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Title:
CONNECTION ELEMENT FOR CONNECTING AT LEAST TWO COMPONENTS IN A NON-RELEASABLE MANNER, AND COMPOSITE ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/105711
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a connection element (10) for connecting at least two components (12.1, 12.2) in a non-releasable manner by means of friction welding while rotating the connection element (10) about a longitudinal axis (10.1) of the connection element (10). The connection element (10) comprises: - a shaft (10.2 - 10.4) which is formed along the longitudinal axis (10.1) and comprises a shaft end (10.2) at a free end of the shaft (10.2 - 10.4) for penetrating at least one component (12.1), and - a head (10.5), which is connected to the shaft (10.2 - 10.4), for transmitting a torque about the longitudinal axis (10.1) from a rotary tool to the shaft (10.2 - 10.4), wherein the shaft end (10.2) has a shaft end face (10.21) which has a convex envelope (10.22) that progresses in a blunt manner.

Inventors:
FRÖHLICH, Dominik (Lissweg 32, Zweiflingen, 74639, DE)
VOGEL, Georg (Jäuchem Strasse 9, Ingelfingen-Eberstal, 74653, DE)
PHILIPP, Andreas (Weinbergweg 42, Forchtenberg-Ernsbach, 74670, DE)
ROMINGER, Patrick (Rohrbacher Strasse 32, Eppingen, 75031, DE)
TRUETSCH, Klaus (Dahlienweg 1, Neuenstein, 74632, DE)
Application Number:
EP2018/080685
Publication Date:
June 06, 2019
Filing Date:
November 08, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
ARNOLD UMFORMTECHNIK GMBH & CO. KG (Carl-Arnold-Strasse 25, Forchtenberg-Ernsbach, 74670, DE)
International Classes:
B23K35/02; F16B37/06; F16B5/08
Domestic Patent References:
WO2014036986A12014-03-13
WO2002062518A12002-08-15
Foreign References:
DE102009006775A12009-10-01
US20050178816A12005-08-18
EP1566234A12005-08-24
DE102009006775A12009-10-01
DE102010017550A12011-12-29
Attorney, Agent or Firm:
BALS & VOGEL PATENTANWÄLTE (Sendlinger Str. 42A, München, 80331, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verbindungselement (10) zum unlösbaren Verbinden von mindestens zwei Bau- teilen (12.1 , 12.2) mittels Reibschweißen beim Drehen des Verbindungsele- ments (10) um eine Längsachse (10.1 ) des Verbindungselements (10), umfas- send

- einen entlang der Längsachse (10.1 ) ausgebildeten Schaft (10.2-10.4) mit einer Schaftstirn (10.2) an einem freien Ende des Schaftes (10.2-10.4) zum Penetrieren mindestens eines Bauteils (12.1 ), und

- einen mit dem Schaft (10.2-10.4) verbundenen Kopf (10.5) zum Übertragen eines Drehmoments um die Längsachse (10.1 ) von einem Drehwerkzeug auf den Schaft (10.2-10.4),

wobei die Schaftstirn (10.2) eine Schaftstirnfläche (10.21 ) hat, die eine konvexe Einhüllende (10.22) mit einem stumpfen Verlauf aufweist.

2. Verbindungselement (10) nach Anspruch 1 , umfassend mindestens eines der folgenden Merkmale:

- die Schaftstirnfläche (10.21 ) hat eine Mehrzahl von Vertiefungen und Erhö- hungen;

- die Schaftstirnfläche (10.21 ) ist golfballartig ausgebildet.

3. Verbindungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Ein- hüllende (10.22) der Schaftstirnfläche (10.21 ) in der Längsschnittebene einen runden oder bogenförmigen Umriss hat.

4. Verbindungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfas- send mindestens eines der folgenden Merkmale:

- der Schaft (10.2-10.4) umfasst einen von dem freien Ende des Schaftes

(10.2-10.4) ausgehenden Formabschnitt (10.3) und einen von dem Kopf (10.5) des Schaftes (10.2-10.4) ausgehenden Halteabschnitt (10.4);

- der Formabschnitt (10.3) weist in der Querschnittebene einen polygonförmi- gen Umriss (10.31 ) mit abgerundeten Ecken auf; - der polygonförmige Umriss (10.31 ) des Formabschnitts (10.3) weist mindes- tens drei Ecken auf;

- ein Durchmesser des Halteabschnitts (10.4) ist größer als ein größter

Durchmesser des Formabschnitts (10.3).

5. Verbindungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formabschnitt (10.3) in der Querschnittebene einen Umriss (10.31 ) hat, der bereichsweise abwechselnd geradlinig und bogenförmig ist.

6. Verbindungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfas- send mindestens eines der folgenden Merkmale:

- jeweils ein ebener Flächenabschnitt des Formabschnitts (10.3) ist polygon- förmig ausgebildet, wobei jeweils ein Polygon vorzugsweise drei oder vier- eckig ausgebildet ist;

- die Außenfläche des Formabschnitts (10.3) ist um die Längsachse in Um- fangsrichtung des Formabschnitts (10.3) profiliert;

- die Außenfläche des Formabschnitts (10.3) ist tripolygonal ausgebildet;

- die Außenfläche des Formabschnitts (10.3) i) weist radiale Rillen, Kerben oder Vertiefungen auf oder ii) ist glatt ausgebildet.

7. Verbindungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfas- send mindestens eines der folgenden Merkmale:

- der Halteabschnitt (10.4) ist zylinderförmig oder näherungsweise zylinder- förmig oder konisch und insbesondere eine Außenfläche des Halteabschnitts (10.4) ist glatt ausgebildet;

- ein Übergang zwischen i) der Schaftstirn (10.2) und dem Formabschnitt (10.3) und/oder ii) zwischen dem Formabschnitt (10.3) und dem Halteab- schnitt (10.4) ist abgerundet ausgebildet.

8. Verbindungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfas- send mindestens eines der folgenden Merkmale:

- eine dem Schaft (10.2-10.4) zugewandte Unterseite des Kopfes (10.5) weist eine umlaufende Nut (10.51 ) auf; - eine dem Schaft (10.2-10.4) abgewandte Oberseite des Kopfes (10.5) weist einen Drehmomentkoppler (10.52) auf zum Übertragen des Drehmoments von dem Drehwerkzeug auf den Kopf (10.5);

- der Drehmomentkoppler (10.52) umfasst eine Vielzahl radialer Nuten, Ein- buchtungen oder Erhebungen.

9. Verbindungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfas- send mindestens eines der folgenden Merkmale:

- das Verbindungselement (10) ist aus einer Stahllegierung ausgebildet, vor- zugsweise aus einem Schrauben-Vergütungsmaterial, insbesondere 20MnB4;

- zumindest die Schaftstirnfläche (10.21 ) ist galvanisch verzinkt, wobei vor- zugsweise eine Schicht eines Materials umfassend Zink oder eine Zink- Nickel Verbindung zumindest auf die Schaftstirnfläche (10.21 ) elektroche- misch aufgetragen ist;

- eine Länge des Formabschnitts (10.3) ist etwa zwei bis dreimal kleiner als eine Länge des Schafts (10.2-10.4).

10. Verbindungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (10), bis auf die Schaftstirnfläche (10.21 ), galvanisch beschichtet ist.

11. Verbundanordnung umfassend

- mindestens zwei Bauteile (12.1 , 12.2) und

- mindestens ein Verbindungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche durch welches die Bauteile (12.1 , 12.2) mittels Reibschweißung unlösbar verbunden sind.

12. Verbundanordnung nach Anspruch 11 , umfassend mindestens eines der fol- genden Merkmale:

- ein jeweiliges Bauteil (12.1 , 12.2) ist aus einem Metall oder einer Metalllegie rung ausgebildet; - mindestens eines der Bauteile (12.1 , 12.2), insbesondere mindestens ein erstes (12.1 ) von dem Verbindungselement (10) durchdrungenes Bauteil, ist aus einem Material ausgebildet, das ein nicht eisenhaltiges Metall, vorzugs- weise Kupfer, Aluminium oder Messing umfasst und/oder eine gegenüber dem Verbindungselement (10) geringere Materialhärte aufweist;

- mindestens eines der nicht als erste Bauteile (12.2) angeordneten Bauteile ist aus Stahl ausgebildet;

- eine Gesamtdicke der Bauteile (12.1 , 12.2) ist höchstens so groß wie eine Länge des Haltebereichs des Verbindungselements (10).

Description:
Beschreibung

Verbindungselement zum unlösbaren Verbinden von mindestens zwei Bauteilen und Verbundanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum unlösbaren Verbin- den von mindestens zwei Bauteilen mittels Reibschweißen, sowie eine Verbundan- ordnung mit mindestens einem Verbindungselement, das mindestens zwei Bauteile mittels Reibschweißen verbindet.

In der automatisierten Fügetechnik metallischer Werkstoffe oder Bauteile stellt die Verarbeitungszeit bzw. Verarbeitungsgeschwindigkeit einen essenziellen Produktivi- tät und Kostenfaktor dar. Die Forderung nach kürzeren Verarbeitungszeiten ist daher weit verbreitet. Diese Forderung kann aber mit technischen Randbedingungen kolli- dieren, wie beispielsweise einer hohen axialen Kraft auf das Fügeelement beim Fü- gen mittels Reibschweißen, die eine Erhöhung der Verarbeitungszeit zur Folge hat, oder mit der Forderung nach einer Reduktion der Menge von Metallspänen beim Drehen des Fügeelements.

Aus DE 10 2009 006 775 A1 ist ein Fügeelement zum Fügen zweier aneinander an- liegender Werkstücke bekannt. Ein Eindringabschnitt des Fügeelements weist einen balligen Vorsprung auf mit einer Ausformung, die ein Eindringen des Fügeelements in das erste Werkstück erleichtern soll, wie beispielsweise einer ringförmigen Kante, einer Schneide oder einer spaltförmigen Aussparung.

Die Vorsprung-Ausformung des Eindringabschnitts bewirkt eine spanende Bearbei- tung der Werkstücke. Mit einer solchen Bearbeitung sind Probleme verbunden, wie beispielsweise eine Erhöhung der Menge von Metallspänen beim Drehen des Fü- geelements sowie eine unzureichende Festigkeit der hergestellten Verbindung.

Aus DE 10 2010 017 550 A1 ist ein Verbindungselement zum Fierstellen einer Reibschweißverbindung von mindestens zwei plattenartigen Bauteilen bekannt. Das Verbindungselement weist ein gewindeartig gestaltetes Unrundprofil auf, durch wel- ches verdrängtes Material gezielt weggeführt werden soll.

Mit einer solchen Bearbeitung sind Probleme verbunden, wie beispielsweise eine Er- höhung der Menge von Metallspänen beim Drehen des Verbindungselements sowie eine Erhöhung der Verarbeitungszeit infolge einer Erhöhung der auf das Verbin- dungselement einzuwirkenden und benötigten Kraft.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Verbindungselement bzw. Fügeelement zu beheben oder zu- mindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, ein Verbindungselement zum unlösbaren Verbinden von mindestens zwei Bau- teilen mittels Reibschweißen sowie eine Verbundanordnung mit mindestens einem Verbindungselement bereitzustellen, wobei eine Festigkeit der hergestellten Verbin- dung verbessert wird und/oder die Fierstellung der Verbindung effizienter wird und vorzugsweise eine Reduktion des beim Verbinden entstehenden Materialabfalls und/oder der Verarbeitungszeit erzielt wird.

Voranstehende Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Demnach wird die Aufgabe durch ein Verbindungselement zum unlösbaren Verbin- den von mindestens zwei Bauteilen mittels Reibschweißen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Verbundanordnung mit mindestens einem Verbindungs- element, das mindestens zwei Bauteilen mittels Reibschweißen verbindet, mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verbindungs- element beschrieben sind, auch im Zusammenhang mit der Verbundanordnung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungs- aspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verbindungselement zum unlösbaren Verbinden von mindestens zwei, insbesondere plattenförmigen, Bauteilen mittels Reibschweißen beim Drehen des Verbindungselements um eine Längsachse des Verbindungselements. Das Verbinden ist als Fügen aufzufassen und das Verbindungselement ist ein Fügeelement oder ein Reibschweißverbin- dungselement.

Das Verbindungselement umfasst:

- einen entlang der Längsachse ausgebildeten Schaft mit einer Schaftstirn an einem freien Ende des Schaftes zum Penetrieren mindestens eines Bauteils, und

- einen mit dem Schaft verbundenen Kopf zum Übertragen eines Drehmoments um die Längsachse von einem Drehwerkzeug auf den Schaft.

Die Schaftstirn hat eine einem Außenbereich zugewandte Schaftstirnfläche, die eine konvexe Einhüllende und/oder eine konvexe Form aufweist. Die Einhüllende hat ei- nen stumpfen Verlauf beziehungsweise die Schaftstirnfläche hat einen stumpfen Ver- lauf.

Vorliegend werden die Begriffe„Schaftstirn“ und„Schaftstirnfläche“ hinsichtlich einer Form der Schaftstirn oder der Schaftstirnfläche gleichwertig verwendet bzw. be- zeichnen den gleichen Gegenstand. Darüber hinaus kann jedoch die Schaftstirn, an- ders als die Schaftstirnfläche, einen Innenbereich des betreffenden Gegenstands be- zeichnen. Sofern auf einen Verlauf der Schaftstirnfläche Bezug genommen wird, so ist damit ein räumlicher 2D-Verlauf bezeichnet.

Die Einhüllende der Schaftstirnfläche ist als eine Fläche zu verstehen, welche die Schaftstirnfläche einhüllt und deren Punkte relative Maxima der Schaftstirnfläche miteinander verbinden. Ein relatives Maximum der Schaftstirnfläche ist vorzugsweise eine bergförmige oder hügelförmige Erhöhung der Schaftstirnfläche, wobei die Schaftstirnfläche eine Vielzahl relativer Maxima aufweisen kann. Die relativen Maxi- ma sind vorzugsweise Stützstellen einer 2D-lnterpolationsfläche, wobei vorzugswei- se die Interpolation linear oder durch Splines gebildet ist. Die 2D-lnterpolationsfläche verbindet vorzugsweise die relativen Maxima bzw. Stützstellen miteinander und kann auf diese Weise die Einhüllende bilden.

Die Einhüllende der Schaftstirnfläche ist dann konvex, wenn in einer Schnittebene durch die Einhüllende diese durch eine konvexe Funktion darstellbar ist. Die Schnitt- ebene ist vorzugsweise eine Längsschnittebene umfassend die Längsachse oder ei- ne Querschnittebene senkrecht zur Längsachse. Eine Funktion ist dann konvex, wenn die folgenden Bedingungen für den gesamten Bereich der Funktion erfüllt sind:

- ein Linienabschnitt zwischen zwei beliebigen Punkten im Graphen der Funkti- on liegt oberhalb des Graphen, also in einem Innenbereich der Schaftstirn bzw. der Einhüllenden, und

- die zweite Ableitung der Funktion ist größer als Null.

Eine Fläche, vorzugsweise die Schaftstirnfläche oder deren Einhüllende, hat dann einen stumpfen Verlauf, wenn sie nicht spitz oder nicht kantig oder nicht scharfkantig ausgebildet ist. Vorzugsweise hat eine Fläche dann einen stumpfen Verlauf, wenn in der Längsschnittebene oder Querschnittebene die Fläche durch eine stetige Funktion dargestellt oder darstellbar ist, deren erste Ableitung zwischen den Rändern der Funktion durchgehend stetig ist.

Eine Fläche mit einem stumpfen Verlauf kann als eine stumpfe Fläche aufgefasst werden. Eine Schaftstirnfläche mit einem Vorsprung, der eine ringförmige Kante, ei- ne Schneide oder eine spaltförmigen Aussparung aufweist, ist als kantig bzw. scharf- kantig anzusehen, und hat nicht einen stumpfen Verlauf. Insbesondere die Einhül lende einer solchen Schaftstirnfläche hat nicht einen stumpfen Verlauf.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Verbundanord- nung umfassend mindestens zwei Bauteile und mindestens ein erfindungsgemäßes Verbindungselement, gemäß dem ersten Aspekt, durch welches die Bauteile mittels Reibschweißung unlösbar verbunden sind.

Die Bauteile sind vorzugsweise plattenförmig und/oder blechförmig. Die Bauteile können allerdings auch anders ausgebildet sein. So kann beispielsweise ein erstes Bauteil, das als erstes von dem Verbindungselement durchdrungen wird, plattenför- mig sein. Ein zweites Bauteil, auf welches das erste Bauteil plan aufgesetzt und durch das Verbindungselement verbunden wird, kann quaderförmig oder würfelför- mig sein oder kann beliebig geformt sein, sofern es eine bereichsweise ebene Ober- fläche aufweist, an welcher das erste Bauteil anliegen kann. Beim Herstellen der Verbindung kann das Verbindungselement zunächst durch Rota- tion und axialen Druck in mindestens ein erstes Bauteil hineingedreht, durch dieses hindurchbewegt und in ein darauf folgendes Bauteil eingedrückt werden, ohne es zu durchdringen. Durch die beim Eindrehen und Eindrücken entstehende Reibung wer- den das Verbindungselement und das kontaktierte, umliegende Bauteile-Material heiß, wodurch das Bauteile-Material umformbar wird, und von dem vordringenden Verbindungselement verdrängt wird, sodass das Verbindungselement mit den ent- sprechenden Bauteilen stoffschlüssig verbunden wird, während die Bauteile in Anla- ge aneinander gehalten sind.

Die Ausformung der Verbindungselement-Fläche, welche die Bauteile kontaktiert, sich an ihnen reibt, erweicht, zum Umformen bringt und penetriert, insbesondere die Ausformung der Schaftstirnfläche und/oder einer Schaft-Außenfläche des eindrin- genden Schaft-Bereichs, ist maßgeblich verantwortlich für die Erzeugung der Rei- bung zwischen dem Verbindungselement und den Bauteilen und somit für die Effizi enz der Reibschweißung. Das Merkmal, wobei die Schaftstirnfläche i) eine konvexe Form mit einem stumpfen Verlauf und/oder ii) eine konvexe Einhüllende mit einem stumpfen Verlauf aufweist, bewirkt vorteilhafterweise

- während der Herstellung der Verbindung bedingt durch die Flächenstrukturen bzw. Flächenformen, welche eine Erhöhung der Reibung bewirken, ein höhe- rer Wärmeeintrag beim Kontakt zwischen Schaftstirnfläche und dem zu ver- schweißenden Bauteil erfolgt, wodurch eine Reduzierung der Prozesszeit er- zielt wird.

- eine Reduktion des beim Herstellen der Verbindung entstehenden Materialab- falls, weil durch das Fehlen von Kanten, insbesondere scharfer Kanten, oder von Spitzen, eine Erzeugung von Spänen beim Eindrehen des Verbindungs- elements reduziert oder gar vermieden wird, und

- eine verbesserte Festigkeit der hergestellten Verbindung, weil das verdrängte Bauteile-Material nicht in Form umherfliegender Späne ausgeworfen, sondern in Form von Material mit abgesenkter Fließspannung erzeugt wird, welches nach dem Abkühlen die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und den Bauteilen festigt. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat die Schaftstirnfläche eine stumpfe Flächenform, die eine von einem Kugelschalensegment abweichende Flä chenstruktur mit reibungserhöhenden Elementen aufweist. Die Schaftstirnfläche um- fasst vorzugsweise mindestens eines der folgenden reibungserhöhenden Elemente:

- Die Schaftstirnfläche weist eine Mehrzahl von Vertiefungen und Erhöhungen auf, beispielsweise in Form von Bergen, Flügeln und Tälern, die gleichmäßig oder gegebenenfalls ungleichmäßig verteilt sind.

- Die Schaftstirnfläche ist golfballartig ausgebildet. Der Begriff golfballartig be- schreibt eine Flächenstruktur (Golfballstruktur) mit Vertiefungen und Erhöhun- gen, die vorzugsweise eine, als ein Kugelschalensegment ausgebildete, Ein- hüllende haben kann. Die Vertiefungen und Erhöhungen können beispielswei- se gleichmäßig ausgebildet sein und/oder sich periodisch wiederholen.

- Die Schaftstirnfläche hat in der Längsschnittebene und/oder der Querschnitt- ebene einen wellenförmigen Umriss. Ein wellenförmiger Umriss kann eine Si- nusform, oder eine Sägezahnform (Dreiecksform) mit abgeschnittenen oder stumpfen Ecken, oder eine Rechteckform mit abgeschnittenen oder stumpfen Ecken umfassen.

Die beschriebenen Flächenstrukturen bzw. Flächenformen bewirken eine Erhöhung der Reibung bzw. des Reibungskoeffizienten zwischen der Schaftstirnfläche und den Bauelementen. Die stärkere Reibung bewirkt wiederum eine erhöhte Wärmeentwick- lung an der Kontaktfläche bzw. Reibfläche und/oder einen stärkeren Abrasionseffekt und kann vorteilhafter Weise das Vordringen des Verbindungselements erleichtern und eine erhöhte Effizienz der Reibschweißung sowie eine Reduktion der Verarbei- tungszeit bzw. der Taktzeit bewirken, ohne dass dabei Materialabfall, beispielsweise Späne, erzeugt wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat die Einhüllende der Schaftstirn- fläche in der Längsschnittebene einen runden oder bogenförmigen Umriss. Damit wird vorteilhafterweise eine Reduktion des beim Herstellen der Verbindung entste- henden Materialabfalls bewirkt, weil durch das Fehlen von Kanten, insbesondere scharfer Kanten, oder von Spitzen, eine Erzeugung von Spänen beim Eindrehen des Verbindungselements reduziert oder gar vermieden wird. Insgesamt ist durch die runde bzw. stumpfe Formgebung der in die Bauteile eindrin- genden Abschnitte des Verbindungselements, einschließlich der Schaftstirnfläche und der Außenfläche des Formbereichs sowie der in diesen Abschnitten vorgesehe- nen reibungserhöhenden Elementen, gewährleistet, dass eine erhöhte Reibung und folglich eine erhöhte Effizienz der Reibschweißung bewirkt werden und zugleich ein Verhaken der eindringenden Abschnitte vermieden wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Einhüllende der Schaftstirnfläche um die Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet und/oder hat in der Querschnittsebene einen kreisförmigen Umriss. Damit können vorteilhaf- terweise die Herstellung erleichtert und die Herstellkosten gesenkt werden (ein rota- tionssymmetrisches Element ist einfacher und billiger herstellbar als ein nicht rotati- onssymmetrisches Element).

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat die Einhüllende der Schaftstirnfläche in der Längsschnittebene einen kreisförmigen oder parabelförmigen oder ellipsenförmigen Umriss. Im Zusammenspiel mit der rotationssymmetrischen Form hat ein derartiger Umriss den vorteilhaften Effekt einer guten Reibung bei gleichzeitiger Vermeidung von Materialabfall, wobei zugleich die Herstellung leicht ist und die Herstellkosten niedrig sind.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Schaft mindes- tens zwei Abschnitte einschließlich eines von dem freien Ende des Schaftes ausge- henden Formabschnitts und eines von dem Kopf des Schaftes ausgehenden Halte- abschnitts. Der Halteabschnitt bildet einen oberen Teil des Schafts, weicher den Kopf hält, und der Formabschnitt bildet einen unteren Teil des Schafts, der an die Schaft- stirn anschließt und zusammen mit der Schaftstirn zur Erzeugung einer erhöhten Reibung zwischen Verbindungselement und Bauteilen und damit zu einer erhöhten Reibschweißwirkung beiträgt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Formabschnitt in der Querschnittebene einen polygonförmigen, d. h. mehreckigen oder vieleckigen, Um- riss mit abgerundeten Ecken auf, wobei vorzugsweise die Strecken zwischen den Ecken i) gleich lang sind, um eine gleichmäßige Drehbewegung beim Reibschweißen zu bewirken, und/oder ii) bereichsweise gerade und/oder gekrümmt sind, um eine erhöhte Reibung zwischen Verbindungselement und Bauteilen bei gleichzeitiger Ab- fallvermeidung zu bewirken.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der polygon- förmige Umriss des Formabschnitts mindestens drei, vier oder sechs Ecken auf. Damit wird vorteilhafterweise eine erhöhte Reibung zwischen Verbindungselement und Bauteilen bei gleichzeitiger Abfallvermeidung und niedrigen Herstellungskosten für das Verbindungselement bewirkt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Außenfläche des Formab- schnitts bereichsweise eben ausgebildet, wobei vorzugsweise die Außenfläche des Formabschnitts mindestens drei ebene oder näherungsweise ebene Flächenab- schnitte umfasst. Eine näherungsweise ebene Form ist als eine leicht gewölbte Form aufzufassen, die nur geringfügig von der ebenen Form abweicht. Damit wird vorteil- hafterweise ein stumpfer Verlauf der Außenfläche bzw. Kontaktfläche und zugleich eine erhöhte Reibung zwischen Verbindungselement und Bauteilen bei gleichzeitiger Abfallvermeidung bewirkt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Formabschnitt zylinderför- mig oder näherungsweise zylinderförmig ausgebildet. Hierbei ist als zylinderförmig eine Form aufzufassen, bei welcher in einer Längsschnittebene der Umriss des For- mabschnitts parallel oder näherungsweise parallel zur Längsachse verläuft, wobei gegebenenfalls der Formabschnitt nicht zwingend rotationssymmetrisch gegenüber der Längsachse sein muss.

Ferner, gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat der Formabschnitt in der Querschnittebene einen Umriss, der bereichsweise bogenförmig oder geradli- nig ist. Vorzugsweise hat der Formabschnitt in der Querschnittebene einen Umriss, der bereichsweise abwechselnd geradlinig und bogenförmig ist. Die weitgehend run- de Form, die dennoch von einer kreisrunden Form abweicht, kann vorteilhafterweise eine erhöhte Reibung bei gleichzeitiger Reduktion des beim Herstellen der Verbin- dung entstehenden Materialabfalls bewirken. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Außenfläche des Formab- schnitts um die Längsachse in Umfangsrichtung profiliert und weist insbesondere ra- diale Rillen, Kerben oder Vertiefungen auf. Ein derartiges Profil ist in der Quer- schnittsebene durch entsprechende radiale Verlaufsschwankungen der Umlaufkontur gekennzeichnet. Die Profilierung einschließlich Vertiefungen jeglicher Art weist vor- zugsweise in der Querschnittsebene eine abgerundete Form bzw. Kontur auf. Die weitgehend runde Form, welche dennoch reibungserhöhende Elemente aufweist, kann vorteilhafterweise eine erhöhte Reibung bei gleichzeitiger Reduktion des beim Herstellen der Verbindung entstehenden Materialabfalls bewirken.

Alternativ ist die Außenfläche des Formabschnitts vorzugsweise um die Längsachse in Umfangsrichtung glatt ausgebildet. Damit kann eine zusätzliche Reduktion des beim Herstellen der Verbindung entstehenden Materialabfalls und/oder eine gleich- mäßige Kraftübertragung über die Außenfläche des Formabschnitts und eine zuver- lässige Reibschweißverbindung bei kurzen Taktzeiten erzielt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Außenfläche des Formabschnitts tripolygonal ausgebildet. Hierbei bedeutet tripolygonal insbeson- dere, dass die Außenfläche des Formabschnitts drei Polygonflächen, vorzugsweise vier Eckflächen oder Rechteckflächen, umfasst. Damit wird vorteilhafterweise ein Walgen in dem ersten Bauelement und damit eine erhöhte Reibungswärme und ein verbessertes Eindrehverhalten des Verbindungselements bewirkt. Ferner kann be- vorzugt vorgesehen sein, dass das Verbindungselement, ausgeschossen die Spitze, d.h. die Schaftstirnfläche, galvanisch beschichtet ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Außenfläche des Halteab- schnitts zylinderförmig oder näherungsweise zylinderförmig oder konisch und insbe- sondere glatt ausgebildet. Damit wird vorteilhafterweise eine Erleichterung beim Ein- drehen bzw. Eindringen des Verbindungselements und bei der Weiterleitung des plastifizierten Bauteile-Materials bewirkt.

Ferner, gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Übergang zwi- schen i) der Schaftstirnfläche und der Außenfläche des Formabschnitts und/oder ii) zwischen dem Formabschnitt und dem Halteabschnitt abgerundet ausgebildet. Das bewirkt ergänzend eine abgerundete bzw. stumpfe Formgebung der in die Bauteile eindringenden Abschnitte des Verbindungselements. Damit ist vorteilhafter weise sichergestellt, dass an dem betreffenden Bereich der Schaft-Außenfläche keine Kan- ten oder Spitzen vorhanden sind.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist eine dem Schaft zugewandte Unterseite des Kopfes eine umlaufende Nut auf. Diese Bauweise entspricht einer Hohlkehle und ermöglicht es vorteilhafterweise bei der Verbindungsherstellung ver- drängtes beziehungsweise umgeformtes Bauteile-Material aufzunehmen, sodass ein Außenrand an der Unterseite des Kopfes flächig auf dem oberen der miteinander verbundenen Bauteile aufliegt und die entstandene Reibschweißverbindung zusätz- lich gegen eindringende Feuchtigkeit abdichtet.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist eine dem Schaft abgewandte Oberseite des Kopfes einen Drehmomentkoppler zum Übertragen des Drehmoments von dem Drehwerkzeug auf den Kopf des Verbindungselements beim Reibschweißen auf. Vorzugsweise weist der Drehmomentkoppler radialer Nuten, Einbuchtungen oder Erhebungen auf. Damit werden vorteilhafterweise eine effiziente Drehmomentübertragung auf den Kopf sowie eine einfache und kosteneffiziente Her- stellung des gesamten Verbindungselements ermöglicht. Ein derart ausgebildeter Drehmomentkoppler ist besonders für eine automatisierte Anwendung geeignet, weil das Drehwerkzeug beim Absinken auf den Kopf des Verbindungselements nicht be- sonders präzise positioniert werden muss, um eine effektive Drehmomentübertra- gung auf das Verbindungselement zu bewirken.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Verbindungselement aus einer Stahllegierung ausgebildet, vorzugsweise aus einem Schrauben- Vergütungsmaterial, oder aus einem mangan- und/oder borhaltigen Stahl, insbeson- dere 20MnB4, 23MnB4 oder 22MnB5. Alternativ ist das Verbindungselement aus ei- ner Ti-Legierung hergestellt. Insbesondere weist das Verbindungselement ein mar- tensitisches Gefüge auf. Das Verbindungselement weist alternativ ein austenitisches Gefüge auf, das bekanntlich eine hohe Festigkeit hat. Die Oberfläche des Verbin- dungselements ist vorzugsweise gehärtet, beispielsweise durch Aufkohlen, wodurch eine besonders widerstandsfähige Penetrationsschicht entsteht. Bevorzugt ist ferner ein Verbindungselement, welches eine Oberflächenbeschichtung aufweist. Diese ist vorzugsweise mittels einer Galvanisierung, oder durch einen Chemisch-Nickel-Prozess, durch Plasmaspritzen, kinetisches Kaltgaskompaktieren, Flammspritzen, Hartverchromen, oder durch physikalische Gasphasenabscheidung aufgebracht. Für eine besonders hohe Härte umfasst das Verbindungselement zu- mindest bereichsweise hochkohlenstoffhaltigem Stahl, insbesondere mit zementiti- schem Gefüge.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zumindest die Schaftstirnfläche, gegebenenfalls auch der Schaft einschließlich Formbereich und Haltebereich, galvanisch verzinkt, wobei vorzugsweise eine Schicht eines Materials umfassend Zink oder eine Zink-Nickel Verbindung zumindest auf die Schaftstirnflä che elektrochemisch aufgetragen ist. Damit kann vorteilhafterweise eine besonders harte bzw. widerstandsfähige Schicht auf der Schaftstirnfläche und/oder dem Form- bereich erzeugt werden. Idealerweise ist das komplette Verbindungselement voll- ständig galvanisch beschichtet. Eine blanke Spitze, d.h. eine Schaftstirnfläche, die nicht galvanisch beschichtet ist, ermöglicht ebenfalls eine prozesssichere Ver- schweißung.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Länge des Formabschnitts etwa zwei bis dreimal kleiner als eine Länge des Schafts. Damit können vorteilhaf- terweise kurze Taktzeiten beim Reibschweißen erzielt werden, wobei eine zuverläs- sige Abdichtung durch den Halteabschnitt mit kreisrundem Querschnitt gewährleistet ist.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein jeweiliges Bauteil aus ei- nem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet. Damit wird vorteilhafterweise das Reibschweißen überhaupt ermöglicht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eines der Bauteile, insbesondere mindestens ein erstes von dem Verbindungselement durchdrungenes Bauteil, aus einem Material ausgebildet, das ein nicht eisenhaltiges Metall, vorzugsweise Kupfer, Aluminium oder Messing umfasst und/oder eine ge- genüber dem Verbindungselement geringere Materialhärte aufweist. Ebenso bevor- zugt ist es, wenn mindestens eines der Bauteile aus Kunststoff, insbesondere aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff, ausgebildet ist. Damit wird vor- teilhafterweise das Eindringen des Verbindungselements in die Bauteile erleichtert, das Reibschweißen kann effizient gestaltet werden und Taktzeiten können verkürzt werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Bauteile jeweils als Metall- bleche oder Metallplatten ausgebildet. Vorzugsweise können die Bauteile jeweils un- gelocht sein oder können Löcher aufweisen, die einen geringeren Durchmesser ha- ben als i) der größte Durchmesser des Formabschnitts und/oder ii) der Durchmesser des Halteabschnitts. Damit wird vorteilhafterweise bewirkt, dass ein beim Reib- schweißen entstandenes und/oder durch das Verbindungselement ausgefülltes Loch nach Fertigstellen der Reibschweißverbindung zuverlässig durch den vom Kopf aus- gehenden Halteabschnitt des Schafts abgedichtet wird. Hierzu kann der Halteab- schnitt einen größeren Durchmesser aufweisen als ein maximaler Durchmesser des Formabschnitts.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat das Material des mindes- tens einen ersten Bauteils eine geringere Härte als das Material der übrigen Bauteile. Damit wird vorteilhafterweise das Eindringen des Verbindungselements in die Bautei- le erleichtert, das Reibschweißen kann effizient gestaltet werden und Taktzeiten können verkürzt werden.

Ferner, nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eines der nicht als erstes Bauteil angeordneten Bauteile aus Stahl ausgebildet. Damit wird vor- teilhafterweise eine erhöhte Festigkeit der Verbundanordnung bewirkt, wobei das Vordringen des Verbindungselements beim Reibschweißen trotzdem nicht behindert oder beeinträchtigt wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Gesamtdicke der Bauteile höchstens so groß wie eine Länge, d. h. axiale Ausdehnung, des Haltebe- reichs des Verbindungselements. Damit wird vorteilhafterweise eine vollständige Durchdringung der Bauteile durch das Verbindungselement gewährleistet falls der vordere Bereich des Verbindungselements einschließlich Schaftstirn und Formab- schnitt beim Reibschweißen abgeschliffen wird bzw. abschmilzt.

Erfindungsgemäße Verbindungselemente werden nachfolgend anhand von Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1 eine erste Ausführungsform des Verbindungselements in einer Seiten- ansicht,

Figur 2 eine erste Ausführungsform des Verbindungselements in einer Drauf- sicht,

Figur 3 eine erste Ausführungsform des Verbindungselements in einer Unter- sicht,

Figur 4-7 die Flerstellungsschritte einer Verbundanordnung mit zwei Bauteilen und einem Verbundelement mittels Reibschweißen,

Figur 8 die erste Ausführungsform des Verbindungselements in einer Längs- schnittebenen-Schnittansicht durch die Schaftstirn,

Figur 9 die erste Ausführungsform des Verbindungselements in einer Quer- schnittsebenen-Schnittansicht durch die Schaftstirn,

Figur 10 eine zweite Ausführungsform des Verbindungselements in einer Quer- schnittsebenen-Schnittansicht durch die Schaftstirn,

Figur 11 eine dritte Ausführungsform des Verbindungselements in einer Seiten- ansicht,

Figur 12 eine dritte Ausführungsform des Verbindungselements in Querschnitts- ebenen-Schnittansichten durch den Flalteabschnitt und den Formab- schnitt, und Figur 13 eine dritte Ausführungsform des Verbindungselements in einer Längs- schnittebenen-Schnittansicht.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den gezeigten Figuren 1 bis 13 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Verbindungselements 10, das zum un- lösbaren Verbinden von zwei Bauteilen 12.1 ,12.2 mittels Reibschweißen, das in den Fign. 4-7 gezeigt ist, beim Drehen des Verbindungselements 10 um eine Längsachse 10.1 des Verbindungselements 10.

Das Verbindungselement 10 umfasst:

- einen entlang der Längsachse 10.1 ausgebildeten Schaft 10.2-10.4 mit einer Schaftstirn 10.2 an einem freien Ende des Schaftes 10.2-10.4 zum Durchdrin- gen eines Bauteils 12.1 , und

- einen mit dem Schaft 10.2-10.4 verbundenen Kopf 10.5 zum Übertragen eines Drehmoments um die Längsachse 10.1 von einem Drehwerkzeug auf den Schaft 10.2-10.4.

Die Schaftstirn 10.2 hat eine Schaftstirnfläche 10.21 , die eine konvexe Einhüllende 10.22 mit einem stumpfen Verlauf aufweist. Die Einhüllende 10.22 der Schaftstirnflä che 10.21 ist als eine Fläche zu verstehen, welche die Schaftstirnfläche 10.21 ein- hüllt und deren Punkte relative Maxima der Schaftstirnfläche 10.21 (siehe Fig. 8-10) miteinander verbindet. Die relativen Maxima bilden Stützstellen einer die relativen Maxima bzw. Stützstellen verbindenden 2D-lnterpolationsfläche, welche die Einhül lende 10.22 darstellt.

In der in Fig. 1 gezeigten Vorderansicht des Verbindungselements 10 stimmt die Einhüllende 10.22 mit einer Kontur der Schaftstirnfläche 10.21 überein. Demgegen- über, in den in Fig. 8 und 9 gezeigten Schnittansichten durch die Schaftstirn 10.2, unterscheidet sich die Einhüllende 10.22 von der Kontur 10.21 der Schaftstirn 10.2 und ist damit deutlich erkennbar. In der in Fig. 2 gezeigten Draufsicht des Verbindungselements 10 ist der Kopf 10.5 erkennbar, wobei eine dem Schaft 10.2-10.4 abgewandte Oberseite des Kopfes 10.5 in ihrer Mitte eine kreisförmige ebene Druckfläche 10.53 und außen herum einen Drehmomentkoppler 10.52 aufweist zum Übertragen des Drehmoments von einem Drehwerkzeug auf den Kopf 10.5 beim Reibschweißen. Vorliegend umfasst der Drehmomentkoppler radiale Nuten bzw. Einbuchtungen 10.52, in welche ein ent- sprechendes Gegenstück des Drehwerkzeugs (nicht gezeigt), beispielsweise radiale Vorsprünge einer Stirn des Drehwerkzeugs, mit dem Drehmomentkoppler zusam- menwirkt bzw. in die radiale Nuten eingreift beim axialen Absenken des Drehwerk- zeugs zum Drehen des Verbindungselements 10. Zum axialen Drücken auf das Ver- bindungselement 10 ist die ebene Druckfläche 10.53 vorgesehen.

In der in Fig. 3 gezeigten Untersicht des Verbindungselements 10 ist die Schaftstirn- fläche 10.21 erkennbar, die Wellenberge bzw. Erhöhungen 10.23 und Wellentäler bzw. Vertiefungen 10.24 aufweist, die reibungserhöhende Elemente der Schaftstirn- fläche 10.21 bilden.

Die Schaftstirnfläche 10.21 , beispielhaft dargestellt in Fig. 8, 9, hat insofern einen stumpfen Verlauf, als dass sie nicht spitz und nicht kantig ausgebildet ist. Anders ausgedrückt, die Schaftstirnfläche 10.21 ist in der Längsschnittebene (Fig. 8) oder Querschnittebene (Fig. 9) durch eine stetige Funktion darstellbar bzw. dargestellt, deren erste Ableitung zwischen den Rändern der Funktion, welche auch Ränder der Schaftstirnfläche 10.21 sind, durchgehend stetig ist.

Fig. 8 zeigt in einer Längsschnittebenen-Schnittansicht durch die Schaftstirn 10.2 ei- ne erste Ausformung der Schaftstirnfläche 10.21 mit reibungserhöhenden Elemen- ten. Hierbei ist erkennbar, dass die Kontur 10.21 der Schaftstirn 10.2 eine Mehrzahl von Erhöhungen bzw. Wellenberge 10.23 und von Vertiefungen bzw. Wellentälern 10.24 aufweist, die gleichmäßig verteilt sind. In Fig. 9, in welcher in einer Quer- schnittsebenen-Schnittansicht durch die Schaftstirn 10.2 die Kontur der Schaftstirn 10.2 bzw. die Schaftstirnfläche 10.21 gezeigt ist, sind ähnliche reibungserhöhende Elemente (gleichmäßig verteilte Erhöhungen 10.23 und Vertiefungen 10.24) erkenn- bar. Generell hat die Schaftstirn 10.2 in Schnittansichten durch die Schaftstirn 10.2 eine wellenförmige Kontur 10.21 , wobei eine Höhe bzw. Amplitude der Welle in den vorliegenden Figuren zu Anschauungszwecken übertrieben, d. h. größer als gemäß einem realen Maßstab, dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt in einer Längsschnittebenen-Schnittansicht durch die Schaftstirn 10.2 eine weitere Ausformung der Schaftstirnfläche 10.21 mit reibungserhöhenden Ele- menten. In dieser Ausformung weist die Kontur 10.21 der Schaftstirn 10.2 einen wel- lenförmigen Verlauf mit einer Rechteckform auf, wobei die Ecken abgeschnitten bzw. stumpf sind.

Die in Fig. 8-10 gezeigten Ausführungsformen des Verbindungselements 10 entfalten einen wesentlichen Reibschweiß- Effekt durch den stumpfen Verlauf der Schaftstirn- fläche 10.21 und/oder der Einhüllenden 10.22 in Verbindung mit der Schaftstirn 10.2, die eine Flächenstruktur mit reibungserhöhenden Elementen 10.23,10.24 aufweist. Ein ähnlicher Effekt (Reibung, Erhitzung, Materialschmelzung, keine Abfallerzeu- gung) wird auch durch eine (nicht gezeigte) Golfballstruktur der Schaftstirnfläche 10.21 erzeugt.

In der in Fig. 11 gezeigten Seitenansicht des Verbindungselements 10 ist erkennbar, dass der Schaft 10.2-10.4 einen von dem freien Ende des Schaftes ausgehenden Formabschnitt 10.3 und einen von dem Kopf 10.5 des Schafts ausgehenden Halte- abschnitt 10.4 umfasst. Der Flalteabschnitt 10.4 bildet somit einen oberen Teil des Schafts, welcher den Kopf 10.5 hält, und der Formabschnitt 10.3 bildet einen unteren Teil des Schafts, der an die Schaftstirn 10.2 anschließt und zusammen mit der Schaftstirn 10.2 zur Erzeugung einer erhöhten Reibung zwischen Verbindungsele- ment l O und Bauteilen 12.1 ,12.2 und damit zu einer erhöhten Reibschweißwirkung beiträgt.

Die in Fig. 11 , 13 gezeigte Schaftstirn 10.2 hat eine stumpfe Schaftstirnfläche 10.21 ohne eine wellenartige Ausformung, jedoch mit einer feinkörnigen, reibungserhöhen- den Flächenstruktur, welche den gewünschten Effekt einer verbesserten

Reibschweißung erzeugt.

Der in Fig. 11 gezeigte Flalteabschnitt 10.4 weist einen größeren Durchmesser auf als ein maximaler Durchmesser des Formabschnitts 10.3. Damit wird vorteilhafter- weise bewirkt, dass ein beim Reibschweißen in dem ersten Bauteil 12.1 entstande- nes oder verbreitetes Loch (durchgehende Bohrung) oder in dem zweiten Bauteil 12.2 entstandene Anbohrung nach Fertigstellen der Reibschweißverbindung zuver- lässig durch den vom Kopf 10.5 ausgehenden Halteabschnitt 10.4 abgedichtet wird. Im Unterschied dazu hat das in Fig. 1 gezeigte Verbindungselement 10 einen Schaft

10.2-10.4, bei welchem der Formabschnitt 10.3 und der Halteabschnitt 10.4 sich nicht oder nur unwesentlich voneinander unterscheiden.

In den in Fig. 12 gezeigten Querschnittsebenen-Schnittansichten durch den Halteab- schnitt 10.4 (Schnitt A-A) und durch den Formabschnitt 10.3 (Schnitt B-B) ist erkenn- bar, dass der Halteabschnitt 10.4 einen Querschnitt mit kreisförmiger Kontur 10.41 hat und der Formabschnitt 10.3 einen Querschnitt mit einer Kontur 10.31 hat, die nicht kreisförmig sondern leicht wellenförmig ist. Die Querschnitt-Kontur 10.31 des Formabschnitts 10.3 ist reibungserhöhend und bewirkt damit eine Verbesserung der Reibschweißung und Verkürzung der Taktzeiten. Zudem ist erkennbar, dass der größte Durchmesser der Formabschnitt-Kontur 10.31 größer als der Durchmesser der Halteabschnitt-Kontur 10.41 ist. Dadurch liegt nach dem Herstellen einer

Reibschweißverbindung der Außenumfang des Halteabschnitts 10.3 flächig an einer Brandung eines in dem oberen Bauteil 12.1 hergestellten Lochs an und sorgt dadurch für eine sichere Abdichtung der hergestellten Reibschweißverbindung.

In der in Fig. 13 gezeigten Längsschnittebenen-Schnittansicht durch das Verbin- dungselement 10 ist die Gesamtstruktur des Verbindungselements 10 erkennbar.

Der entlang der Längsachse 10.1 ausgebildeten Schaft 10.2-10.4 weist eine gewölb- te und stumpfe Schaftstirn 10.2 und ist mit einem Kopf 10.5 verbunden. Der Schaft

10.2-10.4 weist in einem unteren, mit der Schaftstirn 10.2 verbundenen Teil einen Formbereich 10.3 und in einem oberen, mit dem Kopf 10.5 verbundenen Teil einen Haltebereich 10.4 auf. Eine dem Schaft 10.2-10.4 zugewandte Unterseite des Kopfes 10.5 weist eine umlaufende Nut 10.51 auf. Diese Bauweise entspricht einer Hohlkeh- le und ermöglicht es vorteilhafterweise beim Reibschweißen aufgeschmolzenes Bau- teile-Material aufzunehmen, sodass ein Außenrand an der Unterseite des Kopfes 10.5 flächig auf dem oberen 12.1 der miteinander verbundenen Bauteile 12.1 , 12.2 aufliegt und die entstandene Reibschweißverbindung zusätzlich gegen eindringende Feuchtigkeit abdichtet. Bei dem in den Fign. 4-7 dargestellten Herstellen der Verbindung wird das Verbin- dungselement 10 zunächst durch Rotation und axialen Druck in ein erstes Bauteil 12.1 hineingedreht (Fig. 4), das aus Aluminium besteht, durch dieses hindurchbe- wegt und in ein darauf folgendes, zweites Bauteil 12.2 aus Stahl eingedrückt ohne es zu durchdringen (Fig. 5). Durch die beim Eindrehen und Eindrücken entstehende Reibung werden das Verbindungselement 10 und das kontaktierte, umliegende Bau- teile-Material heiß, wodurch die Fließspannung des Bauteile-Materials abgesenkt wird und das Material von dem Verbindungselement 10 verdrängt wird (Fig. 6), so- dass das Verbindungselement 10 mit den Bauteilen 12.1 ,12.2 stoffschlüssig verbun- den wird, während die Bauteile 12.1 ,12.2 in Anlage aneinander gehalten sind. Das geschmolzene Bauteile-Material steigt seitlich an dem Verbindungselement 10 hoch und dringt in die umlaufende Nut 10.51 an der Unterseite des Kopfes 10.5 hinein. Abschließend wird, mittels Drehung und axialen Druck, eine Stauchung des Schaftes 10.2-10.4 bewirkt, wodurch der Kopf 10.5 des Verbindungselements 10 in eine End- position auf das erste Bauteil 12.1 gebracht wird (Fig. 7).

Bezugszeichenliste

10 Verbindungselement

10.1 Längsachse des Verbindungselements

10.2 Schaftstirn des Verbindungselements

10.21 Schaftstirnfläche, Kontur der Schaftstirn

10.22 Einhüllende der Schaftstirnfläche oder Schaftstirn

10.23 Erhöhung, Wellenberg der Schaftstirnfläche oder Schaftstirn

10.24 Vertiefung, Wellental der Schaftstirnfläche oder Schaftstirn

10.3 Formabschnitt des Verbindungselements

10.31 Kontur des Formabschnitts

10.4 Flalteabschnitt des Verbindungselements

10.41 Kontur des Flalteabschnitts

10.5 Kopf des Verbindungselements

10.51 umlaufende Nut an der Unterseite des Kopfes

10.52 Drehmomentkoppler, radiale Nut an der Oberseite des Kopfes

10.53 Druckfläche an der Oberseite des Kopfes

12.1 erstes zu verbindendes Bauteil

12.2 zweites zu verbindendes Bauteil