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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei flächig aufeinander liegenden Bauteilen mit Hilfe eines Verbindungskörpers, der fest mit einem unteren Bauteil verbunden wird und der sich durch ein Durchgangsloch in einem oberen Bauteil hindurch erstreckt, wobei ein aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragendes Ende des Verbindungskörpers mit einem radial abstehenden Randbereich von oben an dem oberen Bauteil zur Anlage kommt.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 2 152 461 B1 ist eine Reibscheißverbindung mit mehreren aufeinander liegenden flächigen Bauteilen und mit einem Verbindungskörper bekannt, wobei die Bauteile von dem Verbindungskörper zusammengehalten sind, der mit einem Bund auf einem oberen Bauteil aufsitzt, das einen Durchbruch für die Aufnahme des Verbindungskörpers aufweist, der mit seiner Stirnseite eine durch Rotation und Druck des Verbindungskörpers erzeugte Reibschweißzone mit einem unteren Bauteil bildet. Aus dem US-Patent
US 3,695,654 ist ein Strukturelement mit einer Öffnung bekannt, das mit Hilfe eines zylindrischen Befestigungselements, das verformbare Segmente aufweist, mit einem Träger verschweißt wird. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2008 031 121 A1 ist eine Schweißnietverbindung eines oder mehrerer Bauteile mit einem Grundbauteil bekannt, wobei das oder die Bauteile eine Bohrung aufweisen, durch welche ein, einen Kopf aufweisender Schweißniet mit seinem Schaft hindurchragt, wobei der Schaft mit einer Stirnfläche mit der Oberfläche des Grundbauteils verschweißt und plastisch verformt ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 034 183 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen bekannt, wobei ein erstes Bauteil aus Kunststoff oder Nichteisenmetall besteht und ein zweites Bauteil aus Stahl, Nichteisenmetall oder Kunststoff besteht, wobei in dem ersten Bauteil im Bereich der Überlappung mit dem zweiten Bauteil in Öffnungen Schweißniete aus Stahl angeordnet werden. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 33 16 047 A1 ist eine Vorrichtung zum Befestigen von Polmassen im Gehäuse einer sich drehenden elektrischen Maschine bekannt, wobei jede Polmasse im Gehäuse mittels mindestens eines glatten Bolzens befestigt ist, der ein radiales Loch im Gehäuse durchsetzt, wobei sein inneres Ende mit der Polmasse verschweißt und sein äußeres Ende mit dem Gehäuse vernietet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Herstellen eines Bauteilverbundes mit mindestens zwei flächig aufeinander liegenden Bauteilen, die mit Hilfe eines Verbindungskörpers miteinander verbunden werden, der fest mit einem unteren Bauteil verbunden wird und der sich durch ein Durchgangsloch in einem oberen Bauteil hindurch erstreckt, wobei ein aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragendes Ende des Verbindungskörpers mit einem radial abstehenden Randbereich von oben an dem oberen Bauteil zur Anlage kommt, zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei flächig aufeinander liegenden Bauteilen mit Hilfe eines Verbindungskörpers, der fest mit einem unteren Bauteil verbunden wird und der sich durch ein Durchgangsloch in einem oberen Bauteil hindurch erstreckt, wobei ein aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragendes Ende des Verbindungskörpers mit einem radial abstehenden Randbereich von oben an dem oberen Bauteil zur Anlage kommt, dadurch gelöst, dass der Verbindungskörper mit einem einem Zugdorn abgewandten Ende fest mit dem unteren Bauteil verbunden wird, insbesondere stoffschlüssig, durch Umformen des Verbindungskörpers. Zusätzlich kann das obere Bauteil stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, mit dem unteren Bauteil verbunden werden.
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Das obere Bauteil wird vorteilhaft erst nach dem Fügen des Verbindungskörpers mit dem unteren Bauteil auf das untere Bauteil gelegt und stoffschlüssig mit diesem verbunden. Das beanspruchte Verfahren wird vorzugsweise im Rohbau von Karosserien eingesetzt, um Bauteile aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere Blechmaterialien, wie Aluminium und Stahl, zu verbinden. Mit Hilfe des Verbindungskörpers beziehungsweise mit Hilfe von mehreren Verbindungskörpern, wird aus den mindestens zwei flächig aufeinander liegenden Bauteilen ein Bauteilverbund erzeugt, der eine eher geringe Dicke aufweist, die vorteilhaft kleiner als zehn Millimeter ist. Besonders bevorzugt hat der Bauteilverbund eine Gesamtstärke von 2,5 bis 4,5 Millimeter. Je nach Materialkombination, insbesondere bei einer Kombination von Aluminiumblech mit Stahlblech aus einem ultrahochfesten Stahl, sind herkömmliche Nietverfahren nicht oder nicht ohne weiteres anwendbar. Bei dem beanspruchten Verfahren wird vorteilhaft ein Stoffschluss zwischen dem Verbindungskörper und dem unteren Bauteil, das vorzugsweise aus Stahlblech gebildet ist, geschaffen. Das beanspruchte Verfahren liefert unter anderem den Vorteil, dass der Verbindungskörper durch ein herkömmliches Schweißverfahren fest mit dem unteren Bauteil verbunden werden kann, weil die Schnittstelle zwischen dem Verbindungskörper und dem unteren Bauteil problemlos zugänglich ist, bevor das obere Bauteil stoffschlüssig mit dem unteren Bauteil verbunden wird. Das liefert den Vorteil, dass zum Herstellen der Schweißverbindung Schweißgeräte verwendet werden können, wie sie in normalen Werkstätten verfügbar sind. Zwischen dem oberen Bauteil, das vorzugsweise aus einem Aluminiumblechmaterial gebildet ist, und dem Verbindungskörper wird vorteilhaft ein Formschluss erzeugt. Das untere Bauteil wird aus Stabilitätsgründen nicht mit einem Durchgangsloch versehen, insbesondere nicht gelocht. Das beanspruchte Verfahren liefert des Weiteren den Vorteil, dass ein rückseitiger Aufbau, also ein Aufbau auf der dem oberen Bauteil abgewandten Seite des unteren Bauteils, nicht benötigt wird. Das beanspruchte Verfahren kann besonders vorteilhaft auch außerhalb von Produktionsstätten durchgeführt werden, zum Beispiel in Werkstätten, in denen Kundendienste beziehungsweise Reparaturen an Kraftfahrzeugen durchgeführt werden. Dabei kann das beanspruchte Verfahren besonders vorteilhaft ein Reibschweißverfahren beziehungsweise Reibelementschweißverfahren ersetzen, das außerhalb von Produktionsstätten, insbesondere in Werkstätten, nicht oder nicht ohne weiteres ausgeführt werden kann. Durch die beanspruchten Gegenstände wird ein kundendiensttaugliches Instandsetzungskonzept bereitgestellt, das idealerweise auch bei einer einseitigen Zugänglichkeit der Verbindungsstelle anwendbar ist. Darüber hinaus erfolgt vorteilhaft keine Schwächung des unteren Bauteils, zum Beispiel durch Lochen. Ein rückseitiger Aufbau kann vorteilhaft ebenfalls entfallen. Durch den Verbindungskörper wird zudem ein niedriger Aufbau auf der dem unteren Bauteil abgewandten Seite des oberen Bauteils ermöglicht. Dadurch können andere Teile, wie insbesondere Scheiben, problemlos auf dem oberen Bauteil montiert werden. Ein Kleber zur Darstellung der stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere der Klebverbindung, zwischen den beiden Bauteilen spielt im Bereich der Fügestelle zwischen dem Verbindungskörper und dem unteren Bauteil vorteilhaft keine Rolle, da der Verbindungsprozess, insbesondere der Schweißprozess, zwischen dem Verbindungskörper und dem unteren Bauteil vorteilhaft vor Aufbringen des Klebers abgeschlossen werden kann. Die stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, zu verbindenden Bauteile sind beim festen Verbinden, insbesondere Verschweißen, des Verbindungskörpers mit dem unteren Bauteil vorteilhaft noch voneinander getrennt. Dadurch wird besonders vorteilhaft die Verbindung von einem ultrahochfesten Stahl mit einem andersartigen Werkstoff zu einer sogenannten Multi-Material-Verbindung im Kundendienst ermöglicht. Das beanspruchte Verfahren wird zum Beispiel an Karosserien im Scheibenbereich beziehungsweise Dachbereich angewendet, wo eine Karosserieaußenhaut mit einer Tragstruktur verbunden wird. Die Tragstruktur mit dem unteren Bauteil ist zum Beispiel eine tragende Säule, wie eine A-Säule, eines Kraftfahrzeugs, an der das obere Bauteil mit Hilfe des Verbindungskörpers, insbesondere mit Hilfe von mehreren Verbindungskörpern, befestigt wird. Durch den Zugdorn an dem Verbindungskörper eignet sich das beanspruchte Verfahren besonders für Fügestellen, die nur einseitig zugänglich sind. Mit dem Zugdorn kann das Umformen vorteilhaft in ähnlicher Art und Weise wie beim Blindnieten kräftemäßig von einer Seite, insbesondere in der dem unteren Bauteil abgewandten Seite des oberen Bauteils durchgeführt werden, ohne dass von der anderen Seite, also von der dem oberen Bauteil abgewandten Seite des unteren Bauteils eine Gegenkraft aufgebracht wird. Daher kann das beanspruchte Verfahren auch als Fließformblindnietschweißen bezeichnet werden. Der Zugdorn spielt beim festen Verbinden, insbesondere beim Verschweißen, des Verbindungskörpers mit dem unteren Bauteil keine Rolle. Der Zugdorn entfaltet seine Wirkung nur beim Umformen, insbesondere beim Fließformen, des Verbindungskörpers, insbesondere an seinem aus dem Durchgangsloch an dem oberen Bauteil herausragenden Ende.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der fest mit dem unteren Bauteil verbundene Verbindungskörper mit einem Kombinationswerkzeug, das ein Umformwerkzeug und ein Zugwerkzeug umfasst, so umgeformt wird, dass das aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragende Ende des Verbindungskörpers mit dem radial nach außen abstehenden Randbereich von oben an dem oberen Bauteil zur Anlage kommt. Sobald der Verbindungskörper fest mit dem unteren Bauteil verbunden ist, kann das obere Bauteil inklusive eines geeigneten Klebers oder Klebstoffs auf das untere Bauteil aufgebracht werden. Dabei wird das Durchgangsloch in dem oberen Bauteil oberhalb des Verbindungskörpers positioniert. Nach dem stoffschlüssigen Verbinden, insbesondere Verkleben, der beiden Bauteile ragt das dem unteren Bauteil abgewandte Ende des Verbindungskörpers aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil heraus. Das herausragende Ende des Verbindungskörpers wird dann so oder so ähnlich wie bei einem Fließformnietenverfahren umgeformt, dass eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen entsteht. In diesem Zusammenhang kann der Verbindungskörper auch als Fließformschweißniet bezeichnet werden. Der Klebstoff wird vorteilhaft auf die dem unteren Bauteil zugewandte Seite des oberen Bauteils aufgebracht. Davor oder danach kann das obere Bauteil, gegebenenfalls mit dem Klebstoff, gelocht werden, um das Durchgangsloch für den Verbindungskörper zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann der Kleber oder Klebstoff für die stoffschlüssige Verbindung auch auf das untere Bauteil aufgebracht werden. Der Zugdorn umfasst vorteilhaft einen Gewindeabschnitt mit einem Außengewinde, in das ein Innengewinde eingreift, das in einem zentralen Durchgangsloch des Zugwerkzeugs ausgebildet ist. So kann auf einfache Art und Weise durch Verdrehen des Zugwerkzeugs eine Zugkraft auf den Zugdorn aufgebracht werden, während gleichzeitig eine Druckkraft auf das Umformwerkzeug aufgebracht wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kombinationswerkzeug so lange und so intensiv Druck auf das aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragende Ende des Verbindungskörpers und Zug auf den Zugdorn des Verbindungskörpers ausgeübt wird, bis der Umformvorgang abgeschlossen ist und der Zugdorn an einer Sollbruchstelle vom Verbindungskörper abgetrennt wird. So kann der Umformvorgang besonders vorteilhaft abgeschlossen werden, ohne dass von der Rückseite, also der dem Umformwerkzeug abgewandten Seite des Bauteilverbundes aus den beiden Bauteilen eine Gegenkraft aufgebracht werden muss. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Rückseite nicht oder nur erschwert zugänglich ist. Nach Abschluss des Umformvorgangs wird der Zugdorn nicht mehr benötigt und kann abgetrennt werden. Nach dem Abtrennen stellt der Verbindungskörper vorzugsweise einen im Wesentlichen normalen Fließformschweißniet dar. Die Sollbruchstelle ist zum Beispiel durch eine Materialschwächung, wie eine Einkerbung, des Zugdorns realisiert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umformvorgang mit dem Kombinationswerkzeug so durchgeführt wird, dass der Verbindungskörper plastisch verformt wird. Zu diesem Zweck umfasst das Umformwerkzeug zum Beispiel einen entsprechend gestalteten Formdorn, mit welchem das aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragende Ende des Verbindungskörpers plastisch verformt wird. Aufgrund der plastischen Verformung wird der Umformvorgang auch als Fließformen bezeichnet. Wegen des vorangegangenen Verschweißens des Verbindungskörpers mit dem unteren Bauteil kann das beanspruchte Verfahren auch als Fließformschweißnieten bezeichnet werden. Im Zusammenhang mit dem an der Sollbruchstelle abgetrennten Zugdorn kann das beanspruchte Verfahren auch als Fließformblindnietschweißen bezeichnet werden. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile durch den Verbindungskörper sowohl stoffschlüssig als auch formschlüssig miteinander verbunden werden. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein stabiler Bauteilverbund geschaffen. Dieser Bauteilverbund wird vorteilhaft an einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs eingesetzt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile aus unterschiedlichen Blechmaterialien gebildet sind. Bei den Blechmaterialien handelt es sich vorzugsweise um relativ dünne Blechmaterialien, da der Bauteilverbund insgesamt eine eher geringe Dicke aufweist, die zum Beispiel kleiner als zehn Millimeter ist. Der Bauteilverbund wird vorteilhaft im Rohbau von Karosserien von Kraftfahrzeugen verwendet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das untere Bauteil aus einem Stahlblechmaterial, insbesondere aus einem ultrahochfesten Stahlblechmaterial, gebildet ist, wobei das obere Bauteil aus einem Aluminiumblechmaterial gebildet ist. Das ultrahochfeste Stahlblechmaterial kann zum Beispiel mit ultrahochfesten Mangan-Bor-Stählen dargestellt werden, wie sie für tragende und sicherheitsrelevante Strukturteile in Kraftfahrzeugen verwendet werden können, bei denen höchster Widerstand gegen Deformation erforderlich ist. Die Stahlblechmaterialien, insbesondere Blechplatinen, aus diesen Stählen werden zum Beispiel warm umgeformt und direkt in einer Presse gezielt abgekühlt, wodurch sich extreme Bauteilfestigkeiten bis zu sechzehnhundertfünfzig Megapascal einstellen lassen. Die ultrahochfesten Stahlblechmaterialien sind zudem leichter als vergleichbare herkömmliche Stahlblechmaterialien. Zur Darstellung eines Bauteilverbunds aus Bauteilen mit den genannten Blechmaterialien hat sich das beanspruchte Verfahren als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskörper im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels mit einem geschlossenen Ende hat, das fest mit dem unteren Bauteil verbunden wird, insbesondere verschweißt wird. Das geschlossene Ende des Verbindungskörpers kann im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe haben, die radial außen etwas über den Kreiszylindermantel heraus steht. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Schweißverbindung zwischen dem Verbindungskörper und dem unteren Bauteil ermöglicht. Das aus dem oberen Bauteil herausragende Ende des geraden Kreiszylindermantels des Verbindungskörpers kann auf einfache Art und Weise mit einem geeigneten Umformwerkzeug, insbesondere einem Formdorn, umgeformt werden, so dass der radial abstehende Randbereich des Verbindungskörpers von oben an dem oberen Bauteil zur Anlage kommt, um den gewünschten Formschluss darzustellen. Der Zugdorn ist vorteilhaft einstückig mit dem geschlossenen Ende des Verbindungskörpers verbunden, bevor er an der Sollbruchstelle abgetrennt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringraum um den Verbindungskörper in dem Durchgangsloch des oberen Bauteils beim Umformen des Verbindungskörpers mit Kleber und/oder plastisch verformtem Material ausgefüllt wird. Der Kleber wird zum Beispiel beim Umformen zwischen den beiden Bauteilen zusammengepresst und gegebenenfalls teilweise herausgedrückt. Das plastisch verformte Material sammelt sich gegebenenfalls, zumindest teilweise, in dem Ringraum.
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Bei einer Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei flächig aufeinander liegenden Bauteilen mit Hilfe eines Verbindungskörpers, der fest mit einem unteren Bauteil verbunden wird und der sich durch ein Durchgangsloch in einem oberen Bauteil hindurch erstreckt, wobei ein aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragendes Ende des Verbindungskörpers mit einem radial abstehenden Randbereich von oben an dem oberen Bauteil zur Anlage kommt, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Vorrichtung ein Kombinationswerkzeug umfasst, in welchem ein Umformwerkzeug mit einem Zugwerkzeug kombiniert ist. Das Umformwerkzeug umfasst vorteilhaft einen Formdorn, mit welchem das aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragende Ende des Verbindungskörpers durch entsprechende Druckausübung mit dem Umformwerkzeug plastisch verformt wird. Das Kombinationswerkzeug ermöglicht es, das Fließformschweißnieten auch bei einseitig zugänglichen Fügestellen anzuwenden, was dann als Fließformblindnietschweißen bezeichnet wird.
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Bei einem Bauteilverbund mit mindestens zwei flächig aufeinander liegenden Bauteilen, die mit Hilfe eines Verbindungskörpers miteinander verbunden werden, der fest mit einem unteren Bauteil verbunden ist und der sich durch ein Durchgangsloch in einem oberen Bauteil hindurch erstreckt, wobei ein aus dem Durchgangsloch in dem oberen Bauteil herausragendes Ende des Verbindungskörpers mit einem radial abstehenden Randbereich von oben an dem oberen Bauteil zur Anlage kommt, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die beiden Bauteile sowohl stoffschlüssig als auch formschlüssig miteinander verbunden sind. Bei einem Verbindungskörper zum Herstellen eines vorab beschriebenen Bauteilverbundes, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, insbesondere mit einer vorab beschriebenen Vorrichtung, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Verbindungskörper einen Zugdorn umfasst, der über eine Sollbruchstelle mit dem Verbindungskörper verbunden ist. Der Zugdorn ist vorteilhaft einstückig mit dem Verbindungskörper verbunden. Der Verbindungskörper mit dem Zugdorn ist separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte Darstellung eines unteren Bauteils beim Befestigen eines Verbindungskörpers;
- 2 das untere Bauteil aus 1 mit dem daran befestigten Verbindungskörper nach dem stoffschlüssigen Verbinden des unteren Bauteils mit einem oberen Bauteil;
- 3 den Bauteilverbund aus 2 beim Umformen des Verbindungskörpers mit einem Umformwerkzeug; und
- 4 den fertigen Bauteilverbund, in welchem die beiden Bauteile mit Hilfe des Verbindungskörpers sowohl stoffschlüssig als auch formschlüssig miteinander verbunden sind.
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In 1 ist ein unteres Bauteil 1 zur Herstellung eines in 4 dargestellten Bauteilverbunds 40 vereinfacht dargestellt. Das untere Bauteil 1 ist aus einem Blechmaterial 2 gebildet. Bei dem Blechmaterial 2 handelt es sich um ein ultrahochfestes Stahlblechmaterial.
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Durch ein Blitzsymbol 12 ist in 1 angedeutet, dass ein Verbindungskörper 3 durch Schweißen fest mit dem unteren Bauteil 1 verbunden wird. Das Blitzsymbol 12 verdeutlicht, dass der Verbindungskörper 3 mit einem herkömmlichen Schweißverfahren, insbesondere mit einem Schweißgerät, wie es in Werkstätten verfügbar ist, stoffschlüssig mit dem unteren Bauteil 1 verbunden wird.
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Der Verbindungskörper 3 umfasst einen Grundkörper 4, der im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels 5 aufweist. Der Grundkörper 4 hat ein geschlossenes Ende 6, das dem unteren Bauteil 1 zugewandt ist. Das geschlossene Ende 6 hat im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe, die radial nach außen etwa über den Kreiszylindermantel 5 des Grundkörpers 4 heraussteht. Daraus ergibt sich ein relativ kleiner Bund 7 an dem geschlossenen Ende 6 des Grundkörpers 4. Der Grundkörper 4 des Verbindungskörpers 3 weist ein dem unteren Bauteil 1 abgewandtes offenes Ende 10 auf. An dem offenen Ende 10 weist der Grundkörper 4 des Verbindungskörpers 3 radial innen eine Fase 9 auf. An der Fase 9 kommt bei einem Umformvorgang, der in 3 dargestellt ist, ein freies Ende eines Formdorns 32 eines Umformwerkzeugs 30 zur Anlage.
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Der in 1 dargestellte Verbindungskörper 3 ist mit einem Zugdorn 50 kombiniert. Der Zugdorn 50 umfasst einen Stab 51, der an seinem in 1 oben angeordneten freien Ende einen Gewindeabschnitt 52 aufweist. Der Stab 51 des Zugdorns 50 ist über eine Sollbruchstelle 55 einstückig mit dem geschlossenen Ende 6 des Verbindungskörpers 3 verbunden.
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Zur Darstellung der Sollbruchstelle 55 weist der Stab 51 eine umlaufende Einkerbung 54 auf, die zur gezielten Materialschwächung dient. Der Zugdorn 50 hat bei den in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Vorgängen keine Funktion. Der Zugdorn 50 entfaltet seine Wirkung erst bei dem in Bezug auf 3 beschriebenen Umformvorgang.
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In 2 sieht man, dass der Verbindungskörper 3 mit seinem geschlossenen Ende 6 an einer Fügestelle 18 durch den in 1 angedeuteten Schweißvorgang stoffschlüssig mit dem unteren Bauteil 1 verbunden ist. Nach dem Herstellen der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungskörper 3 und dem unteren Bauteil 1 wird ein mit einem Durchgangsloch 25 versehenes oberes Bauteil 20 stoffschlüssig mit dem unteren Bauteil 1 verbunden, an dem der Verbindungskörper 3 befestigt ist.
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Das obere Bauteil 20 ist aus einem Blechmaterial 22 gebildet und mit dem Durchgangsloch 25 so auf dem unteren Bauteil 1 angeordnet, dass der Verbindungskörper 3 mit seinem offenen Ende 10 aus dem oberen Bauteil 20 herausragt. Zwischen den beiden Bauteilen 1 und 20 ist eine Schicht Kleber oder Klebstoff 21 angedeutet. Durch den Klebstoff 21 sind die beiden Bauteile 1 und 20 fest miteinander verklebt.
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In 3 sieht man, dass eine nicht näher bezeichnete Vorrichtung zum Verbinden der flächig aufeinander liegenden Bauteile 1 und 20 das Umformwerkzeug 30 umfasst. Das Umformwerkzeug 30 umfasst einen Grundkörper 31, der im Wesentlichen die Gestalt hat einer Kreisscheibe hat. Von den Grundkörper 31 geht ein Formdorn 32 aus.
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Radial außen weist der Grundkörper 31 einen Druckring 33 auf. Der Grundkörper 31 umfasst ein zentrales Durchgangsloch 34. Das zentrale Durchgangsloch 34 dient zum Durchführen des Zugdorns 50.
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Das in 3 dargestellte Kombinationswerkzeug 60 umfasst zusätzlich zu dem Umformwerkzeug 30 ein Zugwerkzeug 61, das mit dem Zugdorn 50 zusammenwirkt. Das Zugwerkzeug 61 hat im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe mit einem zentralen Durchgangsloch 64. Das zentrale Durchgangsloch 64 umfasst ein Innengewinde, das mit einem Außengewinde des Gewindeabschnitts 52 des Zugdorns 50 kämmt.
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Durch Pfeile 71 und 72 ist angedeutet, dass in dem Kombinationswerkzeug 60 eine Druckkraft auf das Umformwerkzeug 30 ausgeübt wird. Durch das Umformwerkzeug 30 wird das aus dem Durchgangsloch 25 in dem oberen Bauteil 20 herausragende Ende 10 des Verbindungskörpers 3 so umgeformt, dass, wie es sich aus einer Zusammenschau der 2 und 3 ergibt, der radial abstehende Randbereich 38 des Verbindungskörpers 3 von oben an dem oberen Bauteil 20 zur Anlage kommt.
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Durch ein Symbol 65 ist in 3 angedeutet, dass der Zugdorn 50 an der Sollbruchstelle 55 von dem Verbindungskörper 3 abgetrennt wird, wenn der Umformvorgang durch das Umformwerkzeug 30 abgeschlossen ist. Durch Pfeile 72 und 73 ist in 3 angedeutet, dass das Zugwerkzeug 61 relativ zu dem Zugdorn 50 verdreht wird, um eine durch Pfeile 75 und 76 angedeutete Zugkraft auf den Zugdorn 50 aufzubringen, die ein Abreißen des Zugdorns 50 an der Sollbruchstelle 55 bewirkt. Vor dem Aktivieren der Sollbruchstelle 55 wirkt das Zugwerkzeug 61 vorteilhaft so in dem Kombinationswerkzeug 60 mit dem Umformwerkzeug 30 zusammen, dass die zum Umformen benötigte Druckkraft 71, 72 auf das Umformwerkzeug 30 ausgeübt wird.
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In 4 ist der fertige Bauteilverbund 40 vereinfacht dargestellt. Die beiden Bauteile 1 und 20 sind mit Hilfe des Verbindungskörpers 3 stabil sowohl stoffschlüssig als auch formschlüssig miteinander verbunden. Der Ringraum 39 ist in 4 mit Klebstoff ausgefüllt. Der umgeformte Randbereich des Verbindungskörpers 3 liegt oben an dem oberen Bauteil 20 an.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2152461 B1 [0002]
- US 3695654 [0002]
- DE 102008031121 A1 [0002]
- DE 102010034183 A1 [0002]
- DE 3316047 A1 [0002]
