DE102014019297A1 - Joining connection of at least two components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung (10) von wenigstens zwei Bauteilen (12, 14), insbesondere Blechbauteilen eines Kraftwagens, bei welcher die beiden Bauteile (12, 14) über wenigstens ein mechanisches Fügeelement (16) miteinander verbunden sind, welches einen Fügeelementschaft (22) und eine Fügeelementspitze (24) aufweist.The invention relates to a joint connection (10) of at least two components (12, 14), in particular sheet metal components of a motor vehicle, in which the two components (12, 14) are interconnected via at least one mechanical joining element (16) which has a joining element shaft (22 ) and a joining element tip (24).
Description
Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung von wenigstens zwei Bauteilen, insbesondere Blechbauteilen, eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a joint connection of at least two components, in particular sheet metal components, of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Eine solche Fügeverbindung von wenigstens zwei Bauteilen sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung von wenigstens zwei Bauteilen sind beispielsweise aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fügeverbindung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher die Bauteile auf besonders kostengünstige Weise und mit besonders hoher Haltekraft verbunden werden können.Object of the present invention is to provide a joint connection of the type mentioned, by means of which the components can be connected in a particularly cost-effective manner and with a particularly high holding power.
Diese Aufgabe wird durch eine Fügeverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch eine Fügeverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 sowie des Patentanspruchs 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a joint connection with the features of patent claim 1. Furthermore, this object is achieved by a joint connection with the features of claim 3 and of claim 5. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Fügeverbindung zu schaffen, mittels welcher die Bauteile auf besonders kostengünstige Weise und mit besonders hoher Haltekraft miteinander verbunden werden können, ist es gemäß Patentanspruch 1 vorgesehen, dass das Fügeelement einen die beiden Bauteile durchsetzenden Fügeelementabschnitt aufweist, welcher kegelförmig und/oder ogival ausgebildet ist. Mit anderen Worten durchdringt eine Spitze und/oder kegelförmiger Fügeelementabschnitt und/oder ogivaler Fügeelementabschnitt beide Bauteile. Der Fügeelementabschnitt kann bevorzugt auch keilförmig ausgebildet sein. Mit einer ogivalen Form ist hier eine spitzbogige Form des Fügeelementabschnitts gemeint. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein kostengünstiges Fügeelement bereitgestellt werden kann, da dazu eine vereinfachte Herstellung angewendet werden kann und geringe Materialkosten anfallen.In order to provide a joint connection, by means of which the components can be connected to each other in a particularly cost-effective manner and with a particularly high holding force, it is provided according to claim 1, that the joining element has a joining element section passing through the two components, which is conical and / or ogival formed , In other words, a tip and / or conical joining element section and / or ogival joining element section penetrates both components. The joining element section may preferably also be wedge-shaped. With an ogival form here is meant a pointed arched shape of the joining element section. This results in the advantage that a cost-effective joining element can be provided, since a simplified production can be used for this purpose and low material costs are incurred.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Fügeelement einen Fügeelementkopf aufweisen kann, wobei der Fügeelementkopf an dem Fügeelementabschnitt angeordnet ist. Mit anderen Worten ist an dem kegelförmigen und/oder ogival ausgebildeten Fügeelementabschnitt an dessen breitem Ende ein Fügeelementkopf, also ein Nagel- oder ein Schraubenkopf angebracht. Mit anderen Worten bildet das Fügeelement beispielsweise einen Nagel ohne Schaft, also nur mit Spitze und Kopf. Dadurch kann ein Fügeelement mit vereinfachter Geometrie bereitgestellt werden, welches kostengünstig in der Herstellung ist und höhere Haltekräfte aufweisen kann.A further embodiment provides that the joining element can have a joining element head, wherein the joining element head is arranged on the joining element section. In other words, a joining element head, ie a nail or a screw head, is attached to the conical and / or ogival joining element section at its broad end. In other words, the joining element forms, for example, a nail without shank, ie only with the tip and the head. Thereby, a joining element can be provided with a simplified geometry, which is inexpensive to manufacture and can have higher holding forces.
Zu der Erfindung gehört auch eine Fügeverbindung von wenigstens zwei Bauteilen, insbesondere Blechbauteilen, eines Kraftwagens, bei welcher die beiden Bauteile über wenigstens ein mechanisches Fügeelement miteinander verbunden sind, welches einen Fügeelementschaft und eine Fügeelementspitze aufweist, welche an einem ersten Ende des Fügeelementschafts gegenüber einem zweiten Ende des Fügeelementschafts angeordnet ist. Mit anderen Worten bildet das Fügeelement beispielsweise einen Nagel ohne Kopf, also nur mit Schaft und Spitze. Dabei ist die Fügeelementspitze ogival mit einem planen Ende ausgebildet. Mit anderen Worten weist die Fügeelementspitze eine ogivale Kontur auf, wobei deren Ende nicht zu einer Spitze verläuft sondern plan, als Ebene Fläche, endet. In diesem Zusammenhang bildet die sogenannte Fügelementspitze keine Spitze sondern definiert einen Endabschnitt des Fügeelements. Mit anderen Worten kann ein Fügeelement in Form eines Nagels mit einem Nagelschaft und einer flachen Nagelspitze – aber ohne einen Nagelkopf – bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Nagelspitze – also das spitz zulaufende Ende – zu einem gewissen Teil entfernt werden, sodass eine flache Restspitze, insbesondere eine ogivale flach endende Restspitze, erhalten bleibt. Bevorzugt kann die Nagelspitze ogival mit einem spitz zulaufenden Ende ausgebildet sein. Bevorzugt kann der Fügeelementschaft nicht nur zylindrisch ausgebildet sein, sondern von dem ersten Schaftende hin zu dem zweiten Schaftende breiter werden. Mit anderen Worten kann der Durchmesser des zweiten Endes des Fügelementschafts größer sein als der Durchmesser des ersten Endes des Fügeelementschafts.The invention also includes a joining connection of at least two components, in particular sheet metal components, of a motor vehicle, in which the two components are connected to one another via at least one mechanical joining element, which has a joining element shaft and a joining element tip, which at a first end of the joining element against a second End of the joining element shaft is arranged. In other words, the joining element forms, for example, a nail without a head, ie only with shank and tip. The joining element tip is ogival formed with a flat end. In other words, the joining element tip has an ogival contour, the end of which does not extend to a point but ends flat, as a plane surface. In this context, the so-called Fügelementspitze forms no peak but defines an end portion of the joining element. In other words, a joining element in the form of a nail with a nail shank and a flat nail tip - but without a nail head - can be provided. For example, the nail tip - ie the pointed end - can be removed to a certain extent, so that a flat residual tip, in particular an ogival flat ending residual tip, is maintained. Preferably, the nail tip may be formed ogival with a tapered end. Preferably, the joining element shaft can not only be cylindrical, but can be wider from the first shaft end to the second shaft end. In other words, the diameter of the second end of the Fügelementschafts be greater than the diameter of the first end of the joining element shaft.
Dadurch, dass das Fügeelement ohne Fügeelementkopf ausgebildet ist, kann sich kein Spalt zwischen der Bauteiloberfläche und dem Fügeelementkopf bilden. Somit kann beispielsweise keine Feuchtigkeit in den Spalt eindringen, wodurch einer Korrosion der Bauteile entgegengewirkt werden kann. Ferner ergibt sich durch ein Fügeelement ohne Kopf ein geringeres Gewicht und die Störkontur, welche durch den Fügeelementkopf hervorgerufen wird, kann vermieden werden. Bevorzugt kann das Fügeelement einen Fügeelementkopf aufweisen, welcher an dem zweiten Ende des Fügeelementschafts angeordnet ist.Because the joining element is designed without joining element head, no gap can form between the component surface and the joining element head. Thus, for example, no moisture can penetrate into the gap, whereby corrosion of the components can be counteracted. Furthermore, results from a joining element without head a lower weight and the interference contour, which is caused by the Fügeelementkopf can be avoided. Preferably, the joining element a joining element head, which is arranged at the second end of the joining element shaft.
Zu der Erfindung gehört ferner eine Fügeverbindung von wenigstens zwei Bauteilen, insbesondere Blechbauteilen, eines Kraftwagens, bei welcher die beiden Bauteile über wenigstens ein mechanisches Fügeelement miteinander verbunden sind, welches ein Fügeelementschaft aufweist, an dessen erstem Ende ein Fügeelementkopf angeordnet ist, wobei ein gegenüber dem ersten Ende angeordnetes zweites Ende des Fügeelements plan ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist an einem Fügeelementschaft ein Fügeelementkopf, also ein Nagel- oder ein Schraubenkopf, angebracht. Mit anderen Worten bildet das Fügeelement beispielsweise einen Nagel ohne Spitze, also nur mit Schaft und Kopf. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine höhere Tragfähigkeit gewährleistet werden kann, da ein Fügeelement mit einem flachen Ende zu einer Butzenbildung führt und anders als bei einem Fügeelement mit einer Spitze keine seitliche Materialverdrängung beim Einbringen des Fügeelements in die Bauteile stattfindet.The invention further includes a joining connection of at least two components, in particular sheet metal components, of a motor vehicle, in which the two components are connected to one another via at least one mechanical joining element which has a joining element shaft, at the first end of which a joining element head is arranged, one opposite to the first first end arranged second end of the joining element is flat. In other words, a joining element head, ie a nail or a screw head, is attached to a joining element shaft. In other words, the joining element forms, for example, a nail without a tip, ie only with the shaft and head. This results in the advantage that a higher load-bearing capacity can be ensured, since a joining element with a flat end leads to a slug formation and, unlike a joining element with a tip, no lateral material displacement takes place when the joining element is introduced into the components.
Vorzugsweise kann der Fügeelementschaft an seiner Oberfläche ein Profil aufweisen. Dabei kann der Fügeelementschaft beispielsweise an seiner Oberfläche Rillen und/oder Vertiefungen und/oder ein Gewinde aufweisen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Fügeelement eine höhere Tragfähigkeit und/oder eine höhere Haltekraft besitzt.Preferably, the joining element shaft may have a profile on its surface. In this case, the joining element shaft, for example, on its surface grooves and / or depressions and / or have a thread. This results in the advantage that the joining element has a higher load capacity and / or a higher holding force.
Bevorzugt kann das Fügeelement, welches beispielsweise einen Fügeelementschaft und/oder einen Fügeelementkopf und/oder eine Fügelementspitze aufweist, als Nagel und/oder als Bolzen und/oder als Stift ausgebildet sein.Preferably, the joining element, which has, for example, a joining element shaft and / or a joining element head and / or a Fügelementspitze formed as a nail and / or as a bolt and / or as a pin.
Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung von wenigstens zwei Bauteilen, insbesondere Blechbauteilen, insbesondere eines Kraftwagens, bei welchem die beiden Bauteile über wenigstens ein mechanisches Fügeelement miteinander verbunden werden, wobei das Fügeelement in einem vorbestimmten Winkel zu einer Flächennormale der Bauteile in diese eingebracht wird. Mit anderen Worten wird das Fügeelement schräg in die Bauteile eingetrieben. Als Fügeelement kann beispielsweise ein Nagel oder ein Fügeelement in einer der bereits beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. Um höhere Haltekräfte in Kopfrichtung, d. h. in Zugrichtung in Richtung Blechnormale, zu erzielen, wird das Fügeelement, beispielsweise in Form eines Nagels mit oder ohne einen Nagelkopf, mit einem Nagelschaft und mit einer Nagelspitze, gezielt schräg in die beiden Bauteile eingetrieben. Dadurch entsteht zusätzlich zum Kraftschluss ein stärkerer Formschluss. Dadurch können höhere Haltekräfte in Kopfzugrichtung erzielt werden, da ein schräg eingetriebenes Fügeelement zum Verklemmen und/oder Verkeilen der Bauteile zueinander führt.The invention also includes a method for producing a joint connection of at least two components, in particular sheet metal components, in particular a motor vehicle, in which the two components are connected to each other via at least one mechanical joining element, wherein the joining element at a predetermined angle to a surface normal of the components in this is introduced. In other words, the joining element is driven obliquely into the components. As a joining element, for example, a nail or a joining element can be used in one of the embodiments already described. To higher holding forces in the head direction, d. H. in the pulling direction in the direction of the lead normals, the joining element, for example in the form of a nail with or without a nail head, with a nail shank and with a nail tip, is selectively driven obliquely into the two components. This creates a stronger positive connection in addition to the traction. As a result, higher holding forces can be achieved in Kopfzugrichtung, as an obliquely driven joining element for jamming and / or wedging of the components leads to each other.
In vorteilhafter Weise wird das Fügeelement mit einer Fügegeschwindigkeit zwischen 5 Meter pro Sekunde und 300 Meter pro Sekunde oder mit einer Fügegeschwindigkeit von weniger als 5 Meter pro Sekunde in die Bauteile eingebracht.Advantageously, the joining element is introduced into the components at a joining speed of between 5 meters per second and 300 meters per second or at a joining speed of less than 5 meters per second.
Um das beispielsweise als Nagel ausgebildete Fügeelement mit der hohen Geschwindigkeit (5 bis 300 Meter pro Sekunde) in die Bauteile einzutreiben, können Bolzenschussgeräte und/oder pulverkraftbetriebene Kartuschen angewendet werden. Durch den Durchschlag ergibt sich eine hohe Haltekraft in den Bauteilen. Wird das Fügeelement beispielsweise mit einer niedrigen Geschwindigkeit, d. h. mit einer Geschwindigkeit von weniger als 5 Meter pro Sekunde, in die Bauteile eingebracht so ergibt sich der Vorteil, dass eine geringere Lautstärke erzielt werden kann. Bei hohen Geschwindigkeiten kann es üblicherweise zu Lautstärken von über 130 Dezibel kommen. Diese hohe Lautstärken werden durch Schwingungen erzeugt, die aus hohen Setzgeschwindigkeiten resultieren, mit denen das Fügeelement üblicherweise auf die Bauteile auftrifft. Aufgrund dieser hohen Lautstärken kommen üblicherweise kostenintensive und unflexible Schallschutzkabinen zum Einsatz. Unabhängig davon, welche Setzgeschwindigkeit verwendet wird, ist durch das gezielte schräge Eintreiben des Fügeelements immer eine hohe Haltekraft gewährleistet.In order to drive the joining element designed as a nail, for example, at high speed (5 to 300 meters per second) into the components, bolt guns and / or powder-operated cartridges can be used. The breakdown results in a high holding force in the components. For example, if the joining element is running at a low speed, i. H. At a speed of less than 5 meters per second, introduced into the components so there is the advantage that a lower volume can be achieved. At high speeds, it can usually come to volumes above 130 decibels. These high volumes are generated by vibrations resulting from high setting speeds with which the joining element usually impinges on the components. Because of these high volumes usually cost-intensive and inflexible soundproof cabins are used. Regardless of which setting speed is used, a high holding force is always ensured by the targeted oblique driving of the joining element.
Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass trotz des Einsatzes der nur sehr geringen Geschwindigkeit, mit der das Fügeelement in die Bauteile eingedrückt wird, die Steifigkeitsanforderungen an die Bauteile besonders gering sind. Somit können die Bauteile besonders fest miteinander verbunden werden. Darüber hinaus kann der Aufwand einer Sensorik zum Überwachen des Verfahrens im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren gering gehalten werden.In addition, it has been found that despite the use of only a very low speed with which the joining element is pressed into the components, the rigidity requirements on the components are particularly low. Thus, the components can be particularly firmly connected to each other. In addition, the cost of a sensor for monitoring the process compared to conventional methods can be kept low.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als Fügeelement das Fügeelement mit einem Fügeelementschaft und einer Fügeelementspitze, welche an einem ersten Ende gegenüber einem zweiten Ende des Fügeelementschafts angeordnet ist, verwendet wird.A further embodiment of the invention provides that the joining element with a joining element shaft and a joining element tip, which is arranged at a first end opposite a second end of the joining element shaft, is used as the joining element.
In vorteilhafter Weise wird als Fügeelement das Fügeelement mit einem die beiden Bauteile durchsetzenden Fügeelementabschnitt, welcher kegelförmig und/oder ogival ausgebildet ist, insbesondere mit einem an dem Fügeelementabschnitt angeordneten Fügeelementkopf, verwendet.Advantageously, the joining element is used as the joining element with a joining element section passing through the two components, which is of conical and / or ogival design, in particular with a joining element head arranged on the joining element section.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen, diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following Description of preferred embodiments and with reference to the drawings, these show in:
In
Aus den
In
In
In den
Aus
In den
In
Aus den
Insgesamt gehen somit ein Verfahren sowie ein Hilfsfügeelement zum Erstellen einer Fügeverbindung hervor. Beim herkömmlichen Bolzensetzen ist der Haltemechanismus hauptsächlich durch Kraftschluss gewährleistet. Bei einem Verfahren, bei dem das Fügeelement schräg in die Bauteile eingetrieben wird, entsteht zusätzlich zum Kraftschluss ein starker Formschluss und dadurch eine deutlich höhere Tragfähigkeit. Somit kann auch bei langsamen Eintreibgeschwindigkeiten (Setzgeschwindigkeiten) eine niedrigere Tragfähigkeit, welche sich durch eine langsamere Eintreibgeschwindigkeit ergibt, kompensiert werden. Das Fügeelement kann dabei unterschiedliche Ausführungsformen, beispielsweise in Form eines Nagels mit oder ohne einem Nagelschaft, mit oder ohne einer Nagelspitze und mit oder ohne einem Nagelkopf, aufweisen. Das Fügeelement kann dabei einen unterschiedlich ausgebildeten Fügeelementabschnitt aufweisen, der von einer anfangs ogivalen Form in eine kegelförmige Form übergeht. Dieser Prozess des schrägen Einbringens eines Fügeelements in Bauteile ist sehr stabil, da kein Durchschlag zustande kommt und somit die Parametrierung oder die Prüfung während des Prozesses stark vereinfacht werden kann. Die Fügeelemente können zudem dünner ausgeführt werden, da durch das neue Verfahren eine geringere Kraft auf das Bauteil beim Eintreiben aufgebracht wird. Die Belastung auf das Bauteil ist nicht in Richtung der Bauteilnormalen, sondern schräg, da Haltekräfte durch die Schrägstellung, also den Formschluss, zustande kommen. Dabei ist das Verfahren mit einseitiger und/oder zweiseitiger Zugänglichkeit realisierbar.Overall, therefore, a method and a Hilfsfügeelement to create a joint connection out. In conventional stud setting the holding mechanism is mainly ensured by traction. In a process in which the joining element is driven obliquely into the components, in addition to the traction, a strong positive connection and thus a significantly higher load capacity. Thus, even at slow Eintreibgeschwindigkeiten (set speeds), a lower load capacity, which results from a slower Eintreibgeschwindigkeit be compensated. The joining element may have different embodiments, for example in the form of a nail with or without a nail shank, with or without a nail tip and with or without a nail head. In this case, the joining element may have a differently designed joining element section, which merges from an initially ogival form into a conical shape. This process of obliquely introducing a joining element into components is very stable, since no breakdown occurs and thus the parameterization or the test can be greatly simplified during the process. The joining elements can also be made thinner, since the new method, a lower force is applied to the component during driving. The load on the component is not in the direction of the component normal, but obliquely, since holding forces come about by the inclination, ie the positive connection. In this case, the method can be implemented with one-sided and / or two-sided accessibility.
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