WO2016188564A1

WO2016188564A1 - Joining method and joining device for connecting at least two components by means of an auxiliary joining part and laser welding

Info

Publication number: WO2016188564A1
Application number: PCT/EP2015/061574
Authority: WO
Inventors: Thomas OLFERMANN; Vitalij JANZEN; Gerson Meschut; Marc KIRCHHOFF
Original assignee: Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-12-01
Also published as: DE212015000312U1

Abstract

The invention relates to a joining method for connecting at least two components (1, 2) by means of laser welding, in which an auxiliary joining part (3), in particular a rivet, is introduced into at least a first component (1) to form at least one positive and/or nonpositive connection, wherein the introduced auxiliary joining part (3) and at least a second component (2) are welded to one another by means of a laser beam (19). In the laser welding operation, the auxiliary joining part (3) is melted from the side facing away from the second component (2) up to the second component (2) and/or the second component (2) is melted from the side (21) facing away from the auxiliary joining part (3) up to the auxiliary joining part (3). A joining device (10) for carrying out such a joining method is also described.

Description

FÜGEVERFAHREN UND FÜGEVORRICHTUNG ZUM VERBINDEN VON WENIGSTENS ZWEI BAUTEILEN MITTELS EINES HILFSFÜGETEILES UND LASERSCHWEISSENS ASSEMBLY METHOD AND JOINT DEVICE FOR CONNECTING AT LEAST TWO COMPONENTS BY MEANS OF AN ASSISTANCE COMPONENT AND LASER WELDING

Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen mittels Laserschweißen unter Verwendung eines Hilfsfügeteils. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fügevorrichtung zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen mit einer Einsetzeinrichtung für ein Hilfsfügeteil und mit einer Laserschweißeinrichtung. The invention relates to a joining method for joining at least two components by means of laser welding using an auxiliary joining part. Furthermore, the invention relates to a joining device for connecting at least two components with an insertion device for an auxiliary joining part and with a laser welding device.

Stand der Technik State of the art

Die Verwendung von Verbundbauteilen insbesondere aus artungleichen Werkstoffen gewinnt in vielen Industriebereichen zunehmend an Bedeutung. Beispielweise steigt aufgrund der Anforderung an die Automobilbauer, die CO₂- Emmision ihrer Fahrzeuge zu reduzieren, das Interesse an Verbundbauteilen. So kann durch den Einsatz von Verbundbauteilen im Karosseriebau eine Gewichtsreduktion erzielt werden, wobei sich die mechanischen Eigenschaften der Bauteile eventuell sogar durch die Verbundbauweise verbessern. Eine besondere Rolle spielen Verbundbauteile aus Stahl- und Aluminiumlegierungen. Im Karosseriebau und auch in anderen Anwendungsgebieten sind zudem Verbundbauteile mit einem Stahl- und einem (faserverstärkten) Kunststoffbauteil von Interesse. Für den erfolgreichen Einsatz von Verbundbauteilen ist aber insbesondere der Fügeprozess der artungleichen Bauteile ein kritischer Punkt. Gerade im Falle der genannten Beispiele kommen gängige thermische Fügeverfahren, wie das Schweißen, an ihre Grenzen, da mit Aluminium und Kunststoff jeweils ein Fügepartner aus einem nur ungenügend mit Stahl verschweißbaren Werkstoff besteht. Daher besteht der Bedarf nach speziellen Fügeverfahren, welche einerseits die Anforderungen an die Qualität der Fügeverbindung erfüllen und anderseits den Anforderungen einer industriellen, kosteneffizienten Massenproduktion gerecht werden. The use of composite components, in particular of dissimilar materials, is becoming increasingly important in many industrial sectors. For example, due to the requirement for car makers to reduce the CO ₂ emission of their vehicles, the interest in composite components is increasing. Thus, by using composite components in the body construction, a weight reduction can be achieved, whereby the mechanical properties of the components may even improve by the composite construction. A special role is played by composite components made of steel and aluminum alloys. In car body construction and in other fields of application, composite components with a steel and a (fiber-reinforced) plastic component are also of interest. But for the successful use of composite components, in particular the joining process of dissimilar components is a critical issue. Especially in the case of the examples mentioned come common thermal Joining methods, such as welding, to their limits, since with aluminum and plastic in each case a joining partner made of a poorly weldable with steel material. Therefore, there is a need for special joining methods, which on the one hand meet the requirements of the quality of the joint connection and on the other hand meet the requirements of an industrial, cost-efficient mass production.

Um diese Probleme zu überwinden, sind verschiedene Verfahren bekannt, bei welchen ein Hilfsfügeteil verwendet wird, um zwei Bauteile miteinander zu verbinden. To overcome these problems, various methods are known in which an auxiliary joining member is used to join two components together.

Für den Automobilsektor typische mechanische Fügeverfahren sind das Vollstanz- und Halbhohlstanznieten, das Clinchen, das Hochgeschwindigkeitsbolzensetzen oder das fließlochformende und gewindefurchende Verschrauben. Diese Verfahren werden heute bereits vielfach für Mischbauverbindungen aus Stahl- und Aluminiumlegierungen eingesetzt. Problematisch ist, dass alle genannten Verfahren in der Regel eine gewissen Durchstanzbarkeit oder Umformbarkeit beider Fügepartner bedürfen. Aus diesem Grunde eigenen sie sich nicht oder nur sehr eingeschränkt für den Einsatz bei ultrahöchstfesten Werkstoffen. Mechanical joining processes typical of the automotive sector are solid and semi-hollow punching, clinching, high-speed pin setting, or flow-hole forming and thread-forming screwing. These methods are already widely used today for mixed construction of steel and aluminum alloys. The problem is that all these methods usually require a certain punchability or formability of both joining partners. For this reason, they are not or only very limited for use in ultra-high-strength materials.

Ein weiteres geeignetes Fügeverfahren ist das widerstandselektrische Verschweißen unter Verwendung eines Hilfsfügeteils. Beispielsweise beschreibt die DE 42 37 361 C2 ein Verfahren, bei welchem ein Hilfsfügeteil aus Stahl in ein Aluminiumblech eingebracht wird. Ein Schaftende des Hilfsfügeteils weist eine Schneidkante auf, mittels derer beim Einbringen des Hilfsfügeteils eine Durchführungsöffnung in das Aluminium gebracht wird. Nachdem das Hilfsfügeteil eingebracht wurde, wird das so vorbereitete Aluminiumblech an ein Stahlblech angelegt und der Schaft des aus Stahl gebildeten Hilfsfügeteils mit dem Stahlblech mittels widerstandselektrischen Verschweißens verbunden. Another suitable joining method is resistance electrical welding using an auxiliary joining part. For example, DE 42 37 361 C2 describes a method in which an auxiliary joining part made of steel is introduced into an aluminum sheet. A shank end of the auxiliary joining part has a cutting edge, by means of which a lead-through opening is made in the aluminum during insertion of the auxiliary joining part. After the auxiliary joining part has been inserted, the thus prepared aluminum sheet is applied to a steel sheet, and the shank of the auxiliary joining part made of steel is bonded to the steel sheet by means of resistance-electric welding.

Der WO 2012/041515 A1 ist ebenfalls ein Fügeverfahren von zwei Bauteilen zu entnehmen, die aus voneinander verschiedenen Werkstoffen bestehen, die nicht in einem Schweißprozess thermisch fügbar sind. Ein selbststanzendes Hilfsfügeteil in Form eines Niets, wird in ein erstes Bauteil eingebracht. In einem zweiten Schritt wird der Niet umgeformt, um einen Formschluss mit dem ersten Bauteil zu erzeugen. Schließlich wird das erste Bauteil mit dem eingebrachten Niet an das zweite Bauteil angelegt und der Niet mit dem zweiten Bauteil mittels widerstandelektrischen Schweißens verbunden. Als Alternative zum widerstandselektrischen Schweißen wird Laserschweißen erwähnt, ohne jedoch Details des Fügeverfahrens unter Einsatz von Laserschweißen anzugeben. WO 2012/041515 A1 likewise discloses a joining method of two components, which consist of mutually different materials which are not thermally attachable in a welding process. A self-punching Auxiliary joining part in the form of a rivet, is introduced into a first component. In a second step, the rivet is deformed to create a positive connection with the first component. Finally, the first component with the introduced rivet is applied to the second component and the rivet is connected to the second component by means of resistance-electric welding. As an alternative to resistance-electric welding, laser welding is mentioned, but without specifying details of the joining process using laser welding.

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Ausgehend vom Stand der Technik hat sich die Erfindung zur Aufgabe gesetzt, ein verbessertes Fügeverfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen mit Hilfe eines Hilfsfügeteils bereitzustellen, das insbesondere den Anforderungen einer industriellen Massenproduktion gerecht wird. Starting from the prior art, the invention has set itself the task of providing an improved joining method for joining two components by means of an auxiliary joining part, which meets in particular the requirements of an industrial mass production.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Fügeverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Fügevorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12. The object is achieved by a joining method with the features of claim 1 and by a joining device with the features of claim 12.

Im Falle eines erfindungsgemäßen Fügeverfahrens zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen wird ein Hilfsfügeteil, insbesondere ein Niet, in zumindest ein erstes Bauteil unter Ausbildung wenigstens einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung eingebracht. Das eingebrachte Hilfsfügeteil und wenigstens ein zweites Bauteil werden mittels eines Laserstrahls miteinander verschweißt, indem das Hilfsfügeteil von der dem zweiten Bauteil abgewandten Seite bis zum zweiten Bauteil aufgeschmolzen wird und/oder das zweite Bauteil von der dem Hilfsfügeteil abgewandten Seite bis zum Hilfsfügeteil aufgeschmolzen wird. In the case of a joining method according to the invention for joining at least two components, an auxiliary joining part, in particular a rivet, is introduced into at least one first component to form at least one positive and / or non-positive connection. The introduced auxiliary joining part and at least one second component are welded together by means of a laser beam by melting the auxiliary joining part from the side remote from the second component to the second component and / or the second component is melted from the side facing away from the auxiliary joining part to the auxiliary joining part.

Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Fügeverfahren nicht auf das Verbinden von zwei Bauteilen beschränkt ist. So können drei, vier oder mehr Bauteile, insbesondere Bleche, mittels eines oder mehrerer Hilfsfügeteile miteinander verbunden werden. It is understood that the joining method according to the invention is not limited to the joining of two components. So can three, four or more Components, in particular sheets, are interconnected by means of one or more auxiliary joining parts.

Bei dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren handelt es sich um ein kombiniertes mechanisch-thermisches Fügeverfahren. Das Hilfsfügeteil wird im Wesentlichen mechanisch mit dem ersten Bauteil und thermisch mit dem zweiten Bauteil verbunden. Das Hilfsfügeteil dient folglich als Verbindungsglied zwischen dem ersten und zweiten Bauteil. Der Werkstoff des Hilfsfügeteils kann optimiert für die Fügeaufgabe gewählt werden. Einerseits muss das Hilfsfügeteil mit dem zweiten Bauteil direkt stoffschlüssig verbunden werden können, insbesondere mit diesem verschweißbar sein. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Hilfsfügeteil zumindest bereichsweise aus einem zum zweiten Bauteil artgleichen (und daher zum Schweißen geeigneten) Werkstoff besteht, bzw. zumindest der mit dem zweiten Bauteil zu verschweißende Bereich sollte aus einem artgleichen (schweißbaren) Werkstoff bestehen. Andererseits muss das Hilfsfügeteil Werkstoff- und formmäßig geeignet sein, eine ausreichend feste form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem ersten Bauteil einzugehen. Besonders bei einer Vielzahl von typischen Verbundwerkstoffen bevorzugt ist ein Hilfsfügeteil, das zumindest bereichsweise aus einer Stahllegierung besteht. The joining method according to the invention is a combined mechanical-thermal joining method. The auxiliary joining part is connected substantially mechanically with the first component and thermally with the second component. The auxiliary joining part thus serves as a connecting link between the first and second component. The material of the auxiliary joining part can be optimized for the joining task. On the one hand, the auxiliary joining part must be able to be connected directly to the second component in a materially bonded manner, in particular to be welded thereto. Therefore, it is advantageous if the auxiliary joining part at least partially consists of a material similar to the second component (and therefore suitable for welding), or at least the area to be welded to the second component should consist of a same type (weldable) material. On the other hand, the auxiliary joining part must be suitable in terms of material and shape to assume a sufficiently strong positive and / or non-positive connection with the first component. Particularly preferred in the case of a multiplicity of typical composite materials is an auxiliary joining part which at least partially consists of a steel alloy.

Bevorzugt wird das Fügeverfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen eingesetzt, die nicht oder nur sehr mangelhaft direkt miteinander verschweißt werden können. Aufgrund der hohen industriellen Bedeutung sind als besonders bevorzugtes Beispiel für Fügepartner ein erstes Bauteil aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere Aluminium- oder Magnesiumlegierung, oder einem Kunststoff, insbesondere aus einem (kohlenstoff)faserverstärkten Kunststoff, und ein zweites Bauteil aus einer Stahllegierung, beispielsweise einer Mangan-Bor-Stahllegierung (z. B. Typ 22MnB5) zu nennen. Weiterhin für die Praxis von großer Bedeutung sind Materialkombinationen von Fügepartnern, bei welchen das erste Bauteil aus einem (kohlenstoff)faserverstärkten Kunststoff und das zweite Bauteil aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere Aluminium- oder Magnesiumlegierung, gebildet sind. In diesen Fällen kann es von Vorteil sein, wenn das Hilfsfügeteil wenigstens teilweise (nämlich im mit dem zweiten Bauteil zu verschweißenden Teil) ebenfalls aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumoder Magnesiumlegierung, gebildet ist. Preferably, the joining method is used for joining two components that can not or only very poorly welded directly to each other. Due to the high industrial importance are as a particularly preferred example of joining partners a first component made of a light metal alloy, in particular aluminum or magnesium alloy, or a plastic, in particular of a (carbon) fiber reinforced plastic, and a second component made of a steel alloy, such as a manganese Boron steel alloy (eg type 22MnB5) to call. Also of great importance in practice are material combinations of joining partners in which the first component is made of a (carbon) fiber-reinforced plastic and the second component is made of a light metal alloy, in particular aluminum or magnesium alloy, are formed. In these cases, it may be advantageous if the auxiliary joining part is at least partially (namely in the part to be welded to the second component) also made of a light metal alloy, in particular of an aluminum or magnesium alloy.

Gegenüber gängigen Fügeverfahren, bei welchen das Hilfsfügeteil mit dem zweiten Bauteil widerstandselektrisch verschweißt wird, zeichnet sich das erfindungsgemäße Fügeverfahren durch die Verwendung eines Laserstrahls aus, welcher eine besonders gut Steuer- und kontrollierbare Energiequelle zum Erzeugen der Schweißverbindung zwischen Hilfsfügeteil und zweitem Bauteil darstellt. Es können sehr kurze Prozesszeiten erreicht werden, was zu einer wirtschaftlich vorteilhaften Verkürzung der Taktzeit führen kann. Außerdem wird durch den präzisen Energieeintrag eine thermische Beeinträchtigung von Bereichen der Bauteile, die an die Fügestelle angrenzen maßgeblich reduziert. Dadurch kann beispielsweise auch die Schädigung von Fügen ilfsstoffen wie Klebstoffen verringert werden, die sich zwischen den zu fügenden Bauteilen befinden können. Compared with common joining methods in which the auxiliary joining part is welded electrically resistance to the second component, the joining method according to the invention is characterized by the use of a laser beam, which represents a particularly good controllable and controllable energy source for generating the welded joint between the auxiliary joining part and the second component. Very short process times can be achieved, which can lead to an economically advantageous shortening of the cycle time. In addition, due to the precise energy input, a thermal impairment of areas of the components adjacent to the joint is significantly reduced. As a result, for example, the damage to joints can be reduced as adhesives can be reduced, which can be located between the components to be joined.

Bei Fügeverfahren unter Einsatz von widerstandselektrischem Schweißen werden teilweise metallisch leitfähige Deckblechwerkstoffe mit dem sich einstellenden Nachteil des Nebenschlusses verwendet. Bei dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren werden Nebenschlusseffekte durch die metallisch leitfähigen Deckblechwerkstoffe vermieden. Des Weiteren sind die Elektroden, die beim widerstandselektrischen Schweißen verwendet werden müssen, einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt. Dahingegen stellt das Laserschweißen eine verschleißarme und wartungsfreundliche Schweißmethode dar. In joining processes using resistance-electric welding partially metallic conductive cover sheet materials are used with the self-adjusting disadvantage of the shunt. In the joining method according to the invention, shunt effects due to the metallically conductive cover sheet materials are avoided. Furthermore, the electrodes which must be used in resistance-electric welding are subject to considerable wear. On the other hand, laser welding is a low-wear and maintenance-friendly welding method.

Zudem zeichnet sich das Laserschweißen durch eine hohe Flexibilität aus. Der Laserstrahl kann flexibel auf unterschiedlichste räumliche Anforderungen reagieren. Selbst auf Fügestellen, die für eine Schweißelektrode praktisch nicht zugänglich sind, kann problemlos ein Laserstrahl gelenkt werden. Dabei sind Parameter des Schweißprozesses, wie z. B. die Größe und Form der Schweißverbindung, für die jeweilige Fügeaufgabe optimal einstellbar. Dank des Schweißprozesses, der ein berührungs- und damit kraftloses Fügeverfahren darstellt, wird die mechanische Belastung der Bauteile reduziert. In addition, laser welding is characterized by high flexibility. The laser beam can react flexibly to a wide variety of spatial requirements. Even on joints that are virtually inaccessible to a welding electrode, a laser beam can be easily steered. Here are parameters of the welding process, such. As the size and shape of the welded joint, optimally adjustable for the respective joining task. thanks to the Welding process, which is a contactless and therefore powerless joining process, reduces the mechanical stress on the components.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens ist, dass der Laserschweißprozess derart geführt werden kann, dass die Schweißverbindung nachträglich von außen detektierbar ist. So wird entweder das Hilfsfügeteil von der dem zweiten Bauteil abgewandten Seite her aufgeschmolzen und/oder das zweite Bauteil von der dem Hilfsfügeteil abgewandten Seite her aufgeschmolzen. Folglich sind später an dem Hilfsfügeteil und/oder an dem zweiten Bauteil außen die Verschweißungen erkennbar. Dies ermöglicht eine einfache optische Überprüfung der Fügestelle, um zumindest sicherzustellen, dass eine Verschweißung durchgeführt wurde. Dahingegen kann bei anderen Schweißverfahren, wie dem widerstandselektrischen Schweißen, die Schweißverbindung in der Regel nicht von außen optisch überprüft werden. Another advantage of the joining method according to the invention is that the laser welding process can be performed such that the welded connection can be subsequently detected from the outside. Thus, either the auxiliary joining part is melted from the side facing away from the second component, and / or the second component is melted from the side facing away from the auxiliary joining part. Consequently, later on the auxiliary joining part and / or on the second component outside the welds can be seen. This allows a simple optical check of the joint to at least ensure that a weld has been performed. On the other hand, in other welding methods, such as resistance-electric welding, the welded connection can generally not be optically checked from the outside.

Wird das Hilfsfügeteil von der dem zweiten Bauteil abgewandten Seite her aufgeschmolzen, kann an der dem Hilfsfügeteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils eine Zone ohne sichtbaren Wärmeeinfluss bestehen bleiben, so dass dort z. B. unbeeinträchtigte Sichtbereiche der fertiggestellten Verbundwerkstoffe vorgesehen werden können. Ähnliches gilt für die dem zweiten Bauteil abgewandte Seite des ersten Bauteils, für eine Verfahrensführung, bei welcher das zweite Bauteil von der dem Hilfsfügeteil abgewandten Seite her aufgeschmolzen wird. Die Variante, bei welcher das eingebrachte Hilfsfügeteil und ein zweites Bauteil mittels eines Laserstrahls miteinander verschweißt werden, indem das Hilfsfügeteil von der dem zweiten Bauteil abgewandten Seite bis zum zweiten Bauteil aufgeschmolzen wird, ist zudem von Vorteil, wenn die Seite des zweiten Bauteils, die dem ersten Bauteil abgewandt ist, schlecht zugänglich ist oder wenn das zweite Bauteil an der Fügestelle zu dick ist, um bis zum Hilfsfügeteil aufgeschmolzen zu werden. Generell erfordert diese Verfahrensvariante vorteilshafterweise nur eine einseitige Zugänglichkeit. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Hilfsfügeteil verwendet, das zumindest ein Kopfteil und einen Schaft aufweist. Das so gestaltete Hilfsfügeteil wird derart in das erste Bauteil eingebracht, dass der Kopfteil diejenige Seite des ersten Bauteils hintergreift, die bei verbundenen Bauteilen dem zweiten Bauteil abgewandt ist, und der Schaft durch das erste Bauteil ragt. Anschließend werden der Schaft und das zweite Bauteil miteinander verschweißt. In diesem Sinne ist das Hilfsfügeteil in eine Durchgangsöffnung in dem ersten Bauteil eingesetzt, die zumindest abschnittsweise schmaler als der Kopfteil des Hilfsfügeteils ist. Ein Teil des Hilfsfügeteils liegt unter Ausbildung eines Hintergriffs an der Außenseite, d. h. der dem zweiten Bauteil (später) abgewandten Seite, an. Dieser Hintergriff bildet auf einfache Weise eine feste, formschlüssige Verbindung des Hilfsfügeteils mit dem ersten Bauteil in Einsetzrichtung des Hilfsfügeteils. If the auxiliary joining part is melted from the side facing away from the second component, a zone without visible heat influence can remain on the side of the second component facing away from the auxiliary joining part, so that there z. B. unobstructed viewing areas of the finished composites can be provided. The same applies to the side facing away from the second component of the first component, for a process management, in which the second component is melted from the side facing away from the auxiliary joining part. The variant in which the introduced auxiliary joining part and a second component are welded together by means of a laser beam by the auxiliary joining part is melted from the side facing away from the second component to the second component, is also advantageous if the side of the second component, the facing away from the first component, is difficult to access or if the second component is too thick at the joint to be melted to the auxiliary joining part. Generally, this process variant advantageously requires only one-sided accessibility. In a preferred embodiment, an auxiliary joining part is used which has at least a head part and a shaft. The auxiliary joining part designed in this way is introduced into the first component in such a way that the head part engages behind that side of the first component which, in the case of connected components, faces away from the second component, and the shaft protrudes through the first component. Subsequently, the shaft and the second component are welded together. In this sense, the auxiliary joining part is inserted into a passage opening in the first component, which is at least partially narrower than the head part of the auxiliary joining part. A part of the auxiliary joining part lies with the formation of a rear grip on the outside, ie the side facing away from the second component (later). This rear handle forms in a simple manner a firm, positive connection of the auxiliary joining part with the first component in the insertion direction of the auxiliary joining part.

Bei einer Variante kann beispielsweise der Kopf des Hilfsfügeteils zur Ausbildung des Hintergriffs gegenüber dem ersten Bauteil vorstehen. Der Kopf des Hilfsfügeteils kann aber auch vollständig in der Durchgangsöffnung versenkt sein. Der Hintergriff wird dann beispielsweise im Bereich einer (konischen) Erweiterung der Durchgangsöffnung gebildet. Zusätzlich kann das Kopfteil mit einem oder mehreren dem ersten Bauteil zugewandten Zähnen versehen sein, die sich beim Einbringen in das erste Bauteil verkrallen. Es ist auch denkbar, dass der Schaft des Hilfsfügeteils beim Einbringen oder durch ein nachträgliches Umformen in der Durchgangsöffnungen des ersten Bauteils radial verpresst wird. Diese im Wesentlichen kraftschlüssige zusätzliche Verbindung zwischen Hilfsfügeteil und erstem Bauteil kann dazu dienen, dass das Hilfsfügeteil nicht aus dem ersten Bauteil herausfallen kann, bevor es mit dem zweiten Bauteil verschweißt wird. In one variant, for example, the head of the auxiliary joining part may protrude to form the rear grip relative to the first component. But the head of the auxiliary joining part can also be completely sunk in the passage opening. The rear grip is then formed, for example, in the region of a (conical) extension of the passage opening. In addition, the head part can be provided with one or more teeth facing the first component, which dig when inserted into the first component. It is also conceivable that the shank of the auxiliary joining part is radially compressed during insertion or by a subsequent forming in the passage openings of the first component. This substantially non-positive additional connection between the auxiliary joining part and the first component can serve to prevent the auxiliary joining part from falling out of the first component before it is welded to the second component.

Im Falle einer besonders bevorzugten Variante weist das Hilfsfügeteil eine mittige Aussparung auf. Die mittige Aussparung kann seitens des dem zweiten Bauteil zugewandten Endes des Hilfsfügeteils angeordnet sein. In diesem Fall kann Material des ersten Bauteils in der Aussparung aufgenommen werden, was insbesondere beim abfallfreien Formen der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil durch das Hilfsfügeteil von Vorteil ist. In the case of a particularly preferred variant, the auxiliary joining part has a central recess. The central recess may be arranged on the part of the second component facing the end of the auxiliary joining part. In this case, material of the first component can be accommodated in the recess, which is particularly the waste-free forms of the through hole in the first component by the auxiliary joining part is advantageous.

Die mittige Aussparung kann auch seitens des dem zweiten Bauteil abgewandten Endes des Hilfsfügeteils angeordnet sein, wobei das Hilfsfügeteil am Boden der mittigen Aussparung mit dem zweiten Bauteil verschweißt wird. Im Speziellen kann vorteilhafterweise ein Hilfsfügeteil in Form eines Hohlniets verwendet werden. Durch die Aussparung ergibt sich eine materialsparende Verfahrensvariante. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines hohlen Hilfsfügeteils, wenn die Verschweißung von Seiten des Hilfsfügeteils eingebracht wird. Die Höhe des Abschnitts des Hilfsfügeteils, der aufgeschmolzen werden muss, bis die Schmelzzone das zweite Bauteil erreicht, kann auf diese Weise erheblich reduziert werden. Vorteilhafterweise kann die Höhe bzw.- Materialmenge so angepasst werden, dass eine ausreichend feste Schweißverbindung ausgebildet wird und zugleich aber, um kurze Prozesszeiten und einen möglichst geringen Energieeintrag zu erreichen, möglichst wenig Material aufgeschmolzen werden muss. The central recess can also be arranged on the part of the second component facing away from the end of the auxiliary joining part, wherein the auxiliary joining part is welded at the bottom of the central recess with the second component. In particular, an auxiliary joining part in the form of a hollow rivet can advantageously be used. The recess results in a material-saving process variant. Particularly advantageous is the use of a hollow auxiliary joining part when the welding is introduced from the side of the auxiliary joining part. The height of the portion of the auxiliary joining part, which must be melted until the melting zone reaches the second component, can be significantly reduced in this way. Advantageously, the amount or amount of material can be adjusted so that a sufficiently strong welded joint is formed and at the same time, in order to achieve short process times and the lowest possible energy input, as little material as possible has to be melted.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Hilfsfügeteil beim Einbringen in das erste Bauteil plastisch verformt. Zum einen kann durch die plastische Verformung die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Hilfsfügeteil und erstem Bauteil erzeugt werden. Es ergibt sich ein besonders flexibles Verfahren, da sich das Hilfsfügeteil an die Geometrie des ersten Bauteils anpassen kann. Beispielsweise kann das Hilfsfügeteil auch im Bereich der zu bildenden Schweißverbindung mit dem zweiten Bauteil plastisch verformt werden, so dass einen günstige Kontaktzone zwischen Hilfsfügeteil und zweitem Bauteil entsteht. In a preferred embodiment, the auxiliary joining part is plastically deformed when introduced into the first component. On the one hand can be generated by the plastic deformation, the positive and / or non-positive connection between the auxiliary joining part and the first component. This results in a particularly flexible method, since the auxiliary joining part can adapt to the geometry of the first component. For example, the auxiliary joining part can also be plastically deformed in the region of the welded connection to be formed with the second component, so that a favorable contact zone is created between the auxiliary joining part and the second component.

Umgekehrt kann es von Vorteil sein, wenn das Hilfsfügeteil beim Einbringen in das erste Bauteil eine Verformung des ersten Bauteils bewirkt. Insbesondere wird vorzugsweise mittels des Hilfsfügeteils zumindest teilweise eine Durchgangsöffnung in das erste Bauteil eingebracht, durch welche das Hilfsfügeteil bei verbundenen Bauteilen zur Schweißverbindung mit dem zweiten Bauteil geführt wird. Die Durchgangsöffnung ist auf diese Weise zwangsläufig auf die Geometrie des Hilfsfügeteils abgestimmt bzw. das Hilfsfügeteil ist in die selbstgeformte Durchgangsöffnung optimal eingepasst. Wenn die Durchgangsöffnung vollständig durch das Hilfsfügeteil ausgeformt wird, kann sogar ein gesonderter Umform- bzw. Stanzvorgang mit einem zusätzlichen Werkzeug entbehrlich sein. Conversely, it may be advantageous if the auxiliary joining part causes a deformation of the first component when introduced into the first component. In particular, a passage opening is preferably at least partially introduced into the first component by means of the auxiliary joining part, through which the auxiliary joining part is guided in the case of connected components to the welded connection with the second component. The passage opening is inevitable in this way the geometry of the auxiliary joining part matched or the auxiliary joining part is optimally fitted into the self-shaped through hole. If the through hole is completely formed by the auxiliary joining part, even a separate forming or punching operation with an additional tool can be dispensed with.

Alternativ kann das erste Bauteil vor dem Einbringen bereits eine Durchgangsöffnung für das Hilfsfügeteil aufweisen. Die Durchgangsöffnung kann auf unterschiedliche Weise gebildet worden sein, z. B. beim Urformen des ersten Bauteils oder durch Bohren bzw. Stanzen. Ein Nachteil des Fügeverfahrens mit vorgelochtem ersten Bauteil ist, dass das Hilfsfügeteil zum Einbringen genau zur vorgelochten Durchgangsöffnung positioniert werden muss. Dies ist bei Verwendung eines selbstformenden bzw. selbststanzenden Hilfsfügeteils nicht erforderlich. Alternatively, the first component may already have a passage opening for the auxiliary joining part before insertion. The passage opening may have been formed in different ways, for. B. during prototyping of the first component or by drilling or punching. A disadvantage of the joining method with pre-punched first component is that the auxiliary joining part has to be positioned for insertion exactly to the pre-punched passage opening. This is not necessary when using a self-forming or self-piercing auxiliary joining part.

Im Falle einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante entsteht beim zumindest teilweisen Einbringen der Durchgangsöffnung kein abzuführendes Material des ersten Bauteils. Insbesondere ist das Hilfsfügeteil selbst derart geformt, dass es eine Durchgangsöffnung in dem ersten Bauteil erzeugen kann, ohne dass Material aus der Fügezone abgeführt werden muss, welches ansonsten den nachfolgenden Schweißvorgang behindern würde. In the case of a particularly preferred variant of the method, no material to be removed from the first component is produced during the at least partial introduction of the passage opening. In particular, the auxiliary joining part itself is shaped in such a way that it can produce a passage opening in the first component, without having to remove material from the joining zone, which otherwise would hinder the subsequent welding process.

Erleichtert wird die Formung der Durchgangsöffnung vorzugsweise, indem das erste Bauteil mittels eines Laserstrahls, vorzugsweise des Laserstrahl zum Verschweißen des Hilfsfügeteils und des zweiten Bauteils, in dem Bereich erweicht wird, in welchen die Durchgangsöffnung eingebracht wird. The shaping of the passage opening is preferably facilitated by the first component being softened by means of a laser beam, preferably the laser beam for welding the auxiliary joining part and the second component, in the region in which the passage opening is introduced.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Hilfsfügeteil in das erste Bauteil eingebracht, wenn das erste und zweite Bauteil bereits in der zu verbindenden Lage zueinander angeordnet sind. Dies kann zu einer Verkürzung der Prozesszeiten führen. Außerdem wird die Gefahr eines Verrutschens oder Herausfallens des Hilfsfügeteils beim ansonsten erforderlichen Anlegen des zweiten Bauteils beseitigt. Begünstigt wird eine solche Verfahrensführung, wenn beim Einsatz eines selbstformenden bzw. selbststanzenden Hilfsfügeteils kein abzuführendes Material entsteht, denn ansonsten könnte das bereits anliegende zweite Bauteil das Entfernen des abgetrennten Materials behindern. Besonders kurze Prozesszeiten können sich nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ergeben, indem die Laserschweißeinrichtung, mittels derer das Hilfsfügeteil und das zweite Bauteil miteinander verschweißt werden, bereits vor dem Einbringen des Hilfsfügeteils in das erste Bauteil für den Schweißvorgang relativ zu den Bauteilen positioniert ist. Insbesondere startet der Schweißvorgang unmittelbar nach dem Einbringen des Hilfsfügeteils ohne zwischenzeitliches Positionieren der Laserschweißeinrichtung und der Bauteile zueinander. In a particularly preferred embodiment, the auxiliary joining part is introduced into the first component, when the first and second component are already arranged in the position to be joined to each other. This can lead to a shortening of the process times. In addition, the risk of slipping or falling out of the auxiliary joining part is eliminated in otherwise required application of the second component. Such a procedure is favored if when using a self-forming or self-piercing auxiliary joining part no material to be removed arises, otherwise the already existing second component could hinder the removal of the separated material. Particularly short process times may result according to a further preferred embodiment in that the laser welding device, by means of which the auxiliary joining part and the second component are welded together, is already positioned relative to the components before the introduction of the auxiliary joining part into the first component for the welding operation. In particular, the welding operation starts immediately after the insertion of the auxiliary joining part without intermediate positioning of the laser welding device and the components to each other.

Optional kann es von Vorteil sein, wenn das Hilfsfügeteil und das erste Bauteil zusätzlich zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Laserschweißen, miteinander verbunden werden. Optionally, it may be advantageous if the auxiliary joining part and the first component in addition to the positive and / or non-positive connection cohesively, preferably by laser welding, are interconnected.

Bei einer Vielzahl von Anwendungen kann es durchaus ausreichend oder sogar von Vorteil sein, wenn das Hilfsfügeteil und das zweite Bauteil lediglich punktförmig miteinander verschweißt werden. Wenn höhere Anforderungen an die Festigkeit, bzw. Beständigkeit der Schweißverbindung gestellt werden, ist eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei welcher das Hilfsfügeteil und das zweite Bauteil unter Veränderung der relativen Fokuslage des Laserstrahls miteinander verschweißt werden. Auf diese Weise kann eine linienförmige oder flächige Schweißverbindung erzeugt werden. Weitere geometrische Formen, wie Ringe, sind ebenfalls denkbar. Generell können die Parameter der Laserbearbeitung, wie z. B. Fokus, Impuls und Kaustik, zum Erreichen eines optimalen Bearbeitungsergebnisses variiert werden. In a variety of applications, it may well be sufficient or even advantageous if the auxiliary joining part and the second component are welded together only point-to-each other. If higher demands are placed on the strength or resistance of the welded connection, a method variant is preferred in which the auxiliary joining part and the second component are welded together by changing the relative focus position of the laser beam. In this way, a line-shaped or flat welded connection can be produced. Other geometric shapes, such as rings, are also conceivable. In general, the parameters of the laser processing, such. As focus, impulse and caustics, are varied to achieve an optimal processing result.

Eine besonders gute Schweißverbindung kann durch das sogenannte Wobbein des Laserstrahls (oszillierende Bewegung) beim Schweißvorgang erzeugt werden. Hierbei wird die Fokuslage beim Schweißvorgang mit einer relativ kleinen Amplitude und einer relativ hohen Frequenz hin- und herbewegt. Dadurch kann über einen breiteren Bereich eine stabile Schmelze und/oder eine breitere Schweißnaht erzeugt werden. Darüber hinaus kann das Wobbein genutzt werden, um bei schwer schweißbaren Materialien die Schmelze zu beruhigen und so den Prozess zu stabilisieren. Vorrichtungsmäßig wird die Erfindung durch eine Fügevorrichtung zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen realisiert, welche eine Einsetzeinrichtung aufweist, mittels derer ein Hilfsfügeteil, insbesondere ein Niet, in zumindest ein erstes Bauteil unter Ausbildung wenigstens einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung einbringbar ist. Außerdem weist die erfindungsgemäße Füge- Vorrichtung eine Laserschweißeinrichtung auf, mittels derer das eingebrachte Hilfsfügeteil und ein zweites Bauteil miteinander verschweißbar sind, wobei mittels der Laserschweißeinrichtung ein Laserstrahl auf die dem zweiten Bauteil abgewandte Seite des Hilfsfügeteils lenkbar ist und/oder ein Laserstrahl auf die dem Hilfsfügeteil abgewandte Seite des zweiten Bauteils lenkbar ist. A particularly good welded joint can be produced by the so-called wobble of the laser beam (oscillating motion) during the welding process. Here, the focal position during the welding process with a relatively small amplitude and a relatively high frequency is reciprocated. As a result, over a wider range, a stable melt and / or a wider Weld produced. In addition, the wobble can be used to soften the melt in difficult-to-weld materials, thereby stabilizing the process. According to the device, the invention is realized by a joining device for connecting at least two components, which has an insertion device, by means of which an auxiliary joining part, in particular a rivet, can be introduced into at least one first component to form at least one positive and / or non-positive connection. In addition, the joining device according to the invention has a laser welding device by means of which the introduced auxiliary joining part and a second component are welded together, wherein by means of the laser welding device, a laser beam on the side facing away from the second component of the auxiliary joining part is steerable and / or a laser beam on the auxiliary joining part remote side of the second component is steerable.

Soweit nicht im Folgenden ohnehin explizit aufgeführt, ist die erfindungsgemäße Fügevorrichtung gemäß bevorzugten Weiterbildungen jeweils zur Durchführung der vorstehend und nachfolgend beschriebenen, vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens geeignet. Unless explicitly stated in any case below, the joining device according to the invention is in each case suitable for carrying out the advantageous exemplary embodiments of the joining method according to the invention described above and below.

Eine Fügevorrichtung, die besonders günstig in modernen Fertigungsanlagen, z.B. mit Industrierobotern einsetzbar ist, ergibt sich nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, indem die Laserschweiß- und die Einsetzeinrichtung an einem gemeinsamen Träger für eine gemeinsame Positionierung relativ zu den zu verbindenden Bauteilen angebracht sind. Im Speziellen ergibt sich nach diesem Ausführungsbeispiel eine kombinierte Laserschweiß/Einsetz-Zange, die vorzugsweise an einen Industrieroboter montierbar und durch diesen handhabbar ist. Eine besonders kompakt bauende Fügevorrichtung ergibt sich, indem die Laserstrahlschweiß- und die Einsetzeinrichtung zum Fixieren der Bauteile zumindest einen gemeinsamen Bauteilhalter aufweisen. Vorzugsweise weist die Fügevorrichtung zumindest zwei Bauteilhalter auf, die auf gegenüberliegenden Seiten der aneinander anliegenden Bauteile angeordnet werden können. Mittels des Bauteilhalters oder der Bauteilhalter können gegebenenfalls Spalten zwischen den Fügepartnern verringert werden. Vorteilhafterweise sind beide Bauteilhalter zum Fixieren der Bauteile sowohl beim Einbringen des Hilfsfügeteils als auch beim Verschweißen des Hilfsfügeteils mit dem zweiten Bauteil ausgestaltet. A joining device which can be used particularly advantageously in modern production plants, for example with industrial robots, results according to a particularly preferred embodiment in that the laser welding and the insertion device are mounted on a common support for joint positioning relative to the components to be joined. Specifically, according to this embodiment, a combined laser welding / insertion forceps, which is preferably mounted on an industrial robot and can be handled by this. A particularly compactly constructed joining device results from the fact that the laser beam welding and the insertion device for fixing the components have at least one common component holder. Preferably, the joining device has at least two component holders which lie on opposite sides Pages of the abutting components can be arranged. If necessary, gaps between the joining partners can be reduced by means of the component holder or the component holder. Advantageously, both component holders are designed for fixing the components both during insertion of the auxiliary joining part and during welding of the auxiliary joining part to the second component.

Ebenfalls sehr kompakt bauende Fügevorrichtungen ergeben sich, indem mittels der Laserschweißeinrichtung ein Laserstrahl zum Verschweißen des Hilfsfügeteils und des zweiten Bauteils durch die Einsetzeinrichtung hindurch auf das Hilfsfügeteil lenkbar ist. Alternativ oder ergänzend kann mittels der Laserschweißeinrichtung ein Laserstrahl zum Verschweißen von Hilfsfügeteil und zweitem Bauteil durch einen Bauteilhalter hindurch auf das zweite Bauteil lenkbar sein, wobei der Bauteilhalter auf derjenigen Seite der Bauteile anordenbar ist, welche der Einsetzeinrichtung gegenüberliegt. Unter Verwendung dieser besonders bevorzugten Ausführungsbeispiele kann der Schweißvorgang unmittelbar nach dem Einbringen des Hilfsfügeteils beginnen. Erforderlichenfalls kann der Laserstrahl sogar das Einbringen durch z. B. Erwärmen des ersten Bauteils unterstützen. Vor diesem Hintergrund ist ein Ausführungsbeispiel besonders vorteilhaft, bei welchem mittels der Laserschweißeinrichtung ein Laserstrahl entlang einer Einfallsachse auf die Bauteile lenkbar ist, welche mit einer Einsetzachse der Einsetzeinrichtung zusammenfällt. Bei der Laserbearbeitung ist der Strahlenschutz generell ein kritischer Punkt. Insbesondere wenn eine Laserschweißeinrichtung in einer modernen Fertigungsanlage eingesetzt werden soll, ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung Strahlenschutzeinrichtungen aufweist, die in unmittelbarer Nähe der Bearbeitungsstelle angeordnet sind. Im Falle einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung bildet zumindest ein Bauteilhalter, mittels dessen zumindest ein Bauteil beim Einbringen des Hilfsfügeteils fixierbar ist, zugleich eine Strahlenschutzeinrichtung der Laserschweißeinrichtung. In der Praxis bewährt hat sich für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung eine Laserschweißeinrichtung, die eine Scanneroptik aufweist, um den Laserstrahl zum Verschweißen auf die Bauteile zu lenken. Bevorzugt wird ein Laserstrahl eines Festkörperlasers verwendet. Also very compactly constructed joining devices are obtained by means of the laser welding device, a laser beam for welding the auxiliary joining part and the second component through the inserting device on the auxiliary joining part is steerable. Alternatively or additionally, by means of the laser welding device, a laser beam for welding auxiliary joining part and second component through a component holder can be guided on the second component, wherein the component holder can be arranged on that side of the components, which is opposite to the inserting device. Using these particularly preferred embodiments, the welding operation can begin immediately after the insertion of the auxiliary joining part. If necessary, the laser beam even the introduction by z. B. support heating of the first component. Against this background, an embodiment is particularly advantageous in which by means of the laser welding device, a laser beam along an incident axis can be steered onto the components, which coincides with an insertion axis of the insertion device. Radiation protection is generally a critical issue in laser processing. In particular, when a laser welding device is to be used in a modern production plant, it is advantageous if the device has radiation protection devices which are arranged in the immediate vicinity of the processing site. In the case of a particularly preferred embodiment of the joining device according to the invention, at least one component holder, by means of which at least one component can be fixed during insertion of the auxiliary joining part, at the same time forms a radiation protection device of the laser welding device. For use in a joining device according to the invention, a laser welding device which has scanner optics in order to guide the laser beam to the components for welding has proved successful in practice. Preferably, a laser beam of a solid-state laser is used.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Im Einzelnen zeigen: Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and the embodiments of the invention described below. Furthermore, the invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying figures. In detail show:

Fign. 1 a - d verschiedene Zustände bei einem Fügeverfahren gemäß einem ersten Beispiel, FIGS. 1 a - d show various states in a joining method according to a first example,

Fign. 2 a - d verschiedene Zustände bei einem Fügeverfahren gemäß einem zweiten Beispiel, FIGS. 2 a - d show different states in a joining method according to a second example,

Fig. 3 und 4 die Verhältnisse beim Schweißvorgang eines Fügeverfahrens gemäß einem dritten und vierten Beispiel, Fig. 5 eine Fügevorrichtung zum Durchführen eines Fügeverfahrens gemäß dem dritten Beispiel nach Fig. 3, eine Fügevorrichtung zum Durchführen eines Fügeverfahrens gemäß dem ersten Beispiel nach den Fig. 1 a - d und eine Fügevorrichtung zum Durchführen eines Fügeverfahrens gemäß dem zweiten Beispiel nach den Fig. 2 a - d. 3 and 4 show the conditions during the welding process of a joining method according to a third and fourth example, FIG. 5 shows a joining device for carrying out a joining method according to the third example according to FIG. 3, a joining device for carrying out a joining method according to the first example according to FIGS. 1 a - d and a joining device for carrying out a joining method according to the second example according to FIGS. 2 a - d.

Die Figuren 1 a - d zeigen vier verschiedene Zustände während eines Füge- Verfahrens zum Verbinden von zwei Bauteilen 1 , 2 mit Hilfe eines Hilfsfügeteils 3. Bei dem ersten Bauteil 1 handelt es sich beispielsweise um ein Bauteil aus einer Aluminiumlegierung oder um ein Kunststoffbauteil, welches insbesondere kohlenstofffaserverstärkt ist. Bei dem zweiten Bauteil 2 handelt es sich beispielsweise um ein hochfestes Stahlbauteil. Aufgrund dieser Werkstoffkombination lassen sich die beiden Bauteile 1 , 2 nicht mit ausreichend hoher Qualität mittels konventioneller Verfahren verschweißen. Um trotzdem eine hochwertige Fügeverbindung 4 herzustellen, wird das Hilfsfügeteil 3 verwendet, das im vorliegenden Fall beispielsweise aus einer Stahllegierung besteht, die gut mit der Stahllegierung des zweiten Bauteils verschweißbar ist. Das Hilfsfügeteil 3 ist nietförmig ausgebildet und weist einen zu einer Spitze 5 zulaufenden Schaft 6 sowie ein Kopfteil 7 mit einem umlaufenden Kragen 8 an seiner Unterseite auf. Durch den Kragen 8 wird eine umlaufende Nut gebildet, welche beim Einbringen des Hilfsfügeteils 3 Material des ersten Bauteils 1 aufnehmen kann. FIGS. 1 a - d show four different states during a joining process for joining two components 1, 2 with the aid of an auxiliary joining part 3. The first component 1 is, for example, an aluminum alloy component or a plastic component which especially carbon fiber reinforced. The second component 2 is, for example, a high-strength steel component. Because of this material combination, the two components 1, 2 can not be welded with sufficiently high quality by means of conventional methods. In order nevertheless to produce a high-quality joint 4, the auxiliary joining part 3 is used, which in the present case consists, for example, of a steel alloy which is readily weldable to the steel alloy of the second component. The auxiliary joining part 3 is rivet-shaped and has a tapered to a tip 5 shaft 6 and a head part 7 with a circumferential collar 8 on its underside. By the collar 8, a circumferential groove is formed, which can accommodate 3 material of the first component 1 when introducing the auxiliary joining part.

Figur 1 a zeigt die Zustände zu Beginn des Fügeverfahrens. Die Fügevorrichtung 10 wird an der Fügestelle der beiden Bauteile 1 , 2 positioniert. Die Bauteile 1 , 2 sind bereits in der zu verbindenden Lage zueinander angeordnet. An den gegenüberliegenden Seiten des Bauteilverbunds ist jeweils ein Bauteilhalter 11, 12 zum Fixieren der Bauteile 1 , 2 angelegt. In einem zweiten Schritt wird nun das Hilfsfügeteil 3 in das erste Bauteil 1 eingebracht. Beim Einbringen drückt ein Druckelement in Form eines Hohlstempels 13 einer Einsetzeinrichtung 14 der Fügevorrichtung 10 das Hilfsfügeteil 3 in das erste Bauteil 1 . Der Hohlstempel 13 ist mit einer mittigen Durchgangsöffnung versehen, über welche ein Vakuum angelegt werden kann, um das Hilfsfügeteil 3 an dem Hohlstempel 13 zu halten. FIG. 1a shows the states at the beginning of the joining process. The joining device 10 is positioned at the joint of the two components 1, 2. The components 1, 2 are already arranged in the position to be connected to each other. On the opposite sides of the component assembly, a respective component holder 11, 12 for fixing the components 1, 2 is applied. In a second step, the auxiliary joining part 3 is now introduced into the first component 1. During insertion, a pressure element in the form of a hollow punch 13 of an insertion device 14 of the joining device 10 presses the auxiliary joining part 3 into the first component 1. The hollow punch 13 is provided with a central passage opening, through which a vacuum can be applied to hold the auxiliary joining part 3 to the hollow die 13.

Gemäß Figur 1 b wird das Hilfsfügeteil 3 derart in das erste Bauteil 1 eingebracht, dass der Kopfteil 7 diejenige Seite 15 des ersten Bauteils 1 hintergreift, die dem zweiten Bauteil 2 abgewandt ist. Der Kragen 8 verkrallt sich im Bereich des Hintergriffs in die Oberfläche des ersten Bauteils 1 . Der Schaft 6 des Hilfsfügeteils 3 ragt durch eine Durchgangsöffnung 16 durch das erste Bauteil 1 zum zweiten Bauteil 2. According to FIG. 1 b, the auxiliary joining part 3 is introduced into the first component 1 such that the head part 7 engages behind that side 15 of the first component 1 which faces away from the second component 2. The collar 8 engages in the region of the rear grip in the surface of the first component. 1 The shaft 6 of the auxiliary joining part 3 projects through a through opening 16 through the first component 1 to the second component 2.

Das erste Bauteil 1 ist bei dem gezeigten Beispiel nicht vorgelocht. Die Durchgangsöffnung 16 wird mittels des Hilfsfügeteils 3 selbst eingebracht. Bei dem Hilfsfügeteil 3 handelt es sich folglich um ein die Durchgangsöffnung 16 selbstformendes bzw. -schneidendes Hilfsfügeteil 3. Dabei ist das Hilfsfügeteil 3 sogar derart geformt, dass beim Einbringen der Durchgangsöffnung 16 kein abzuführendes Material des ersten Bauteils 1 entsteht. The first component 1 is not pre-punched in the example shown. The passage opening 16 is introduced by means of the auxiliary joining part 3 itself. Consequently, the auxiliary joining part 3 is an auxiliary joining part 3 self-forming or cutting the through-hole 16. Here, the auxiliary joining part 3 is even shaped such that when introducing the through hole 16 no material to be discharged of the first component 1 is formed.

Aufgrund des hintergreifenden Kopfteils 7 ist das Hilfsfügeteil 3 in Einsetzrichtung 17 formschlüssig mit dem ersten Bauteil 1 verbunden. Zudem bildet bei dem gezeigten Beispiel der Schaft 6 in der sich nach unten verjüngenden Durchgangsöffnung 16 eine formschlüssige Verbindung in Einsetzrichtung 17. Schließlich ergibt sich durch die Verkrallung des Kragens 8 am Kopfteil 7 des Hilfsfügeteils 3 in die Oberfläche des ersten Bauteils 1 eine kraftschlüssige Verbindung. Als Nächstes werden das Hilfsfügeteil 3 und das zweite Bauteil 2 mittels einer nicht im Detail gezeigten Laserschweißeinrichtung 18 miteinander verschweißt (Figur 1 c). Die Laserschweißeinrichtung 18 war bereits vor dem Einbringen des Hilfsfügeteils 3 in das erste Bauteil 1 für den Schweißvorgang relativ zu den Bauteilen 1 , 2 positioniert. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass mittels der Laserschweißeinrichtung 18 ein Laserstrahl 19 entlang einer Einfallsachse 20 auf die Bauteile 1 , 2 lenkbar ist, welche mit einer Einsetzachse 20 der Einsetzeinrichtung 14 zusammenfällt. Ein Positioniervorgang zwischen dem Einbringen und dem Schweißen ist folglich nicht erforderlich. Die Bauteilhalter 1 1 , 12 können an den Bauteilen 1 , 2 angelegt bleiben. Im Falle des in Fig. 1 c gezeigten Beispiels wird das zweite Bauteil 2 von der dem Hilfsfügeteil 3 abgewandten Seite 21 bis zum Hilfsfügeteil 3 aufgeschmolzen, bis der Schaft 6 des Hilfsfügeteils 3 und das zweite Bauteil 2 miteinander verschweißt sind. Aus Fig. 1 c ist ersichtlich, dass der Laserstrahl 19 zum Verschweißen des Hilfsfügeteils 3 und des zweiten Bauteils 2 durch den Bauteilhalter 12 hindurch auf das zweite Bauteil 2 gelenkt wird. Insbesondere bildet der Bauteilhalter 12 eine Strahlenschutzeinrichtung 22 der Laserschweißeinrichtung 18. Due to the engaging behind the head part 7, the auxiliary joining part 3 is positively connected in the insertion direction 17 with the first component 1. In addition, in the example shown, the shaft 6 in the downwardly tapering through opening 16 forms a positive connection in the insertion direction 17. Finally, results from the clawing of the collar 8 on the head part 7 of the auxiliary joining part 3 in the surface of the first component 1, a frictional connection. Next, the auxiliary joining part 3 and the second component 2 are welded together by means of a laser welding device 18 not shown in detail (FIG. 1 c). The laser welding device 18 was already positioned relative to the components 1, 2 before the introduction of the auxiliary joining part 3 into the first component 1 for the welding process. This is made possible in particular by means of the laser welding device 18, a laser beam 19 along an incident axis 20 to the components 1, 2 is steerable, which coincides with an insertion axis 20 of the insertion device 14. A positioning process between the introduction and the welding is therefore not required. The component holder 1 1, 12 can remain applied to the components 1, 2. In the case of the example shown in FIG. 1 c, the second component 2 is melted from the side 21 facing away from the auxiliary joining part 3 to the auxiliary joining part 3 until the shaft 6 of the auxiliary joining part 3 and the second component 2 are welded together. It can be seen from FIG. 1 c that the laser beam 19 is directed onto the second component 2 for welding the auxiliary joining part 3 and the second component 2 through the component holder 12. In particular, the component holder 12 forms a radiation protection device 22 of the laser welding device 18.

Das Hilfsfügeteil 3 und das zweite Bauteil 2 werden unter Veränderung der Fokuslage des Laserstrahls 19 miteinander verschweißt, so dass eine flächige Schweißverbindung 23 erzeugt wird. Um eine möglichst stabile Schmelzzone zu gewährleisten, wird die Fokuslage beim Schweißvorgang mit einer relativ kleinen Amplitude und einer relativ hohen Frequenz hin- und her bewegt (Wobbein). Die Änderung der Fokuslage wird vorzugsweise durch eine nicht gezeigte Scanneroptik der Laserschweißeinrichtung 18 bewirkt. The auxiliary joining part 3 and the second component 2 are welded together by changing the focus position of the laser beam 19, so that a flat welded joint 23 is produced. To ensure the most stable melting zone, the focus position during welding with a relatively small Amplitude and a relatively high frequency back and forth (wobble). The change in the focal position is preferably effected by a scanner optics, not shown, of the laser welding device 18.

Das Hilfsfügeteil 3 und das zweite Bauteil 2 sind nun fest über die Schweißverbindung 23 miteinander verbunden. Während des Schweißvorgangs und optional während einer Abkühlphase nach dem Schweißvorgang wird der Bauteilverbund mittels der Bauteilhalter 1 1 , 12, und dem Stempel 13 zusammengehalten. The auxiliary joining part 3 and the second component 2 are now firmly connected to each other via the welded joint 23. During the welding process and optionally during a cooling phase after the welding process, the component composite is held together by means of the component holder 1 1, 12, and the punch 13.

Abschließend werden die Bauteilhalter 1 1 , 12 und der Stempel 13 zurückgezogen und die fertiggestellte Fügeverbindung 4 freigegeben. Es ergeben sich die in Fig. 1d gezeigten Verhältnisse. Finally, the component holder 1 1, 12 and the punch 13 are withdrawn and the completed joint connection 4 released. This results in the conditions shown in Fig. 1d.

Die Figuren 2a - d zeigen die Verhältnisse bei einem zweiten Beispiel für ein Fügeverfahren von zwei Bauteilen 1 , 2 mit Hilfe eines Hilfsfügeteils 3, welches mit dem ersten Bauteil 1 form- und/oder kraftschlüssig verbunden wird und anschließend mit dem zweiten Bauteil 2 laserverschweißt wird. In vielen Aspekten entspricht das Verfahren nach den Figuren 2 a - d dem Verfahren nach den Figuren 1 a - d, so dass auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen werden kann, und im Folgenden lediglich die Unterschiede erläutert werden. FIGS. 2a-d show the relationships in a second example of a joining method of two components 1, 2 with the aid of an auxiliary joining part 3, which is positively and / or non-positively connected to the first component 1 and then laser welded to the second component 2 , In many aspects, the method according to FIGS. 2 ad corresponds to the method according to FIGS. 1 a-d, so that reference can be made to the above explanations, and only the differences will be explained below.

Im Unterschied zu dem Hilfsfügeteil 3 gemäß den Figuren 1 a - d weist das Hilfsfügeteil 3 gemäß den Figuren 2 a - d eine mittige Aussparung 25 auf. Das Hilfsfügeteil 3 ist insbesondere hohlnietförmig ausgebildet. Des Weiteren wird beim Schweißvorgang das Hilfsfügeteil 3 von der dem zweiten Bauteil 2 abgewandten Seite 26 bis zum zweiten Bauteil 2 aufgeschmolzen (Figur 2c). Zu diesem Zweck ist mittels der Laserschweißeinrichtung 18 ein Laserstrahl 19 durch die Einsetzeinrichtung 14 hindurch, insbesondere durch den Stempel 13, auf das Hilfsfügeteil 3 lenkbar. Das Hilfsfügeteil 3 wird am Boden 27 der mittigen Aussparung 25 mit dem zweiten Bauteil 2 verschweißt. Dank der Aussparung 25 reduziert sich das aufzuschmelzende Material des Hilfsfügeteils 3. In contrast to the auxiliary joining part 3 according to FIGS. 1 a-d, the auxiliary joining part 3 according to FIGS. 2 a-d has a central recess 25. The auxiliary joining part 3 is in particular formed like a hollow rivet. Furthermore, during the welding process, the auxiliary joining part 3 is melted from the side 26 facing away from the second component 2 to the second component 2 (FIG. 2c). For this purpose, by means of the laser welding device 18, a laser beam 19 through the insertion device 14 through, in particular by the punch 13, on the auxiliary joining part 3 steerable. The auxiliary joining part 3 is welded to the bottom 27 of the central recess 25 with the second component 2. Thanks to the recess 25 reduces the aufzuschmelzende material of the auxiliary joining part. 3

Anhand Figur 3 wird ein weiteres Beispiel eines Fügeverfahrens erläutert. Im Unterschied zu den bereits beschriebenen Verfahren, wird bei diesem Verfahren ein Hilfsfügeteil 3 verwendet, das die Durchgangsöffnung 16 im ersten Bauteil 1 nicht selbst formt. Der Schaft 6 des massiven, nietförmigen Hilfsfügeteils 3 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und wird in ein bereits vorgelochtes erstes Bauteil 1 eingesetzt. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Hilfsfügeteil 3 beim Einsetzen zwar die Durchgangsöffnung 16 formt, insbesondere ausstanzt, wobei in diesem Fall aber Material vom ersten Bauteil 1 abgetrennt wird und abgeführt werden muss. Aus diesem Grunde erfolgt bei dieser Variante das Einbringen des Hilfsfügeteils 3, bevor das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 in der zu verbindenden Lage aneinander liegen, da ansonsten das zweite Bauteil 2 das Abführen des abgetrennten Materials behindern würde. A further example of a joining method will be explained with reference to FIG. In contrast to the methods already described, this method is used a Hilffügeteil 3 used that does not form the through hole 16 in the first component 1 itself. The shank 6 of the solid, rivet-shaped auxiliary joining part 3 is essentially cylindrical and is inserted into an already pre-punched first component 1. Alternatively, however, it is also conceivable that the auxiliary joining part 3 forms the through-opening 16 during insertion, in particular punching out, but in this case material is separated from the first component 1 and has to be removed. For this reason, in this variant, the introduction of the auxiliary joining part 3, before the first component 1 and the second component 2 in the position to be bonded to each other, otherwise the second component 2 would hinder the removal of the separated material.

Figur 3 zeigt die Verhältnisse beim Schweißvorgang. Das zweite Bauteil 2 wird von der dem Hilfsfügeteil 3 abgewandten Seite 15 bis zum Hilfsfügeteil 3 aufgeschmolzen und der Schaft 6 des Hilfsfügeteils 3 mit dem zweiten Bauteil 2 verschweißt. In Figur 3 ist ein Umlenkspiegel 28 einer ansonsten nicht weiter gezeigten Scanneroptik der Laserschweißeinrichtung 18 gezeigt. Der Spiegel 28 kann ein- oder zweiachsig gelagert sein, damit das Hilfsfügeteil 3 und das zweite Bauteil 2 unter Veränderung der Fokuslage des Laserstrahls 19 miteinander verschweißt werden können. Wiederum kann erforderlichenfalls das sogenannte Wobbein zum Einsatz kommen. Anhand Figur 4 wird ein weiteres Beispiel eines Fügeverfahrens erläutert. Auch in diesem Fall handelt es sich um ein Hilfsfügeteil 3, das die Durchgangsöffnung 16 nicht selbst beim Einsetzen bildet oder zumindest nicht abfallfrei bildet. Im Unterschied zu dem Beispiel gemäß Figur 3 ist das Hilfsfügeteil 3 mit einer mittigen Aussparung 25 hohlnietförmig ausgebildet. Beim Schweißvorgang wird der Laserstrahl 19 auf den Boden 27 der mittigen Aussparung 25 gerichtet und das Hilfsfügeteil 3 bis zum zweiten Bauteil 2 aufgeschmolzen und mit diesem verschweißt. FIG. 3 shows the conditions during the welding process. The second component 2 is melted from the auxiliary joining part 3 side facing away 15 to the auxiliary joining part 3 and the shaft 6 of the auxiliary joining part 3 welded to the second component 2. FIG. 3 shows a deflection mirror 28 of a scanner optics of the laser welding device 18, which is not otherwise shown. The mirror 28 may be mounted on one or two axes, so that the auxiliary joining part 3 and the second component 2 can be welded together by changing the focus position of the laser beam 19. Again, if necessary, the so-called wobble can be used. A further example of a joining method will be explained with reference to FIG. Also in this case, it is a Hilfsfügeteil 3, which does not form the passage opening 16 itself at the onset or at least does not form waste. In contrast to the example according to FIG. 3, the auxiliary joining part 3 is formed with a central recess 25 in the shape of a rivet. During the welding process, the laser beam 19 is directed to the bottom 27 of the central recess 25 and the auxiliary joining part 3 is melted to the second component 2 and welded thereto.

Figur 5 zeigt eine Fügevorrichtung 10 zum Durchführen eines Fügeverfahrens gemäß dem in Figur 3 gezeigten Beispiel. Die Fügevorrichtung 10 weist eine Einsetzeinrichtung 14, mittels derer das Hilfsfügeteil 3 in das erste Bauteil 1 einbringbar ist, und eine Laserschweißeinrichtung 18 auf, mittels derer das eingebrachte Hilfsfügeteil 3 und ein zweites Bauteil 2 miteinander verschweißbar sind. Die Laserschweiß- und die Einsetzeinrichtung 18, 14 sind an einem gemeinsamen Träger 30 für eine gemeinsame Positionierung relativ zu den zu verbindenden Bauteilen 1 , 2 angebracht. Des Weiteren umfasst die Fügevorrichtung 10 zwei Bauteilhalter 1 1 , 12, die verfahrbar an dem gemeinsamen Träger 30 befestigt sind. FIG. 5 shows a joining device 10 for carrying out a joining method according to the example shown in FIG. The joining device 10 has an insertion device 14, by means of which the auxiliary joining part 3 can be introduced into the first component 1, and a laser welding device 18, by means of which the inserted auxiliary joining part 3 and a second component 2 can be welded together. The laser welding and inserting devices 18, 14 are mounted on a common carrier 30 for joint positioning relative to the components 1, 2 to be connected. Furthermore, the joining device 10 comprises two component holders 1 1, 12 which are movably mounted on the common carrier 30.

Die Einsetzeinrichtung 14 umfasst einen kraft - und/oder weggesteuerten Stempel 13 zum Einsetzen des Hilfsfügeteils 3 in das erste Bauteil 1 , der in den Bauteilhalter 1 1 integriert ist. Die Laserschweißeinrichtung 18 ist auf Seiten des gegenüberliegenden Bauteilhalters 12 angeordnet, der zusätzlich zum Fixieren der Bauteile 1 , 2 auch als Strahlenschutzeinrichtung 22 dient. Optional weist die Laserschweißeinrichtung 18 eine an dem Bauteilhalter 12 befestigte Einrichtung 31 zur Prozessgaszufuhr auf. Zum Positionieren des Laserstrahlfokus ist eine nicht weitere gezeigte Scanneroptik vorgesehen, mittels derer ein Laserstrahl 19 auf die dem Hilfsfügeteil 3 abgewandte Seite 21 des zweiten Bauteils 2 durch den Bauteilhalter 12 hindurch lenkbar ist, um das Hilfsfügeteil 3 und das zweite Bauteil 2 miteinander zu verschweißen. Mittels der Laserschweißeinrichtung 18 ist ein Laserstrahl 19 entlang einer Einfallsachse 20 auf die Bauteile 1 , 2 lenkbar, welche mit einer Einsetzachse 20 der Einsetzeinrichtung 14 zusammenfällt. The insertion device 14 comprises a force-controlled and / or travel-controlled punch 13 for inserting the auxiliary joining part 3 into the first component 1, which is integrated in the component holder 11. The laser welding device 18 is arranged on the side of the opposite component holder 12, which also serves as a radiation protection device 22 in addition to fixing the components 1, 2. Optionally, the laser welding device 18 has a device 31 attached to the component holder 12 for supplying process gas. For positioning the laser beam focus, a scanner optics (not shown) is provided, by means of which a laser beam 19 can be guided on the side 21 of the second component 2 facing away from the auxiliary joining part 3 through the component holder 12 in order to weld the auxiliary joining part 3 and the second component 2 together. By means of the laser welding device 18, a laser beam 19 can be guided along an incident axis 20 onto the components 1, 2, which coincides with an insertion axis 20 of the insertion device 14.

Figur 6 zeigt eine Fügevorrichtung 10 zum Durchführen eines Fügeverfahrens gemäß dem in Figur 1 gezeigten Beispiel. Die Fügevorrichtung 10 weist ebenfalls eine Einsetzeinrichtung 14 und eine Laserschweißeinrichtung 18 auf. Die Laserschweiß- und die Einsetzeinrichtung 18, 14 sind an einer gemeinsamen Trägerplatte 32 angebracht. Die Trägerplatte 32 weist nicht gezeigte Aufnahmen für den Anschluss an einen Industrieroboter auf. FIG. 6 shows a joining device 10 for carrying out a joining method according to the example shown in FIG. The joining device 10 likewise has an insertion device 14 and a laser welding device 18. The laser welding and the insertion device 18, 14 are mounted on a common support plate 32. The support plate 32 has not shown receptacles for connection to an industrial robot.

Die Einsetzeinrichtung 14 ist in einen Bauteilhalter 1 1 integriert und über einen Zangenarm 33 kraft- und oder weggesteuert verfahrbar an der Trägerplatte 32 befestigt. Zum Antrieb des Zangenarms 33 dient eine am Gehäuse 34 der Laserschweißeinrichtung 18 angebrachte Antriebseinheit 35. Der Zangenarm 33 weist eine integrierte Wasserkühlung (nicht gezeigt) zur Kühlung der Laseroptik auf. The insertion device 14 is integrated in a component holder 1 1 and fixed by a forceps arm 33 force and or remotely movable on the support plate 32. To drive the gun arm 33 is a mounted on the housing 34 of the laser welding device 18 drive unit 35. The gun arm 33rd has an integrated water cooling (not shown) for cooling the laser optics.

Die Laserschweißeinrichtung 18 ist mit einer Einrichtung 36 zur Prozessgaszufuhr und zum Strahlenschutz versehen. Zum Positionieren des Strahlfokus ist eine nicht weiter gezeigte Scanneroptik vorgesehen, mittels derer ein Laserstrahl 19 auf die dem Hilfsfügeteil 3 abgewandte Seite 21 des zweiten Bauteils 2 lenkbar ist. Auch im Falle der Vorrichtung 10 gemäß Figur 6 ist mittels der Laserschweißeinrichtung 18 ein Laserstrahl 19 entlang einer Einfallsachse 20 auf die Bauteile 1 , 2 lenkbar, welche mit einer Einsetzachse 20 der Einsetzeinrichtung 14 zusammenfällt. The laser welding device 18 is provided with a device 36 for supplying process gas and for radiation protection. For positioning the beam focus, a scanner optics (not shown further) is provided, by means of which a laser beam 19 can be steered onto the side 21 of the second component 2 facing away from the auxiliary joining part 3. Also in the case of the device 10 according to FIG. 6, by means of the laser welding device 18 a laser beam 19 can be guided along an incident axis 20 onto the components 1, 2, which coincides with an insertion axis 20 of the insertion device 14.

Figur 7 zeigt eine Fügevorrichtung 10 zum Durchführen eines Fügeverfahrens gemäß dem in Figur 2 gezeigten Beispiel. Die Fügevorrichtung 10 weist ebenfalls eine Einsetzeinrichtung 14 und eine Laserschweißeinrichtung 18 auf, die an einer gemeinsamen Trägerplatte 32 angebracht sind, welche nicht gezeigte Aufnahmen für den Anschluss an einen Industrieroboter aufweist. FIG. 7 shows a joining device 10 for carrying out a joining method according to the example shown in FIG. The joining device 10 also has an insertion device 14 and a laser welding device 18, which are attached to a common support plate 32, which has not shown receptacles for connection to an industrial robot.

Die Einsetz- 14 und die Laserschweißeinrichtung 18 sind in einem kombinierten Bearbeitungskopf 37 angeordnet, welcher kraft- und oder weggesteuert verfahrbar an einem Basisgehäuse 38 befestigt ist, das fest auf der Trägerplatte 32 montiert ist. Der kombinierte Bearbeitungskopf 37 ist zudem mit einem Magazin 39 für Hilfsfügeteile 3 versehen. Aus dem Magazin 39 sind die Hilfsfügeteile 3 einzeln der Einsetzeinrichtung 14 zuführbar. Zum kraft- und/oder weggesteuerten Einsetzen bzw. Einpressen eines Hilfsfügeteils 3 wird der Bearbeitungskopf 37 verfahren, wobei ein Stempel 13 das Hilfsfügeteil 3 in das erste Bauteil 1 drückt. Der Stempel 13 ist in einen Bauteilhalter 1 1 integriert, der zugleich eine Strahlenschutzeinrichtung 22 der Laserschweißeinrichtung 18 bildet. The insertion 14 and the laser welding device 18 are arranged in a combined machining head 37, which is movably and movably mounted on a base housing 38 which is fixedly mounted on the support plate 32. The combined processing head 37 is also provided with a magazine 39 for auxiliary joining parts 3. From the magazine 39, the auxiliary joining parts 3 are individually fed to the insertion device 14. For force and / or path-controlled insertion or pressing in of an auxiliary joining part 3, the machining head 37 is moved, wherein a punch 13 presses the auxiliary joining part 3 into the first component 1. The stamp 13 is integrated in a component holder 1 1, which also forms a radiation protection device 22 of the laser welding device 18.

Außerdem weist die Fügevorrichtung 10 einen Zangenarm 33 mit einem dem Bearbeitungskopf 37 gegenüberliegenden Bauteilhalter 12 auf. Der Zangenarm 33 ist mittels einer Antriebeinheit 35 kraft- und/oder weggesteuert verfahrbar in dem Basisgehäuse 38 gelagert. Wiederum ist mittels der Laserschweißeinrichtung 18 ein Laserstrahl 19 entlang einer Einfallsachse 20 auf die Bauteile 1 ,2 lenkbar, welche mit einer Einsetzachse 20 der Einsetzeinrichtung 14 zusammenfällt. In addition, the joining device 10 has a gun arm 33 with a component holder 12 opposite the machining head 37. The gun arm 33 is mounted by means of a drive unit 35 in a force-controlled and / or travel-controlled manner in the base housing 38. Again, by means of the laser welding device 18th a laser beam 19 along an incident axis 20 to the components 1, 2 steerable, which coincides with an insertion axis 20 of the insertion device 14.

Bei dem Beispiel gemäß Figur 7 ist mittels der Laserschweißeinrichtung 18 ein Laserstrahl 19 zum Verschweißen des Hilfsfügeteils 3 und des zweiten Bauteils 2 durch die Einsetzeinrichtung 14 hindurch auf das Hilfsfügeteil 3 lenkbar. In the example according to FIG. 7, a laser beam 19 for welding the auxiliary joining part 3 and the second component 2 through the insertion device 14 to the auxiliary joining part 3 can be guided by means of the laser welding device 18.

Im Falle sämtlicher beispielhafter Fügevorrichtungen wird vorzugsweise ein Laserstrahl eines Festkörperlasers verwendet. Beispielsweise wird ein diodengepumpter Scheibenlaser eingesetzt. Als Beispiel ist der TruDisk 4001 der Fa. Trumpf Laser GmbH zu nennen. Er weist eine mittlere Leistung von bis zu 750 Watt auf. Die Wellenlänge beträgt 1030 ηιτι bei einer Strahlqualität von 4 mm-mrad. Alternativ könnte beispielsweise auch der TruDiode 4006 Fa. Trumpf Laser GmbH verwendet werden. In the case of all exemplary joining devices, a laser beam of a solid-state laser is preferably used. For example, a diode-pumped disk laser is used. An example is the TruDisk 4001 from Trumpf Laser GmbH. It has an average power of up to 750 watts. The wavelength is 1030 ηιτι at a beam quality of 4 mm-mrad. Alternatively, for example, the TruDiode 4006 Fa. Trumpf Laser GmbH could be used.

Alternativ oder ergänzend zu den bereits erläuterten Ausprägungen eines Fügeverfahrens kann es - wie bereits weiter oben erwähnt - von Vorteil sein, wenn das Hilfsfügeteil 3 beim Einbringen in das erste Bauteil 1 plastisch verformt wird. Zum einen kann das Hilfsfügeteil 3 im Bereich der zu bildenden Schweißverbindung 23 mit dem zweiten Bauteil 2 plastisch verformt werden, um eine gute Anlage an das zweite Bauteil 2 zu gewährleisten. Zum anderen kann die plastische Verformung die Ausbildung einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem ersten und/oder zweiten Bauteil 1 ,2 zumindest unterstützen. As an alternative or in addition to the forms of a joining method already explained, it may be advantageous, as already mentioned above, if the auxiliary joining part 3 is plastically deformed during introduction into the first component 1. On the one hand, the auxiliary joining part 3 can be plastically deformed in the region of the weld joint 23 to be formed with the second component 2, in order to ensure good contact with the second component 2. On the other hand, the plastic deformation can at least support the formation of a positive and / or non-positive connection with the first and / or second component 1, 2.

Um die erforderliche Kraft zum Einbringen der Durchgangsöffnung 16 in das erste Bauteil 1 durch das Hilfsfügeteil 3 zu reduzieren, ist es gegebenenfalls vorteilhaft, das erste Bauteil 1 mittels eines Laserstrahls 19 in dem Bereich zu erweichen, in welchen die Durchgangsöffnung 16 eingebracht wird. Bei manchen Verhältnissen kann eine zusätzliche stoffschlüssige Befestigung des Hilfsfügeteils 3 an dem ersten Bauteil 1 dienlich sein. Vorzugsweise kann diese mittels Laserschweißen eingebracht werden. In order to reduce the force required for introducing the passage opening 16 into the first component 1 by the auxiliary joining part 3, it may be advantageous to soften the first component 1 by means of a laser beam 19 in the region in which the passage opening 16 is introduced. In some circumstances, an additional cohesive attachment of the auxiliary joining part 3 to the first component 1 may be useful. Preferably, this can be introduced by means of laser welding.

Die beschriebenen Fügeverfahren sind nicht auf das Verbinden von zwei Bauteilen beschränkt. Es ist durchaus denkbar, dass drei oder mehr Bauteile auf die beschnebene Weise miteinander verbunden werden. Insbesondere können mehrere nicht oder schlecht verschweißbare Bauteile zugleich mit einem Hilfsfügeteil kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden, und anschließend das Hilfsfügeteil mit einem schweißbaren Bauteil verschweißt werden. The described joining methods are not limited to the joining of two components. It is quite possible that three or more components are on the bland ways become interconnected. In particular, a plurality of non-weldable or poorly welded components can at the same time be positively and / or positively connected to an auxiliary joining part, and then the auxiliary joining part can be welded to a weldable component.

Claims

Ansprüche claims

Fügeverfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen (1 , 2), bei welchem ein Hilfsfügeteil (3), insbesondere ein Niet, in zumindest ein erstes Bauteil (1 ) unter Ausbildung wenigstens einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung eingebracht wird, wobei das eingebrachte Hilfsfügeteil (3) und wenigstens ein zweites Bauteil (2) mittels eines Laserstrahls (19) miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Laserschweißvorgang das Hilfsfügeteil (3) von der dem zweiten Bauteil (2) abgewandten Seite (26) bis zum zweiten Bauteil (2) aufgeschmolzen wird und/oder das zweite Bauteil (2) von der dem Hilfsfügeteil (3) abgewandten Seite (21 ) bis zum Hilfsfügeteil (3) aufgeschmolzen wird. Joining method for connecting at least two components (1, 2), in which an auxiliary joining part (3), in particular a rivet, in at least a first component (1) is introduced to form at least one positive and / or non-positive connection, wherein the introduced Auxiliary joining part (3) and at least one second component (2) by means of a laser beam (19) are welded together, characterized in that in the laser welding process, the auxiliary joining part (3) from the second component (2) facing away from the side (26) to the second Part (2) is melted and / or the second component (2) from the auxiliary joining part (3) facing away from the side (21) to the auxiliary joining part (3) is melted.

Fügeverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (3) zumindest einen Schaft (6) und ein Kopfteil (7) aufweist, wobei das Hilfsfügeteil (3) derart in das erste Bauteil (1 ) eingebracht wird, dass der Kopfteil (7) diejenige Seite (15) des ersten Bauteils (1 ) hintergreift, die bei verbundenen Bauteilen (1 , 2) dem zweiten Bauteil (2) abgewandt ist, und der Schaft (6) durch das erste Bauteil (1 ) ragt, wobei anschließend der Schaft (6) des Hilfsfügeteils (3) und das zweite Bauteil (2) miteinander verschweißt werden. Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary joining part (3) has at least one shaft (6) and a head part (7), wherein the auxiliary joining part (3) is introduced into the first component (1) such that the head part (7) engages behind that side (15) of the first component (1) which, in the case of connected components (1, 2), faces away from the second component (2), and the shaft (6) protrudes through the first component (1) then the shaft (6) of the auxiliary joining part (3) and the second component (2) are welded together.

Fügeverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (3) eine mittige Aussparung (25) aufweist, wobei das Hilfsfügeteil (3) am Boden (27) der mittigen Aussparung (25) mit dem zweiten Bauteil (2) verschweißt wird. Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary joining part (3) has a central recess (25), wherein the auxiliary joining part (3) at the bottom (27) of the central recess (25) with the second component (2) is welded ,

Fügeverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (3) beim Einbringen in das erste Bauteil (1 ) plastisch verformt wird, insbesondere im Bereich der zu bildenden Schweißverbindung (23) mit dem zweiten Bauteil (2) plastisch verformt wird und/oder insbesondere zur Ausbildung einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem ersten und/oder zweiten Bauteil (1 , 2) plastisch verformt wird. Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary joining part (3) is plastically deformed when introduced into the first component (1), in particular in the region of the welded joint (23) to be plastically deformed with the second component (2) and / or in particular for forming a positive and / or non-positive connection with the first and / or second component (1, 2) plastically deformed becomes.

5. Fügeverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (3) in das erste Bauteil (1 ) eingebracht wird, wenn das erste und zweite Bauteil (1 , 2) bereits in der zu verbindenden Lage zueinander angeordnet sind. 5. joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary joining part (3) in the first component (1) is introduced when the first and second component (1, 2) are already arranged in the position to be joined to each other.

6. Fügeverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserschweißeinrichtung (18), mittels derer das Hilfsfügeteil (3) und das zweite Bauteil (2) miteinander verschweißt werden, bereits vor dem Einbringen des Hilfsfügeteils (3) in das erste Bauteil (1 ) für den Schweißvorgang relativ zu den Bauteilen (1 , 2) positioniert ist. 6. Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that a laser welding device (18) by means of which the auxiliary joining part (3) and the second component (2) are welded together before the introduction of the auxiliary joining part (3) in the first component (1) for the welding operation relative to the components (1, 2) is positioned.

7. Fügeverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Hilfsfügeteils (3) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, eine Durchgangsöffnung (16) in das erste Bauteil (1 ) eingebracht wird, durch welche das Hilfsfügeteil (3) bei verbundenen Bauteilen (1 , 2) zur Schweißverbindung (23) mit dem zweiten Bauteil (2) geführt ist. 7. joining method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the auxiliary joining part (3) at least partially, preferably completely, a through hole (16) is introduced into the first component (1), through which the auxiliary joining part (3) in connected components (1, 2) to the welded joint (23) with the second component (2) is guided.

8. Fügeverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim zumindest teilweisen Einbringen der Durchgangsöffnung (16) kein abzuführendes Material des ersten Bauteils (1 ) entsteht. 9. Fügeverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim zumindest teilweisen Einbringen der Durchgangsöffnung (16) das erste Bauteil (1 ) mittels eines Laserstrahls (19) in dem Bereich erweicht wird, in welchen die Durchgangsöffnung (16) eingebracht wird. 10. Fügeverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (3) und das erste Bauteil (1 ) zusätzlich zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Laserschweißen, miteinander verbunden werden. 8. joining method according to claim 7, characterized in that at least partially introducing the passage opening (16) no abzuführendes material of the first component (1) is formed. 9. joining method according to claim 7 or 8, characterized in that at least partially introducing the passage opening (16), the first component (1) is softened by means of a laser beam (19) in the region in which the passage opening (16) is introduced. 10. joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary joining part (3) and the first component (1) in addition to the positive and / or non-positive connection cohesively, preferably by laser welding, are interconnected.

1 1 . Fügeverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (3) und das zweite Bauteil (2) unter Veränderung der Fokuslage des Laserstrahls (19) relativ zum Hilfsfügeteil (3) und dem zweiten Bauteil (2) miteinander verschweißt werden. 1 1. Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary joining part (3) and the second component (2) are welded together by changing the focus position of the laser beam (19) relative to the auxiliary joining part (3) and the second component (2).

12. Fügevorrichtung (10) zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Fügevorrichtung (10) eine Einsetzeinrichtung (14) aufweist, mittels derer ein Hilfsfügeteil (3), insbesondere ein Niet, in zumindest ein erstes Bauteil (1 ) unter Ausbildung wenigstens einer form- und/oder kraftschlüssigen12. joining device (10) for connecting at least two components, in particular according to a method according to one of the preceding claims, wherein the joining device (10) has an insertion device (14) by means of which an auxiliary joining part (3), in particular a rivet, in at least a first component (1) forming at least one positive and / or non-positive

Verbindung einbringbar ist, und wobei die Fügevorrichtung (10) eine Laserschweißeinrichtung (18) aufweist, mittels derer das eingebrachte Hilfsfügeteil (3) und ein zweites Bauteil (2) miteinander verschweißbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Laserschweißeinrichtung (18) ein Laserstrahl (19) auf die dem zweiten Bauteil (2) abgewandten Seite (26) desConnection can be introduced, and wherein the joining device (10) comprises a laser welding device (18) by means of which the introduced auxiliary joining part (3) and a second component (2) are welded together, characterized in that by means of the laser welding device (18) a laser beam ( 19) on the second component (2) facing away from (26) of

Hilfsfügeteils (3) lenkbar ist und/oder ein Laserstrahl (19) auf die dem Hilfsfügeteil (3) abgewandten Seite (21 ) des zweiten Bauteils (2) lenkbar ist, um das Hilfsfügeteil (3) und das zweite Bauteil (2) miteinander zu verschweißen. Auxiliary beam (3) is steerable and / or a laser beam (19) on the auxiliary joining part (3) facing away from (21) of the second component (2) is steerable to the auxiliary joining part (3) and the second component (2) to each other weld.

13. Fügevorrichtung (10) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschweiß- und die Einsetzeinrichtung (18, 14) an einem gemeinsamen Träger (30, 32) für eine gemeinsame Positionierung relativ zu den zu verbindenden Bauteilen (1 , 2) angebracht sind. 13. joining device (10) according to claim 12, characterized in that the laser welding and the insertion means (18, 14) on a common carrier (30, 32) for joint positioning relative to the components to be connected (1, 2) attached are.

14. Fügevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die Laserstrahlschweiß- und die Einsetzeinrichtung (18, 14) zum Fixieren der Bauteile (1 , 2) zumindest einen gemeinsamen Bauteilhalter (1 1 , 12) aufweisen. 14. Joining device (10) according to any one of claims 12 or 13, characterized in that the Laserstrahlschweiß- and the insertion means (18, 14) for fixing the components (1, 2) at least one common component holder (1 1, 12) ,

15. Fügevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Laserschweißeinrichtung (18) ein Laserstrahl (19) zum Verschweißen des Hilfsfügeteils (3) und des zweiten Bauteils (2) durch die Einsetzeinrichtung (14) hindurch auf das Hilfsfügeteil (3) lenkbar ist. 15. Joining device (10) according to any one of claims 12 to 14, characterized in that by means of the laser welding device (18), a laser beam (19) for welding the auxiliary joining part (3) and the second component (2) through the inserting device (14) on the auxiliary joining part (3) is steerable.

16. Fügevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Laserschweißeinrichtung (18) ein Laserstrahl (19) zum Verschweißen des Hilfsfügeteils (3) und des zweiten Bauteils (2) durch einen Bauteilhalter (1 1 ) hindurch auf das zweite Bauteil (2) lenkbar ist, der auf einer Seite der Bauteile (1 , 2) anordenbar ist, welche der Einsetzeinrichtung (14) gegenüberliegt. 16. Joining device (10) according to one of claims 12 to 15, characterized in that by means of the laser welding device (18) a laser beam (19) for welding the auxiliary joining part (3) and the second component (2) by a component holder (1 1) can be steered on the second component (2), which can be arranged on one side of the components (1, 2), which is opposite to the insertion device (14).

17. Fügevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Laserschweißeinrichtung (18) ein Laserstrahl (19) entlang einer Einfallsachse (20) auf die Bauteile (1 , 2) lenkbar ist, welche mit einer Einsetzachse (20) der Einsetzeinrichtung (14) zusammenfällt. 17. joining device (10) according to one of claims 12 to 16, characterized in that by means of the laser welding device (18) a laser beam (19) along an incident axis (20) on the components (1, 2) is steerable, which with an insertion axis (20) of the insertion device (14) coincides.

18. Fügevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bauteilhalter (1 1 , 12), mittels dessen zumindest ein Bauteil (1 , 2) beim Einbringen des Hilfsfügeteils (3) fixierbar ist, eine Strahlenschutzeinrichtung (22) der Laserschweißeinrichtung (18) bildet. 18. Joining device (10) according to any one of claims 12 to 17, characterized in that at least one component holder (1 1, 12), by means of which at least one component (1, 2) during insertion of the auxiliary joining part (3) is fixable, a radiation protection device (22) of the laser welding device (18) forms.

19. Fügevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschweißeinrichtung (18) eine Scanneroptik aufweist. 19. joining device (10) according to any one of claims 12 to 18, characterized in that the laser welding device (18) has a scanner optics.