate can be controlled in addition to the targeted heating and the curing can be controlled.
  • the component is made of a first material and the joining aid element is made of a second material that is foreign to the first material. If materials of a different type, such as aluminum and steel, are combined with the joining element and component, special precautions must be taken to prevent contact corrosion.
  • the laser beam is aligned and the irradiated area is placed such that both the material of the component and the joining element are melted. The heating takes place in such a way that the materials become molten and alloy element diffusion is achieved. This leads to a Leveling in the potential transition between the two materials.
  • a suitable parameter selection in the irradiated area sets a ramp-like transition of the potentials, for example the transition can also be linear.
  • the choice of laser parameters depends, among other things, on the material type and thickness. Contact corrosion can thus advantageously be prevented or significantly reduced, so that further measures can be dispensed with.
  • the edge area of the joining element is heated in such a way that the irradiated area is annealed with low stress. In this way, stresses which are formed by pressing the joining element into the component can be reduced in a targeted manner.
  • a suitable choice of laser parameters and a possible subsequent quenching of the component can be used to implement a large number of metallurgical changes in the component.
  • the targeted irradiation to achieve a metallurgical change can take place in different areas depending on the requirement and the desired effect.
  • the irradiated area can extend both to a part of the component and to a part of the joining aid element. Of course, only a portion of the component adjacent to the interface or a portion of the joining element adjacent to the interface can be irradiated.
  • the auxiliary joining element has a cylindrical section adjoining the collar, only the edge region of the cylindrical section is irradiated. Likewise can only the collar is irradiated and the cylindrical section is taken out. If, for example, pores in the interface are to be closed with the irradiation or the described potential equalization is to be set, it may be desirable to irradiate the interface over the entire thickness of the component. This can be done from one or two sides.
  • the edge region can be irradiated and heated all round with laser beam radiation.
  • the irradiated area runs in a ring along the interface between the component and the auxiliary element.
  • the movement of the laser beam is not limited to certain courses.
  • the laser beam can move around the edge area in a circular manner.
  • the laser beam can be moved star-shaped, spiral-shaped or in any other form between sections of the region to be irradiated.
  • the edge area extends across the entire component thickness across the component surface.
  • the edge region extends from the interface between the component and the auxiliary joining element both in the direction of the longitudinal axis of the auxiliary joining element and radially into the component away from the auxiliary joining element.
  • the edge area can e.g. have a width of several beam spot diameters.
  • the joining aid has a central welding area, in which a second component can be welded on in a further joining step.
  • the welding area is ring-shaped from the edge area ben.
  • the welding area can preferably have a diameter in Have a range from, for example, half to two thirds of the diameter of the joining aid element.
  • the width of the edge area can accordingly preferably be in a range from a quarter to a sixth of the diameter of the joining element. Narrower marginal areas are also conceivable.
  • the edge region in the joining aid element extends over a width that is at most a quarter or at most a sixth of the diameter of the joining aid element. The diameter of the joining element is measured at the point with the smallest diameter.
  • the edge area in the component runs along the interface to the joining aid element and has approximately the same width as the edge area of the joining aid element.
  • the component produced with the method according to the invention can be processed further using known methods, for example to form a component composite with at least one second component, the joining aid element (s) pressed with the first component being welded, soldered and / or or be glued.
  • Such welding can also be done with laser radiation, for example.
  • Different laser tools can be used, for example laser pickers, remote scanners, etc.
  • different seam patterns are possible, such as a star, circle, spiral, to extend the effective seam length.
  • spacer knobs is optional to improve the welding quality.
  • These can NEN can also be represented by the auxiliary joining element by slightly projecting the element. To stabilize the welding process, further geometric precautions must be taken on the auxiliary joining element.
  • auxiliary joining elements can be introduced into plastic components or into CFRP components in both joining partners and these can then both be welded to the auxiliary joining elements using the laser beam welding process.
  • laser beam welding has enormous potential in terms of cycle time savings. It is a non-contact joining process and a material-independent process in the metallic joining area (steel-steel connection or aluminum-aluminum connection possible). Laser beam welding has a lower temperature influence on the components than the resistance point welding. There is no need for a filler metal. Another advantage is a massive gain in flexibility in the design (assemblies) and in production. Laser beam welding only requires one-sided accessibility and thereby solves the accessibility problem of resistance spot welding technology.
  • FIG. 1 Schematic representation of a component at various stages of the process
  • FIG. 2 is a sectional view of a component with a pressed-in joining element;
  • FIG. 3 is a top view of the component from FIG. 1
  • a component 1 is initially provided, for example a sheet metal component.
  • a through hole 2 may be formed in the component, e.g. by punching or cutting.
  • a circumferential chamfer 3 or 4 is embossed. Due to the embossing, the material of the component is strengthened.
  • a joining element 5 in the form of a metal slug is introduced into the through hole and pressed in it, as a result of which it is non-positively fixed in component 1.
  • the auxiliary joining element 5 additionally forms a positive connection through the collars 6 and 7, respectively, which engage around the component 1 on both sides undercut.
  • the pressed-in joining element now offers the possibility of joining another component to this joining element with component 1. This is particularly advantageous if component 1 and another component consist of materials of a different type and welding is not readily possible.
  • the joining aid element can then be formed from a material which enables welding or soldering to the further component.
  • welding area 8 a central area, here referred to as welding area 8.
  • welding area 8 a laser treatment step takes place.
  • a laser beam L is directed towards an edge region 9.
  • the edge area 9 runs around the welding area 8 and is composed of an edge area 9 ′ in the joining aid element and an edge area 9 ′′ in the component.
  • the edge area includes the interface 10 between the joining aid element 5 and component 1.
  • the welding area 8 typically makes up about half to two thirds of the diameter D of the joining element 5. Accordingly, the edge area 9 ' in the auxiliary joining element 5 has a width B of approximately one quarter to one sixth of the diameter D. The edge area 9 '' in the component 1 has approximately the same width B.
  • a metallurgical change in the irradiated region is now carried out.
  • this can be, for example, melting on for alloy diffusion between the material of the component 1 and the joining element 5, hardening of the edge region 9 'of the joining element 5 or the collar 6, 7.
  • a stress relieving for the reduction of stresses is conceivable, which were produced by pressing the joining aid element 5 into the component.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a further component 1A, into which an auxiliary joining element 5 has been pressed.
  • the component comprises a corrosion protection layer 11 in the form of a zinc layer.
  • This layer has largely remained during the generation of the chamfers at the through hole by the embossing process.
  • this zinc layer can now be melted with the laser beam.
  • the resulting melt flows into a gap that may be present at the interface 10 and can be used to fill the same.
  • zinc atoms can be incorporated into the base material of the joining element 5 or the component 1 by targeted melting using a laser beam in order to improve the mechanical properties or to reduce potential differences at the interface 10.
  • the irradiation with laser radiation for the targeted metallurgical change of the edge region can also be carried out on differently shaped joining elements, for example on joining elements with only one chamfer or completely without chamfer or on joining elements with additional functional sections such as e.g. Threads.
  • FIG. 3 shows a plan view of the component from FIG. 1 with the interface 10 between component 1 and joining aid element 5.
  • the edge area can be irradiated all around the entire joining aid element 5, as indicated by the irradiated area 12 shown in FIG.
  • only a partial area for example a spot or a stretch section, can be post-treated with laser radiation.

Abstract

The invention relates to a method for producing a vehicle component comprising a joining element, said method having the steps: - providing a component (1) of a first material, - pressing a joining element (5) of a second material into a sheet-like section of the component (1), as a result of which the joining element (5) is fixed in a frictional and/or form-fitting manner in the component (1). At least sections of an edge region (9) which adjoins the boundary surface (10) between the joining element (5) and the component (1) are irradiated with laser radiation (L) such that the irradiated region is heated and the irradiated region of the material is metallurgically altered.

Description

Beschreibung  description
Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit Fügehilfselement Method for producing a vehicle component with an auxiliary joining element
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit Fügehilfselement The invention relates to a method for producing a vehicle component with an auxiliary joining element
Um zwei oder mehr Bauteile aus verschiedenartigen Materialien miteinander fügen zu können, sind verschiedene Ansätze bekannt. Bei einem Ansatz werden Fügehilfselemente, welche mit dem Material eines ersten Bauteils verschweiß- oder verlötbar sind, in ein zweites Bauteil eingebracht. In order to be able to join two or more components made of different materials, different approaches are known. In one approach, auxiliary joining elements that can be welded or soldered to the material of a first component are introduced into a second component.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 214 149 A1 ist ein Verfahren und ein Bau teilverbund bekannt, bei dem in ein erstes Bauteil ein Durchgangsloch einge bracht wird und in das Durchgangsloch ein Blechbutzen eingepresst wird.From the document DE 10 2015 214 149 A1, a method and a partial assembly is known, in which a through hole is introduced into a first component and a sheet metal slug is pressed into the through hole.
Der Blechbutzen dient als Fügehilfselement um das erste Bauteil mit einem zweiten Bauteil zu verbinden. Zwischen Fügehilfselement und zweitem Bau teil wird eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet, beispielsweise durch Widerstandspunktschweißen. The sheet metal slug serves as a joining element to connect the first component to a second component. Between the joining element and the second construction part, a material connection is formed, for example by resistance spot welding.
Werden derartige Bauteile im Automobilbau eingesetzt, so sind hohe Festig keitsanforderungen an die Fügeverbindung zu erfüllen. Die Festigkeitsanfor derungen gelten dabei sowohl für die Verbindung zwischen Fügehilfselement und zweitem Bauteil als auch für die Verbindung zwischen dem Fügehilfsele ment sowie dem Bauteil, in das es eingepresst ist. If such components are used in automobile construction, high strength requirements must be met for the joint connection. The strength requirements apply to both the connection between the joining element and the second component as well as the connection between the joining element and the component into which it is pressed.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie eine derartige Bauteilverbindung mit verbesser ten Eigenschaften geschaffen werden kann. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, it is the object of the present invention to show a possibility of how such a component connection with improved properties can be created. The object is achieved by a method according to claim 1. Further advantageous configurations result from the subclaims and the following description.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit Füge hilfselement angegeben mit den Schritten: A method for producing a vehicle component with joining aid element is specified with the steps:
- Bereitstellen eines Bauteils eines ersten Materials,  Provision of a component of a first material,
- Einpressen eines Fügehilfselements eines zweiten Materials in einen blech förmigen Abschnitt des Bauteils, wodurch das Fügehilfselement kraft- und/o der formschlüssig in dem Bauteil fixiert wird.  - Pressing an auxiliary joining element of a second material into a sheet-shaped section of the component, as a result of which the auxiliary joining element is positively and / or positively fixed in the component.
Erfindungsgemäß wird nun ein Randbereich, welcher an die Grenzfläche zwi schen Fügehilfselement und Bauteil angrenzt, zumindest abschnittsweises mit Laserstrahlung derart bestrahlt, dass der bestrahlte Bereich erwärmt und eine metallurgische Veränderung des Materials im bestrahlten Bereich be wirkt wird. According to the invention, an edge region, which adjoins the interface between the joining element and component, is at least partially irradiated with laser radiation in such a way that the irradiated region is heated and a metallurgical change in the material in the irradiated region is effected.
Die metallurgische Veränderung kann z.B. eine abschnittsweise Härtung des Fügehilfselements sein, ein Einschmelzen von Legierungselementen, ein Schließen von Poren an der Grenzfläche oder eine Legierungsdiffusion zwi schen den beiden Materialien über die Grenzfläche hinaus. Ebenso ist ein Spannungsabbau durch Spannungsarmglühen denkbar. Weitere gezielte metallurgische Veränderungen sind ebenfalls möglich. The metallurgical change can e.g. a section-by-section hardening of the joining aid element, melting of alloy elements, closing of pores at the interface or alloy diffusion between the two materials beyond the interface. Stress reduction by stress relief annealing is also conceivable. Further targeted metallurgical changes are also possible.
Das Verfahren macht sich dabei zunutze, dass die schmale Wärmeeinfluss zone des Laserstrahls gepaart mit den vielfältigen Variationsmöglichkeiten hinsichtlich Menge des Wärmeeintrags und Dauer vielfältige Einsatzmöglich keiten bietet. Im Vergleich mit thermischen Behandlungen in Öfen ist das vor geschlagene Verfahren nicht nur flexibler, sondern ermöglicht auch die ge- zielte Behandlung nur einzelner Abschnitte. Beispielsweise kann die Verbin dung zwischen Fügehilfselement und Bauteil gezielt nur in den besonders beanspruchten oder versagensgefährdeten Bereichen nachbehandelt wer den. The process takes advantage of the fact that the narrow heat-affected zone of the laser beam, paired with the wide range of possible variations in terms of the amount of heat input and duration, offers a wide range of possible uses. Compared to thermal treatments in ovens, the proposed method is not only more flexible, but also enables the targeted treatment of individual sections only. For example, the connection between the joining element and the component can only be post-treated specifically in the areas that are particularly stressed or at risk of failure.
Das Bauteil, in welches das oder die Fügehilfselemente eingebracht werden, kann aus einem Blechmaterial, wie z.B. warmumgeformten Stählen, Alumi nium- oder Magnesiumblech, oder einem blechähnlichen Faserverbund kunststoff gebildet sein, z.B. mit Verstärkungen aus Kohlenstoff-, Glas- und/oder Aramidfasern. 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, an denen die Fügehilfsele mente eingepresst werden, blechähnlich ausgebildet sind. Insbesondere kann es sich bei dem Bauteil um ein Karosseriebauteil oder Karosseriean bauteil handeln. The component into which the joining element (s) are inserted can be made of sheet metal material, e.g. hot-formed steel, aluminum or magnesium sheet, or a sheet-like fiber composite plastic, e.g. with reinforcements made of carbon, glass and / or aramid fibers. The component can be, in particular, a sheet metal molded part, it also being possible to use cast components or profile parts which are formed in a sheet-like manner at the joint or joints at which the joining aids are pressed in. In particular, the component can be a body component or body component.
Das Fügehilfselement wird in einen blechartigen Abschnitt des Bauteils ein gepresst. Das Fügehilfselement erstreckt sich vorzugsweise über die Dicke des blechartigen Abschnitts. Die Grenzfläche zum Bauteil verläuft umfangs seitig um das Fügehilfselement. Die Stirnseiten des Fügehilfselements zei gen in Richtung der Bauteiloberflächen. Vorzugsweise ist das Fügehilfsele ment als Metallbutzen ausgebildet, wobei hierunter ein köpf- und schaftloses Metallteil verstanden wird. Aufgrund der einfachen Geometrie kann ein sol cher Metallbutzen sehr kostengünstig hergestellt werden, z.B. durch Aus stanzen aus einem Blech oder Abschneiden eines Drahtes. Der Metallbutzen kann insbesondere eine zylinderförmige, kugel-, kegel- oder kegelstumpfför mige Form aufweisen. An den Metallbutzen können auch Funktionselemente angeformt sein, wie z.B. ein Gewindeabschnitt, ein Clip o.ä. Das Füge hilfselement ist insbesondere aus einem Werkstoff ausgebildet, der bezüglich des zweiten Bauteils, mit dem das mit dem Fügehilfselement versehene Bau teil gefügt werden soll, eine ausreichende Schweiß- bzw. Löteignung auf weist. Das Fügehilfselement ist vorzugsweise aus einem Stahl- oder Alumini umwerkstück geformt. The joining aid is pressed into a sheet-like section of the component. The joining aid preferably extends over the thickness of the sheet-like section. The interface to the component runs around the circumference around the joining element. The end faces of the joining element point towards the component surfaces. The joining element is preferably designed as a metal slug, which is understood to mean a headless and shaftless metal part. Due to the simple geometry, such a metal slug can be produced very inexpensively, for example by punching it out of a sheet metal or cutting a wire. The metal slug can in particular have a cylindrical, spherical, conical or frustoconical shape. Functional elements such as a threaded section, a clip or the like can also be molded onto the metal slug. The joining auxiliary element is in particular made of a material that is related to of the second component, with which the part provided with the joining element is to be joined, has sufficient welding or soldering suitability. The joining aid element is preferably formed from a steel or aluminum workpiece.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Fügehilfselement aus einem Material aus gebildet sein kann, das artfremd zu dem Material des Bauteils ist, in welches das Fügehilfselement eingepresst wird. Typische Probleme beim Fügen der artiger Materialien, wie z.B. Kontaktkorrosion oder unzureichende Qualität der Verbindung können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beseitigt bzw. deutlich reduziert werden. It is particularly advantageous that the auxiliary joining element can be formed from a material that is foreign to the material of the component into which the auxiliary joining element is pressed. Typical problems when joining the like materials, e.g. Contact corrosion or insufficient quality of the connection can be eliminated or significantly reduced with the method according to the invention.
Das Fügehilfselement wird vorzugsweise in ein Durchgangsloch eingepresst, welches zuvor im Bauteil ausgebildet wurde. Das Durchgangsloch weist eine Lochwandung auf, die zur Bauteiloberfläche jeweils durch einen Lochrand begrenzt ist. Ein Lochrand bzw. beide Lochränder sind vorzugsweise 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, in dem sich in einer bevorzugten Ausgestaltung das Fügehilfselement in der Art eines Senkniets in dem Vorloch ausformen kann und einen beidseitigen Hin terschnitt mit dem Bauteil ausbildet. Die Fase wird mittels Prägung erzeugt. Dies hat den weiteren Vorteil, dass eine Werkstoffverfestigung im Prägerand erfolgt, die durch das nachfolgende Einpressen des Fügehilfselements noch gesteigert wird. Weiterhin wurde festgestellt, dass durch das Einbringen der Einprägung auch eine Reduzierung der Wasserstoffversprödung stattfindet und einer Kantenrissempfindlichkeit entgegengewirkt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass die resultierende Bauteilverbindung überraschend hohe Festigkeitswerte erzielt, die über der Festigkeit des Grundmaterials des Bau teils liegen. Wenn das Bauteil mit Einprägungen versehen wird, so bleibt eine eventuell vorhandene Beschichtung des Bauteils, wie z.B. eine Korrosions schutzschicht, dabei zumindest teilweise erhalten. Hierzu kann z.B. das in der Anmeldung DE 10 2016 201 433 A1 beschriebene und hiermit durch Be zugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommene Verfahren verwen det werden. The joining element is preferably pressed into a through hole that was previously formed in the component. The through hole has a hole wall which is delimited to the component surface by a hole edge. A hole edge or both hole edges are preferably each provided with a chamfer. Any burr that may be present is removed by the chamfer. Furthermore, the chamfer simplifies the alignment of the auxiliary joining element when it is pressed in, and favors the formation of a positive connection in which, in a preferred embodiment, the auxiliary joining element can form in the manner of a countersunk rivet in the pre-hole and forms an undercut on both sides with the component. The chamfer is created by embossing. This has the further advantage that material hardening takes place in the embossing edge, which is further increased by the subsequent pressing in of the joining element. Furthermore, it was found that the embossing also reduced the hydrogen embrittlement and counteracted sensitivity to edge cracking. It has been shown that the resulting component connection achieves surprisingly high strength values that lie above the strength of the base material of the component. If the component is embossed, one remains any existing coating of the component, such as a corrosion protection layer, is at least partially preserved. For example, the method described in the application DE 10 2016 201 433 A1 and hereby incorporated by reference into the present application can be used for this purpose.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Erwärmung bis zum Auf schmelzen einer Materialschicht, die z.B. auf dem Bauteil oder auf dem Fü gehilfselement ausgebildet sein kann. Bei dieser Materialschicht kann es sich beispielsweise um eine Antikorrosionsschicht, wie z.B. eine Zinkschicht han deln oder um ein zuvor appliziertes Schweiß- oder Lotzusatzmittel. Durch das Aufschmelzen verflüssigt sich die Materialschicht, läuft in den Spalt, der an der Grenzfläche zwischen Fügehilfselement und Bauteil vorhanden ist und füllt diesen zumindest teilweise auf. Mit dem Auffüllen des Spalts geht eine Steigerung der Verbindungsfestigkeit zwischen Bauteil und Fügehilfsele ment einher. In a preferred embodiment, the heating takes place until a material layer, e.g. may be formed on the component or on the auxiliary element. This material layer can, for example, be an anti-corrosion layer, such as e.g. trade a zinc coating or a previously applied welding or soldering additive. As a result of the melting, the material layer liquefies, runs into the gap which is present at the interface between the joining element and the component and at least partially fills it up. When the gap is filled, there is an increase in the connection strength between the component and the joining element.
In einer Ausgestaltung ist in dem Bauteil ein Durchgangsloch ausgebildet, dem zumindest auf einer Seite eine Fase angeprägt ist und das Fügehilfsele ment wird in das Durchgangsloch eingepresst, wodurch das Fügehilfsele ment einen in den angefasten Bereich hineinragenden Kragen ausbildet. Ein derartiger Kragen verankert das Fügehilfselement im Bauteil und bietet eine erhöhte Festigkeit in eine Zugrichtung. In one embodiment, a through hole is formed in the component, a chamfer is stamped on at least one side, and the joining aid element is pressed into the through hole, whereby the joining aid element forms a collar protruding into the chamfered area. Such a collar anchors the joining element in the component and offers increased strength in one pulling direction.
In einer weiteren Ausgestaltung ist dem Durchgangsloch auf beiden Seiten des Bauteils eine Fase aufgeprägt und das Fügehilfselement bildet beim Ein pressen zwei Kragen, die jeweils in den angefasten Bereich hineinragen. Die Kragen bilden einen Hinterschnitt im Bauteil, wodurch dieses vom Füge- hilfselement beidseitig umgriffen wird. Ein derartig„klammerndes“ Füge hilfselement weist deutlich höhere Festigkeiten gegen ein Ausknöpfen aus dem Bauteil auf. In a further embodiment, a bevel is stamped on the through hole on both sides of the component and the joining aid element forms two collars when pressed in, each of which protrudes into the chamfered area. The collars form an undercut in the component, which means that the auxiliary element is gripped on both sides. Such a "clinging" joining element has significantly higher strengths against knocking out of the component.
Eine weitere Steigerung der Verbindungsfestigkeit zwischen Bauteil und Fü gehilfselement lässt sich durch eine gezielte und lokal begrenzte Flärtung des Fügehilfselements erreichen. Ist das Fügehilfselement mit einem einseitigen oder beidseitigen Kragen ausgebildet, so kann es vorgesehen sein, gezielt diesen Kragen zu härten. In einer Ausgestaltung beinhaltet der bestrahlte Be reich den Kragen des Fügehilfselements und die Erwärmung mittels Laser strahlung erfolgt derart, dass durch anschließende Abschreckung eine Här tung des bestrahlten Bereichs erreicht wird. Das Härten kann beispielsweise ein Umwandlungshärten oder Ausscheidungshärten sein. Insbesondere im Crashfall mit einer einhergehenden starken Verformung des Bauteils kann ein Ausknöpfen des Fügehilfselements aus dem Bauteil länger verhindert werden. Durch geeignete Wahl bzw. Variation der Laserparameter wie Leis tung, Fokuslage, Strahlfleckdurchmesser, Oszillation, Strahlungsdauer etc. kann neben der gezielten Erwärmung auch die Abkühlrate gesteuert und die Härtung gesteuert werden. A further increase in the connection strength between the component and the joining element can be achieved by targeted and locally limited flaring of the joining element. If the joining element is designed with a collar on one or both sides, it can be provided that this collar is hardened in a targeted manner. In one embodiment, the irradiated area contains the collar of the joining element and the heating by means of laser radiation takes place in such a way that hardening of the irradiated area is achieved by subsequent quenching. The hardening can be, for example, transformation hardening or precipitation hardening. In the event of a crash, in particular, with a strong deformation of the component, knocking out of the joining aid element from the component can be prevented for longer. Through a suitable choice or variation of the laser parameters such as power, focus position, beam spot diameter, oscillation, radiation duration etc., the cooling rate can be controlled in addition to the targeted heating and the curing can be controlled.
In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Bauteil aus einem ersten Material ausgebildet ist und das Fügehilfselement aus einem zum ersten Ma terial artfremden zweiten Material. Werden artfremde Materialien, wie z.B. Aluminium und Stahl, durch Fügehilfselement und Bauteil kombiniert, so sind besondere Vorkehrungen zur Verhinderung von Kontaktkorrosion zu treffen. Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Laserstrahl so ausge richtet und der bestrahlte Bereich so gelegt, dass sowohl Material des Bau teils als auch des Fügehilfselements aufgeschmolzen wird. Die Erwärmung erfolgt hierbei derart, dass die Materialien schmelzflüssig werden und eine Legierungselementdiffusion erzielt wird. Hierdurch kommt es zu einer Ebnung im Potentialübergang zwischen den beiden Materialien. Während zu vor ein stufenförmiger Potentialsprung vorliegt, wird durch geeignete Para meterwahl im bestrahlten Bereich ein rampenförmiger Übergang der Potenti ale eingestellt, beispielsweise kann der Übergang auch linear sein. Die Wahl der Laserparameter sind u.a. abhängig von Materialart und -dicke. Vorteil hafter Weise kann eine Kontaktkorrosion so verhindert bzw. deutlich vermin dert werden, so dass auf weitere Maßnahmen verzichtet werden kann. In one embodiment, it is provided that the component is made of a first material and the joining aid element is made of a second material that is foreign to the first material. If materials of a different type, such as aluminum and steel, are combined with the joining element and component, special precautions must be taken to prevent contact corrosion. According to one embodiment of the method, the laser beam is aligned and the irradiated area is placed such that both the material of the component and the joining element are melted. The heating takes place in such a way that the materials become molten and alloy element diffusion is achieved. This leads to a Leveling in the potential transition between the two materials. While there is a step-shaped potential jump before, a suitable parameter selection in the irradiated area sets a ramp-like transition of the potentials, for example the transition can also be linear. The choice of laser parameters depends, among other things, on the material type and thickness. Contact corrosion can thus advantageously be prevented or significantly reduced, so that further measures can be dispensed with.
Weiterhin erfolgt in einer Ausgestaltung eine Erwärmung des Randbereichs des Fügehilfselements derart, dass der bestrahlte Bereich spannungsarm ge glüht wird. Hierdurch können gezielt Spannungen, welche durch das Einpres sen des Fügehilfselements in das Bauteil gebildet werden, abgebaut werden. Furthermore, in one embodiment, the edge area of the joining element is heated in such a way that the irradiated area is annealed with low stress. In this way, stresses which are formed by pressing the joining element into the component can be reduced in a targeted manner.
Grundsätzlich ist durch geeignete Wahl der Laserparameter sowie eine even tuell anschließende Abschreckung des Bauteils eine Vielzahl von metallurgi schen Veränderungen im Bauteil umsetzbar. In principle, a suitable choice of laser parameters and a possible subsequent quenching of the component can be used to implement a large number of metallurgical changes in the component.
Die gezielte Bestrahlung zur Erzielung einer metallurgischen Veränderung kann je nach Anforderung und gewünschter Wirkung in unterschiedlichen Be reichen erfolgen. Der bestrahlte Bereich kann sich, wie voranstehend zur Le gierungsdiffusion beschrieben, sowohl auf einen Teil des Bauteils als auch auf einen Teil des Fügehilfselements erstrecken. Selbstverständlich kann auch nur ein an die Grenzfläche angrenzender Abschnitt des Bauteils oder ein an die Grenzfläche angrenzender Abschnitt des Fügehilfselements be strahlt werden. The targeted irradiation to achieve a metallurgical change can take place in different areas depending on the requirement and the desired effect. As described above for alloy diffusion, the irradiated area can extend both to a part of the component and to a part of the joining aid element. Of course, only a portion of the component adjacent to the interface or a portion of the joining element adjacent to the interface can be irradiated.
Beispielsweise ist es denkbar, dass, wenn das Fügehilfselement einen an den Kragen angrenzenden zylinderförmigen Abschnitt aufweist, lediglich der Randbereich des zylinderförmigen Abschnitts bestrahlt wird. Ebenso kann nur der Kragen bestrahlt werden und der zylinderförmige Abschnitt ausge nommen werden. Sollen mit dem Bestrahlen z.B. Poren in der Grenzfläche geschlossen werden oder der beschriebene Potentialausgleich eingestellt werden, so kann es wünschenswert sein, die Grenzfläche über die gesamte Dicke des Bauteils zu bestrahlen. Dies kann von einer oder von zwei Seiten erfolgen. For example, it is conceivable that if the auxiliary joining element has a cylindrical section adjoining the collar, only the edge region of the cylindrical section is irradiated. Likewise can only the collar is irradiated and the cylindrical section is taken out. If, for example, pores in the interface are to be closed with the irradiation or the described potential equalization is to be set, it may be desirable to irradiate the interface over the entire thickness of the component. This can be done from one or two sides.
Der Randbereich kann in einer Ausgestaltung umlaufend mit Laserstrahl strahlung bestrahlt und erwärmt werden. In diesem Fall verläuft der be strahlte Bereich ringförmig entlang der Grenzfläche zwischen Bauteil und Fü gehilfselement. Jedoch ist es ebenso denkbar, nur einzelne Abschnitte des Randbereichs, z.B. punktuelle Bereich oder kurze Streckenabschnitte mit La serstrahlung zu erwärmen. Die Bewegung des Laserstrahls ist dabei nicht auf bestimmte Verläufe beschränkt. Beispielsweise kann der Laserstrahl den Randbereich kreisförmig abfahren. Der Laserstrahl kann sternförmig, spiral förmig oder in beliebiger anderer Form zwischen zu bestrahlenden Randbe reichsabschnitten bewegt werden. In one configuration, the edge region can be irradiated and heated all round with laser beam radiation. In this case, the irradiated area runs in a ring along the interface between the component and the auxiliary element. However, it is also conceivable to use only individual sections of the edge area, e.g. to heat specific areas or short sections with laser radiation. The movement of the laser beam is not limited to certain courses. For example, the laser beam can move around the edge area in a circular manner. The laser beam can be moved star-shaped, spiral-shaped or in any other form between sections of the region to be irradiated.
Der Randbereich erstreckt sich quer zur Bauteiloberfläche über die gesamte Bauteildicke. Der Randbereich erstreckt sich von der Grenzfläche zwischen Bauteil und Fügehilfselement sowohl in Richtung auf die Längsachse des Fü gehilfselements, als auch radial vom Fügehilfselement weg in das Bauteil hinein. Der Randbereich kann z.B. eine Breite von mehreren Strahlfleck durchmessern aufweisen. The edge area extends across the entire component thickness across the component surface. The edge region extends from the interface between the component and the auxiliary joining element both in the direction of the longitudinal axis of the auxiliary joining element and radially into the component away from the auxiliary joining element. The edge area can e.g. have a width of several beam spot diameters.
In der Draufsicht hat das Fügehilfselement einen zentralen Schweißbereich, in dem in einem weiteren Fügeschritt ein zweites Bauteil angeschweißt wer den kann. Der Schweißbereich ist ringförmig von dem Randbereich umge ben. Hierbei kann der Schweißbereich vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von z.B. der Hälfte bis zu zwei Dritteln des Durchmessers des Füge hilfselements aufweisen. Die Breite des Randbereichs kann dementspre chend vorzugsweise in einem Bereich von einem Viertel bis zu einem Sechs tel des Durchmessers des Fügehilfselements liegen. Schmalere Randberei che sind ebenfalls denkbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich der Randbereich im Fügehilfselement über eine Breite, die maximal ein Viertel oder maximal ein Sechstel des Durchmessers des Fügehilfselements ausmacht. Der Durchmesser des Fügehilfselements wird dabei an der Stelle mit dem geringsten Durchmesser gemessen. In plan view, the joining aid has a central welding area, in which a second component can be welded on in a further joining step. The welding area is ring-shaped from the edge area ben. The welding area can preferably have a diameter in Have a range from, for example, half to two thirds of the diameter of the joining aid element. The width of the edge area can accordingly preferably be in a range from a quarter to a sixth of the diameter of the joining element. Narrower marginal areas are also conceivable. In a preferred embodiment, the edge region in the joining aid element extends over a width that is at most a quarter or at most a sixth of the diameter of the joining aid element. The diameter of the joining element is measured at the point with the smallest diameter.
Der Randbereich im Bauteil verläuft entlang der Grenzfläche zum Füge hilfselement und hat in etwa dieselbe Breite wie der Randbereich des Füge hilfselements. The edge area in the component runs along the interface to the joining aid element and has approximately the same width as the edge area of the joining aid element.
Es hat sich gezeigt, dass die fügetechnisch vorgenommenen Veränderungen auch bei nachfolgenden Fügeprozessen, in denen das Bauteil an den Füge hilfselementen mit einem weiteren Bauteil verschweißt wird, erhalten werden können. Die ist z.B. der Fall, wenn der nachfolgende Fügeprozess ebenfalls ein Laserschweißen ist. Aufgrund der schmalen Wärmeeinflusszone des La serschweißens kann eine weitere eventuell unerwünschte fügetechnisch re levante metallurgische Veränderung verhindert werden. Auch weitere Schweißverfahren, wie z.B. das Widerstandspunktschweißen sind möglich, eventuell kann es vorteilhaft sein, an den Fügehilfselemente Kontaktspitzen für einen gezielten Stromfluss in der Mitte der Fügehilfselemente vorzuse hen. It has been shown that the changes made in terms of joining technology can also be obtained in subsequent joining processes in which the component is welded to the joining auxiliary elements with another component. That is e.g. the case when the subsequent joining process is also laser welding. Due to the narrow heat affected zone of laser welding, another possibly undesirable metallurgical change relevant to the joining process can be prevented. Other welding processes, such as Resistance spot welding is possible; it may be advantageous to provide contact tips on the joining elements for a targeted current flow in the middle of the joining elements.
Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich folgende vorteilhaften Wirkungen erzielen: - Verbesserte Formausfüllung und gezielter Ausgleich des elektrochemi schen Potentialunterschieds zwischen Aluminium und Stahl durch Laser- sintern/Laseraushärten einer zugeführten Pulverzwischenschicht. Dabei wäre eine Zink-Aluminium-Pulvermischung denkbar. The following advantageous effects can be achieved with the present invention: - Improved shape filling and targeted compensation of the electrochemical potential difference between aluminum and steel by laser sintering / laser curing of a powder intermediate layer supplied. A zinc-aluminum powder mixture would be conceivable.
- Ein Abdichten in der Kontaktzone durch gezielte Wärme-/Energieeinbrin- gung wird durch den Einsatz von Laser und parallel zum Laserschweiß prozess möglich.  - Sealing in the contact zone through the targeted introduction of heat / energy is made possible by the use of lasers and parallel to the laser welding process.
- Schließen von Poren in der Kontaktzone durch gezielte Wärme-/Energie- einbringung, möglich durch den Einsatz von Laser und insbesondere sinn voll bei dem eingesetzten Butzenelement.  - Closing of pores in the contact zone through the targeted introduction of heat / energy, possible through the use of lasers and particularly useful for the slug element used.
- Gezielte (aufgrund der definierbaren eingebrachten Energie durch den La serschwei ßprozess) Reduktion von Spannungen am Butzen, die beim Ein- bring-Prozess entstehen.  - Targeted (due to the definable energy introduced by the laser welding process) reduction of tensions on the slug that arise during the insertion process.
- Erhöhung bzw. Verbesserung der Anliegeflächen in dem Kontaktbereich durch Werkstoffaufweichung mittels des Lasers.  - Increase or improvement of the contact surfaces in the contact area by material softening using the laser.
- Anschmelzen der Zinkschicht im Oberflächenübergangsbereich zum Dich ten und Verkleben der Verbindung.  - Melt the zinc layer in the surface transition area to seal and glue the connection.
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. Eine derartige Schweißung kann z.B. ebenfalls mit Laserstrahlung erfolgen. Es können verschiedene Laserwerkzeuge eingesetzt werden, z.B. Laserpicker, Remotescanner etc. Dabei sind beim Laserstrahlschweißen verschiedene Nahtmuster möglich wie z.B. Stern, Kreis, Spirale um die effektive Nahtlänge zu verlängern. Zum Ausgasen beim Schweißprozess ist die Verwendung von Abstandnoppen optional zur Verbesserung der Schweißqualität. Diese kön- nen durch das Hilfsfügeelement ebenfalls dargestellt werden, indem das Ele ment geringfügig übersteht. Zur Stabilisierung des Schweißprozesses sind weitere geometrische Vorkehrungen am Hilfsfügeelement vorzusehen. The component produced with the method according to the invention, also referred to as the first component, can be processed further using known methods, for example to form a component composite with at least one second component, the joining aid element (s) pressed with the first component being welded, soldered and / or or be glued. Such welding can also be done with laser radiation, for example. Different laser tools can be used, for example laser pickers, remote scanners, etc. In the case of laser beam welding, different seam patterns are possible, such as a star, circle, spiral, to extend the effective seam length. For degassing during the welding process, the use of spacer knobs is optional to improve the welding quality. These can NEN can also be represented by the auxiliary joining element by slightly projecting the element. To stabilize the welding process, further geometric precautions must be taken on the auxiliary joining element.
Weiter können Hilfsfügeelemente in Kunststoffbauteile bzw. in CFK-Bauteile in beide Fügepartner eingebracht werden und diese dann beide an den Hilfs- fügeelementen mit dem Laserstrahlschweißverfahren verschweißt werden. Hierbei besitzt das Laserstrahlschweißen ein enormes Potential in der Takt zeiteinsparung. Es ist ein berührungsloses Fügeverfahren und ein werkstoff unabhängiges Verfahren im metallischen Fügebereich (Stahl-Stahl-Verbin- dung oder Alu-Alu-Verbindung möglich). Das Laserstrahlschweißen hat einen geringeren Temperatureinfluss auf die Bauteile als das Widerstandspunkt schweißen. Es besteht keine Notwendigkeit eines Schweißzusatzwerkstof fes. Weiterhin vorteilhaft ist ein massiver Flexibilitätsgewinn in der Konstruk tion (Baugruppen) als auch in der Produktion. Das Laserstrahlschweißen braucht nur eine einseitige Zugänglichkeit und löst dadurch das Zugänglich keitsproblem der Widerstandspunktschweißtechnik.  Furthermore, auxiliary joining elements can be introduced into plastic components or into CFRP components in both joining partners and these can then both be welded to the auxiliary joining elements using the laser beam welding process. Here, laser beam welding has enormous potential in terms of cycle time savings. It is a non-contact joining process and a material-independent process in the metallic joining area (steel-steel connection or aluminum-aluminum connection possible). Laser beam welding has a lower temperature influence on the components than the resistance point welding. There is no need for a filler metal. Another advantage is a massive gain in flexibility in the design (assemblies) and in production. Laser beam welding only requires one-sided accessibility and thereby solves the accessibility problem of resistance spot welding technology.
Mit der Kombination von eingepressten Hilfsfügeelementen wird trotz des Einsatzes des Laserstrahlschweißens eine Alu-Stahl-Verbindung möglich. Durch Laserstrahlschweißen können die Flanschbreiten verkleinert werden, wodurch eine Masseeinsparung möglich wird. Misch-Karosserien können mit einem Verfahren hergestellt werden. Es ergibt sich die Möglichkeit eines massiven Zuwachses an Qualität, da der Einsatz von Bildverarbeitungssyste men die Präzision des Lasers unterstützen kann. With the combination of pressed-in auxiliary joining elements, an aluminum-steel connection is possible despite the use of laser beam welding. The flange widths can be reduced by laser beam welding, which enables mass savings. Mixing bodies can be manufactured using one process. There is a possibility of a massive increase in quality, since the use of image processing systems can support the precision of the laser.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungs wesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description, in which embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. Here, those mentioned in the claims and in the description Features are essential to the invention individually or in any combination. If the term "can" is used in this application, it concerns both the technical possibility and the actual technical implementation.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen: Exemplary embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. In it show:
Figur 1 Schematische Darstellung eines Bauteils zu verschiedenen Stadien des Verfahrens Figure 1 Schematic representation of a component at various stages of the process
Figur 2 Schnittansicht eines Bauteils mit eingepresstem Fügehilfselement Figur 3 Draufsicht auf das Bauteil aus Figur 1  FIG. 2 is a sectional view of a component with a pressed-in joining element; FIG. 3 is a top view of the component from FIG. 1
Bei dem Verfahren wird zunächst ein Bauteil 1 bereitgestellt, beispielsweise ein Blechbauteil. In dem Bauteil kann ein Durchgangsloch 2 ausgebildet sein, z.B. durch Stanzen oder Schneiden. An den der Bauteiloberfläche zuge wandten Rändern wird jeweils eine umlaufende Fase 3 bzw. 4 angeprägt. Durch die Anprägung wird eine Verfestigung des Materials des Bauteils er reicht. In the method, a component 1 is initially provided, for example a sheet metal component. A through hole 2 may be formed in the component, e.g. by punching or cutting. At the edges facing the component surface, a circumferential chamfer 3 or 4 is embossed. Due to the embossing, the material of the component is strengthened.
In einem nächsten Schritt wird ein Fügehilfselement 5 in Form eines Metall butzen in das Durchgangsloch eingebracht und in diesem verpresst, wodurch es kraftschlüssig im Bauteil 1 fixiert wird. Im Bereich der Fasen 3, 4 bildet das Fügehilfselement 5 zusätzlich einen Formschluss aus durch die Kragen 6 bzw. 7, welche das Bauteil 1 hinterschnittig beidseitig umgreifen. In a next step, a joining element 5 in the form of a metal slug is introduced into the through hole and pressed in it, as a result of which it is non-positively fixed in component 1. In the area of the bevels 3, 4, the auxiliary joining element 5 additionally forms a positive connection through the collars 6 and 7, respectively, which engage around the component 1 on both sides undercut.
Das eingepresste Fügehilfselement bietet nun die Möglichkeit ein weiteres Bauteil an diesem Fügehilfselement mit dem Bauteil 1 zu fügen. Dies ist be sonders vorteilhaft, wenn Bauteil 1 und weiteres Bauteil aus artfremden Ma terialien bestehen und ein Verschweißen nicht ohne weiteres möglich ist. Das Fügehilfselement kann dann aus einem material ausgebildet sein, wel ches ein Verschweißen oder Verlöten mit dem weiteren Bauteil ermöglicht. The pressed-in joining element now offers the possibility of joining another component to this joining element with component 1. This is particularly advantageous if component 1 and another component consist of materials of a different type and welding is not readily possible. The joining aid element can then be formed from a material which enables welding or soldering to the further component.
Erfolgt diese Verbindung durch ein Verschweißen, dann wird die Schweißung in einem mittleren Bereich, hier als Schweißbereich 8 bezeichnet, vorgenom men. Bevor nun das Bauteil an dem Fügehilfselement mit einem weiteren Bauteil verbunden wird, erfolgt ein Laserbehandlungsschritt. Flierzu wird ein Laserstrahl L auf einen Randbereich 9 gerichtet. Der Randbereich 9 verläuft um den Schweißbereich 8 herum und setzt sich zusammen aus einem Rand bereich 9' im Fügehilfselement und einem Randbereich 9" im Bauteil. Der Randbereich beinhaltet die Grenzfläche 10 zwischen Fügehilfselement 5 und Bauteil 1. If this connection is made by welding, then the welding is carried out in a central area, here referred to as welding area 8. Before the component on the joining aid element is connected to another component, a laser treatment step takes place. A laser beam L is directed towards an edge region 9. The edge area 9 runs around the welding area 8 and is composed of an edge area 9 in the joining aid element and an edge area 9 in the component. The edge area includes the interface 10 between the joining aid element 5 and component 1.
Der Schweißbereich 8 macht typischerweise ca. die Hälfte bis zwei Drittel des Durchmessers D des Fügehilfselements 5 aus. Dementsprechend hat der Randbereich 9' im Fügehilfselement 5 eine Breite B von ca. einem Viertel bis einem Sechstel des Durchmessers D. Der Randbereich 9" im Bauteil 1 hat ungefähr die gleiche Breite B. The welding area 8 typically makes up about half to two thirds of the diameter D of the joining element 5. Accordingly, the edge area 9 ' in the auxiliary joining element 5 has a width B of approximately one quarter to one sixth of the diameter D. The edge area 9 '' in the component 1 has approximately the same width B.
Durch Bestrahlen des Randbereichs bzw. Teilen des Randbereichs mit La serstrahlung L wird nun eine metallurgische Veränderung im bestrahlten Be reich vorgenommen. Dies kann je nach gewählten Parametern z.B. ein Auf schmelzen zur Legierungsdiffusion zwischen Material des Bauteils 1 und des Fügehilfselements 5, ein Härten des Randbereichs 9'des Fügehilfselements 5 oder der Kragen 6, 7 sein. Ebenso ist ein Spannungsarmglühen zum Ab bau von Spannungen denkbar, welche durch das Einpressen des Füge hilfselements 5 in das Bauteil erzeugt wurden. By irradiating the edge region or parts of the edge region with laser radiation L, a metallurgical change in the irradiated region is now carried out. Depending on the selected parameters, this can be, for example, melting on for alloy diffusion between the material of the component 1 and the joining element 5, hardening of the edge region 9 'of the joining element 5 or the collar 6, 7. Likewise, a stress relieving for the reduction of stresses is conceivable, which were produced by pressing the joining aid element 5 into the component.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Bauteils 1A, in welches ein Fügehilfselement 5 eingepresst wurde. Der Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Bauteil besteht darin, dass das Bauteil eine Korrosionsschutz schicht 11 in Form einer Zinkschicht umfasst. Diese Schicht ist beim Erzeu gen der Fasen am Durchgangsloch durch den Prägevorgang weitgehend er halten geblieben. Nach dem Einpressen des Fügehilfselements kann nun diese Zinkschicht gezielt mit dem Laserstrahl aufgeschmolzen werden. Die entstehende Schmelze fließt in einen eventuell vorhandenen Spalt an der Grenzfläche 10 und kann zum Auffüllen desselben verwendet werden. Wei terhin können Zinkatome durch ein gezieltes Aufschmelzen per Laserstrahl in das Grundmaterial des Fügehilfselements 5 oder des Bauteils 1 eingearbeitet werden zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bzw. zur Verrin gerung von Potentialunterschieden an der Grenzfläche 10. FIG. 2 shows a sectional view of a further component 1A, into which an auxiliary joining element 5 has been pressed. The difference to that in Figure 1 Component shown is that the component comprises a corrosion protection layer 11 in the form of a zinc layer. This layer has largely remained during the generation of the chamfers at the through hole by the embossing process. After pressing in the joining element, this zinc layer can now be melted with the laser beam. The resulting melt flows into a gap that may be present at the interface 10 and can be used to fill the same. Furthermore, zinc atoms can be incorporated into the base material of the joining element 5 or the component 1 by targeted melting using a laser beam in order to improve the mechanical properties or to reduce potential differences at the interface 10.
Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, kann die Bestrahlung mit Laserstrah lung zur gezielten metallurgischen Veränderung des Randbereichs auch an anders geformten Fügehilfselementen durchgeführt werden, beispielsweise an Fügehilfselementen mit nur einer Fase oder ganz ohne Fase oder an Fü gehilfselementen mit zusätzlichen Funktionsabschnitten wie z.B. Gewinden. Although not shown in the figures, the irradiation with laser radiation for the targeted metallurgical change of the edge region can also be carried out on differently shaped joining elements, for example on joining elements with only one chamfer or completely without chamfer or on joining elements with additional functional sections such as e.g. Threads.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf das Bauteil aus Figur 1 mit der Grenzfläche 10 zwischen Bauteil 1 und Fügehilfselement 5. Je nach Anwendungsfall kann der Randbereich umlaufend um das gesamte Fügehilfselement 5 bestrahlt werden, wie durch den in Figur 3 dargestellten bestrahlten Bereich 12 ange deutet. Alternativ kann auch nur ein Teilbereich, z.B. ein Fleck oder ein Stre ckenabschnitt mit Laserstrahlung nachbehandelt werden. Bezugszeichenliste FIG. 3 shows a plan view of the component from FIG. 1 with the interface 10 between component 1 and joining aid element 5. Depending on the application, the edge area can be irradiated all around the entire joining aid element 5, as indicated by the irradiated area 12 shown in FIG. Alternatively, only a partial area, for example a spot or a stretch section, can be post-treated with laser radiation. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 , 1 A Bauteil 1, 1 A component
2 Durchgangsloch 2 through hole
3, 4 Fase  3, 4 chamfer
5 Fügehilfselement  5 joining aid
6, 7 Kragen  6, 7 collar
8 Schweißabschnitt  8 welding section
9, 9', 9" Randbereich 9, 9 ' , 9 " edge area
10 Grenzfläche  10 interface
1 1 Korrosionsschutzschicht 1 1 Corrosion protection layer
12 bestrahlter Bereich 12 irradiated area
B Breite Randbereich  B Wide edge area
D Durchmesser Fügehilfselement D Joining element diameter
L Laserstrahl L laser beam

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit Fügehilfsele ment mit den Schritten: 1. Method for producing a vehicle component with joining aid element with the following steps:
- Bereitstellen eines Bauteils (1 ) eines ersten Materials,  - Providing a component (1) of a first material,
- Einpressen eines Fügehilfselements (5) eines zweiten Materials in einen blechförmigen Abschnitt des Bauteils (1 ), wodurch das Fügehilfselement (5) kraft- und/oder formschlüssig in dem Bauteil (1 fixiert wird,  - Pressing an auxiliary joining element (5) of a second material into a sheet-metal section of the component (1), whereby the auxiliary joining element (5) is fixed in the component (1) in a non-positive and / or positive manner,
gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, wonach characterized by the further step, after which
- ein Randbereich (9), welcher an die Grenzfläche (10) zwischen Füge hilfselement (5) und Bauteil (1 ) angrenzt, zumindest abschnittsweises mit La serstrahlung (L) derart bestrahlt wird, dass der bestrahlte Bereich erwärmt und eine metallurgische Veränderung des Materials im bestrahlten Bereich bewirkt wird.  - An edge region (9), which adjoins the interface (10) between joining aid element (5) and component (1), is irradiated at least in sections with laser radiation (L) in such a way that the irradiated region heats up and a metallurgical change in the material is effected in the irradiated area.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , bei dem 2. The method according to claim 1, in which
in dem Bauteil (1 ) ein Durchgangsloch (2) ausgebildet ist, dem zumindest auf einer Seite eine Fase (3) angeprägt ist und a through hole (2) is formed in the component (1) and a chamfer (3) is stamped onto it at least on one side and
das Fügehilfselement (5) in das Durchgangsloch (2) eingepresst wird, wodurch das Fügehilfselement (5) einen in die Fase (3) hineinragenden Kra gen (6) ausbildet. the joining element (5) is pressed into the through hole (2), whereby the joining element (5) forms a protruding into the chamfer (3) Kra gene (6).
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, bei dem 3. The method according to claim 2, in which
dem Durchgangsloch (2) auf beiden Seiten des Bauteils (1 ) eine Fase (3, 4) aufgeprägt ist und das Fügehilfselement (5) beim Einpressen zwei Kragen (6, 7) ausbildet, welche das Bauteil (1 ) hinterschnittig umgreifen. A chamfer (3, 4) is embossed on the through hole (2) on both sides of the component (1) and the joining aid element (5) forms two collars (6, 7) when pressed in, which grip around the component (1) undercut.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Erwärmung bis zum Aufschmelzen einer Materialschicht (11 ) erfolgt und die fügetechnische Veränderung ein zumindest teilweises Füllen eines Spalts an der Grenzfläche (10) von Bauteil (1 ) und Fügehilfselement (5) mit dem aufgeschmolzenen Material beinhaltet. 4. The method according to any one of the preceding claims, in which the heating takes place until a material layer (11) melts and the change in joining technology includes at least partially filling a gap at the interface (10) of component (1) and joining aid element (5) with the melted material.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, bei dem 5. The method according to claim 4, in which
die Materialschicht (11 ) eine Zinkschicht ist. the material layer (11) is a zinc layer.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der bestrahlte Bereich den Kragen (6, 7) des Fügehilfselements (5) beinhaltet und die Erwärmung mittels Laserstrahlung (L) derart erfolgt, dass nach an schließender Abkühlung eine Härtung des bestrahlten Bereichs erreicht wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, in which the irradiated area includes the collar (6, 7) of the joining element (5) and the heating by means of laser radiation (L) is carried out in such a way that after subsequent cooling, the irradiated area is hardened ,
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der bestrahlte Bereich sowohl Material des Bauteils (1 ) als auch des Füge hilfselements (5) beinhaltet und die Erwärmung bis zum Aufschmelzen des Materials im bestrahlten Bereich erfolgt, derart, dass eine Legierungsele mentdiffusion erzielt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, in which the irradiated area contains both the material of the component (1) and the joining auxiliary element (5) and the heating takes place until the material in the irradiated area melts, in such a way that alloying element diffusion is achieved becomes.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der bestrahlte Bereich durch die Erwärmung spannungsarm geglüht wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, in which the irradiated area is stress relieved by the heating.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der bestrahlte Bereich (12) ringförmig entlang der Grenzfläche (10) zwischen Bauteil (1 ) und Fügehilfselement (5) verläuft. 9. The method according to any one of the preceding claims, in which the irradiated area (12) runs in a ring along the interface (10) between the component (1) and joining aid element (5).
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem sich der Randbereich (9') im Fügehilfselement (5) über eine Breite (B) er streckt, die maximal ein Viertel oder maximal ein Sechstel des Durchmessers (D) des Fügehilfselements ausmacht. 10. The method according to any one of the preceding claims, in which the edge region (9 ' ) in the joining aid element (5) extends over a width (B) which makes up a maximum of a quarter or a maximum of one sixth of the diameter (D) of the joining aid element.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem das Bauteil (1 ) aus einem ersten Material ausgebildet ist und das Füge hilfselement (2) aus einem zum ersten Material artfremden zweiten Material. 11. The method according to any one of the preceding claims, in which the component (1) is formed from a first material and the joining auxiliary element (2) from a second material alien to the first material.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem das Bauteil (1 ) ein Karosseriebauteil oder Karosserieanbauteil ist. 12. The method according to any one of the preceding claims, in which the component (1) is a body part or body part.
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