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DE-102017106635-B4 - Verfahren zur Verbindung von drei Bauteilen und verbundenes System

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Abstract

Verfahren zur Verbindung von drei Bauteilen (1, 2, 3), das die folgenden Merkmale aufweist: - Positionieren der Bauteile (1, 2, 3) derart, dass sich Verbindungsflächen (1.1, 2.1.1) von dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) sowie Kontaktflächen (1.2.1, 3.1) von dem ersten oder zweiten Bauteil (1) und dem dritten Bauteil (3) einander gegenüberliegen; - Stoffschlüssiges Verbinden von dem ersten mit dem zweiten Bauteil (1, 2) mittels der Verbindungsflächen (1.1, 2.1.1) sowie Verformung von dem ersten oder zweiten Bauteil (1) in einem Bereich (1.2) von dessen mindestens einer Kontaktfläche (1.2.1) im Kontakt mit der dazu korrespondierenden Kontaktfläche (3.1) des dritten Bauteils (3), jeweils mittels einer gemeinsamen Fügekraft F, wobei das erste und das zweite Bauteil (1, 2) sowie das erste oder zweite Bauteil (1) und das dritte Bauteil (3) entlang einer gemeinsamen Fügeachse (4) relativ aufeinander zu bewegt werden und das dritte Bauteil (3) nach der Verformung des ersten oder zweiten Bauteils (1) mittels des ersten und des zweiten Bauteils (1, 2) parallel zu der Fügeachse (4) festgelegt ist, - dadurch gekennzeichnet, dass es die in der vorgenannten Art und Weise zu verbindenden Bauteile nicht ermöglichen, das zweite Bauteil durch das dritte Bauteil hindurchzuführen.

Inventors

  • Georg Fiegler
  • Pranay Kumar Repaka

Assignees

  • HELLA GmbH & Co. KGaA

Dates

Publication Date
20260507
Application Date
20170328

Claims (10)

  1. Verfahren zur Verbindung von drei Bauteilen (1, 2, 3), das die folgenden Merkmale aufweist: - Positionieren der Bauteile (1, 2, 3) derart, dass sich Verbindungsflächen (1.1, 2.1.1) von dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) sowie Kontaktflächen (1.2.1, 3.1) von dem ersten oder zweiten Bauteil (1) und dem dritten Bauteil (3) einander gegenüberliegen; - Stoffschlüssiges Verbinden von dem ersten mit dem zweiten Bauteil (1, 2) mittels der Verbindungsflächen (1.1, 2.1.1) sowie Verformung von dem ersten oder zweiten Bauteil (1) in einem Bereich (1.2) von dessen mindestens einer Kontaktfläche (1.2.1) im Kontakt mit der dazu korrespondierenden Kontaktfläche (3.1) des dritten Bauteils (3), jeweils mittels einer gemeinsamen Fügekraft F, wobei das erste und das zweite Bauteil (1, 2) sowie das erste oder zweite Bauteil (1) und das dritte Bauteil (3) entlang einer gemeinsamen Fügeachse (4) relativ aufeinander zu bewegt werden und das dritte Bauteil (3) nach der Verformung des ersten oder zweiten Bauteils (1) mittels des ersten und des zweiten Bauteils (1, 2) parallel zu der Fügeachse (4) festgelegt ist, - dadurch gekennzeichnet , dass es die in der vorgenannten Art und Weise zu verbindenden Bauteile nicht ermöglichen, das zweite Bauteil durch das dritte Bauteil hindurchzuführen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Fügekraft F in Abhängigkeit einer Führungsgröße gesteuert oder geregelt wird, wobei die Führungsgröße als ein aus einem Fügeweg s und einer Fügezeit t gebildeter Quotient ausgebildet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Fügekraft F derart gesteuert oder geregelt wird, dass der Quotient im Wesentlichen während der gesamten Fügezeit t konstant ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , dass der Quotient in einer Anfangsphase der Fügezeit t automatisch ermittelt wird und für den zeitlich nachfolgenden Rest der Fügezeit t als eine Führungsgröße verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das stoffschlüssige Verbinden als Schweißen, insbesondere Laserschweißen, ausgebildet ist.
  6. Verbundenes System, umfassend drei miteinander verbundene Bauteile (1, 2, 3), wobei das erste und das zweite Bauteil (1, 2) zueinander korrespondierende Verbindungsflächen (1.1, 2.1.1) zur stoffschlüssigen Verbindung sowie das erste oder zweite Bauteil (1) und das dritte Bauteil (3) zueinander korrespondierende Kontaktflächen (1.2.1, 3.1) aufweisen, und wobei die Verbindungsflächen (1.1, 2.1.1) und die Kontaktflächen (1.2.1, 3.1) derart ausgebildet und jeweils zueinander ausgerichtet sind, dass das erste und das zweite Bauteil (1, 2) sowie das erste oder zweite Bauteil (1) und das dritte Bauteil (3) entlang einer gemeinsamen Fügeachse (4) relativ aufeinander zu bewegbar sind und mittels einer gemeinsamen Fügekraft F das erste und zweite Bauteil (1, 2) mittels der Verbindungsflächen (1.1, 2.1.1) miteinander stoffschlüssig verbunden sind und das erste oder zweite Bauteil (1) in einem Bereich (1.2) von dessen mindestens einer Kontaktfläche (1.2.1) im Kontakt mit der dazu korrespondierenden Kontaktfläche (3.1) des dritten Bauteils (3) verformt ist, wobei das dritte Bauteil (3) mittels der Verformung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) parallel zur Fügeachse (4) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet , dass es die in der vorgenannten Art und Weise verbundenen Bauteile vorab nicht ermöglichen, das zweite Bauteil durch das dritte Bauteil hindurchzuführen.
  7. Verbundenes System nach Anspruch 6 , dass das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil (2) mindestens einen ersten Vorsprung (2.1) aufweisen/aufweist, wobei das freie Ende (2.1.1) des ersten Vorsprungs (2.1) als eine der Verbindungsflächen (2.1.1) ausgebildet ist.
  8. Verbundenes System nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet , dass das erste Bauteil (1) oder das zweite Bauteil mindestens einen zweiten Vorsprung (1.2) aufweist, wobei das freie Ende (1.2.1) des zweiten Vorsprungs (1.2) des ersten oder zweiten Bauteils (1) als eine Kontaktfläche (1.2.1) ausgebildet ist.
  9. Verbundenes System nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet , dass das erste Bauteil (1) mindestens einen zweiten Vorsprung (1.2) aufweist, wobei das freie Ende (1.2.1) des zweiten Vorsprungs (1.2) des ersten Bauteils (1) als eine Kontaktfläche (1.2.1) ausgebildet ist und ein dritter Vorsprung (2.3) des zweiten Bauteils (2) bei der Verformung von dem ersten Bauteil (1) in dem dem zweiten Vorsprung (1.2) abgewandten Bereich des dritten Bauteils (3) angeordnet ist und als Auflager für das dritte Bauteil (3) wirkt, oder dass das zweite Bauteil mindestens einen zweiten Vorsprung aufweist, wobei das freie Ende des zweiten Vorsprungs des zweiten Bauteils als eine Kontaktfläche ausgebildet ist und ein dritter Vorsprung des ersten Bauteils bei der Verformung von dem zweiten Bauteil in dem dem zweiten Vorsprung abgewandten Bereich des dritten Bauteils angeordnet ist und als Auflager für das dritte Bauteil wirkt.
  10. Verbundenes System nach einem der Ansprüche 6 bis 9 , dass das erste Bauteil (1) und/oder das zweite Bauteil mindestens einen vierten Vorsprung (1.4) aufweisen/aufweist, wobei das freie Ende des vierten Vorsprungs (1.4) als ein Anschlag ausgebildet ist und bei dem Verbinden des verbundenen Systems einen Fügeweg s entlang der Fügeachse (4) begrenzt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbindung von drei Bauteilen sowie ein verbundenes System. Derartige Verfahren zur Verbindung von drei Bauteilen und verbundene Systeme sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 10 2005 000 160 B4 ein Verfahren zum formschlüssigen Verbinden von zwei Bauteilen bekannt, bei dem ein erstes und eines zweites formschlüssig zu verbindendes Bauteil zueinander positioniert werden und das erste Bauteil mit einem dritten Bauteil im Durchstrahlschweißverfahren verschweißt wird, wobei durch eine Zustellbewegung des dritten Bauteils während des Schweißprozesses relativ zum ersten Bauteil Material aus plastisch verformbaren Bereichen des ersten Bauteils derart verdrängt wird, dass das verdrängte Material eine formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil erzeugt. Ferner ist aus der DE 102 56 254 A1 ein Verfahren zum Verschweißen eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil bekannt, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens ein Anschlag, welcher beim Verbinden der beiden Bauteile mittels Laserstrahlung eine Relativbewegung der Bauteile zueinander begrenzt, gleichzeitig ein drittes Bauteil fixiert. Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung von drei Bauteilen mit einfacheren Mitteln zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein verbundenes System mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass die Verbindung von drei Bauteilen fertigungstechnisch vereinfacht ist. Beispielsweise entfällt bei der Erfindung ein Durchstrahlschweißen des zweiten Bauteils zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit dem dritten Bauteil. Somit ist eine zusätzliche Durchstrahlschweißvorrichtung nicht erforderlich. Auch sind die durch die Erfindung verbindbaren drei Bauteile nach Art, Material, Dimensionierung und relativer Anordnung zueinander in weiteren Grenzen frei wählbar. Erfindungsgemäß ist , wenn es nicht möglich ist, das zweite Bauteil durch das dritte Bauteil hindurchzuführen. Grundsätzlich ist die Fügekraft und andere Verfahrensparameter in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Zweckmäßigerweise wird die Fügekraft in Abhängigkeit einer Führungsgröße gesteuert oder geregelt, wobei die Führungsgröße als ein aus einem Fügeweg und einer Fügezeit gebildeter Quotient ausgebildet ist. Dies ist insbesondere bei als Schweißungen ausgebildeten stoffschlüssigen Verbindungen von dem ersten mit dem zweiten Bauteil von Vorteil. Durch die Verwendung des vorgenannten Quotienten als Zielgröße ist eine relativ hohe Unabhängigkeit von der Transparenz und/oder der Absorption der stoffschlüssig zu verbindenden ersten und zweiten Bauteile, beispielsweise Kunststoffteile, gegeben. Durch die Auswahl der Fügekraft als Stellgröße ist eine relativ gleiche Fixierfestigkeit des dritten Bauteils, beispielsweise einer Leiterplatte, unabhängig von der Dimension des dritten Bauteils längs der gemeinsamen Fügeachse erreichbar. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Fügekraft derart gesteuert oder geregelt wird, dass der Quotient im Wesentlichen während der gesamten Fügezeit konstant ist. Auf diese Weise ist, beispielsweise bei einer als Laserschweißverfahren ausgebildeten stoffschlüssigen Verbindung von dem ersten mit dem zweiten Bauteil, ein im Wesentlichen während der gesamten Fügezeit konstanter Schmelzefluss in den Schweißwulst und damit eine konstante Abfuhr von überschüssiger Energie aus der Schweißzone ermöglicht. Hierfür kann die Fügekraft als Stellgröße mittels eines Antriebs, beispielsweise eines elektrischen Servomotors, während der Fügezeit derart angepasst werden, dass eine zu der Schweißung korrespondierende Fügeweg-Fügezeit-Kurve einen im Wesentlichen proportionalen Verlauf zeigt. Durch den gleichmäßigen Schmelzefluss in den Schweißwulst ist es möglich, die Temperaturverteilung und damit die Schweißnahtfestigkeit in der Schweißzone, also in dem Bereich der Verbindungsflächen des ersten und des zweiten Bauteils, konstant zu halten. Somit ist ein Abfall der Schweißnahtfestigkeit in Abhängigkeit der Bauteiltoleranzen der zu verbindenden drei Bauteile wirksam verhindert. Die erforderliche Schweißnahtqualität, also beispielsweise die Festigkeit oder die Dichtigkeit der Schweißnaht, ist unabhängig von Fügeweg und Fügezeit gegeben. Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der beiden letztgenannten Ausführungsformen sieht vor, dass der Quotient in einer Anfangsphase der Fügezeit automatisch ermittelt wird und für den zeitlich nachfolgenden Rest der Fügezeit als eine Führungsgröße verwendet wird. Hierdurch ist es nicht