Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Fügeelements in wenigstens ein Werkstück aus hochfestem Stahlblech, wobei das Stahlblech eine Zugfestigkeit von mehr als 700 N/mm ² , insbesondere mehr als 1 .200 N/mm ² , und weniger als 2.200 N/mm ² aufweist, wobei wenigstens das vor dem Einbringen dem Fügeelement zugewandte Werkstück vor dem Aufsetzen des Fügeelements an der vorgesehenen Fügestelle lokal erwärmt wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 024 000 A1 ist ein Verfahren zum Setzen von spanlos selbstlochformenden Verbindungselementen in ein oder mehrere Bleche bekannt. Die Bleche sollen kurz vor Beginn des Setzvorgangs durch elektrische Energie erhitzt werden, wobei die Erhitzung über eine Induktionsspule erfolgt, die in der Nähe einer Stelle auf dem oder den Blechen angeordnet wird, an der das Verbindungselement gesetzt wird. Das Verfahren ist zum Einbringen von spanlos selbstlochformenden Verbindungselementen in hochfeste Stahlbleche ohne Vorbohren geeignet.

Aus der deutschen Patentschrift DE 196 30 488 C2 ist ein Verfahren zum Fügen zweier überlappt angeordneter Fügeteile bekannt, bei dem vor dem Fügen, beispielsweise durch Clinchen, die Fügeteile berührungslos mittels Induktionsschleifen erwärmt werden. Es ist auch vorgesehen, Niederhalter als Heizplatte auszubilden und die Wärme beim Aufsetzen auf die Fügeteile zu übertragen.

Mit der Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen eines Fügeelements verbessert werden.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8 vorgesehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einbringen eines Fügeelements in wenigstens ein Werkstück aus hochfestem Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von mehr als 700 N/mm ² , insbesondere mehr als 1 .200 N/mm ² , und weniger als 2.200 N/mm ² ist vorgesehen, dass das vor dem Einbringen dem Fügeelement zugewandte Werkstück vor dem Aufsetzen des Fügeelements an der vorgesehenen Fügestelle lokal erwärmt wird und dass das Fügeelement aus einem Material mit Bainitgefüge besteht. Bainitgefüge wird auch als Zwischenstufengefüge bezeichnet und verleiht dem Fügeelement neben einer hohen Festigkeit auch sehr gute Zähigkeitseigenschaften. Durch ein Bainitgefüge oder auch Zwischenstufengefüge sind Fügeelemente aus Stahl überraschenderweise in besonderer Weise geeignet, um in Werkstücke aus hochfestem Stahlblech eingebracht zu werden. Eine lokale Erwärmung des Werkstücks aus hochfestem Stahlblech erleichtert dabei das Eindringen des Fügeelements in das Werkstück, durch das Bainitgefüge oder Zwischenstufengefüge des Fügeelements ist dieses aber gleichzeitig so temperaturstabil, dass das Fügeelement selbst nicht oder nur unwesentlich mechanisch während des Einbringens deformiert wird. Auch dann, wenn die mechanischen Eigenschaften des hochfesten Stahlblechs über die räumliche Ausdehnung der vorgesehenen Fügestelle infolge der lokalen Erwärmung schwanken, erleichtert ein Fügeelement mit Bainitgefüge oder Zwischenstufengefüge das Eindringen in das Werkstück. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei auf ungelochte oder auch vorgelochte Werkstücke angewendet werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken durch Einbringen eines fließlochformenden Fügeelements in die Werkstücke vorgesehen.

Beispielsweise lassen sich im Karosseriebau in sehr einfacher und schneller Weise zwei Werkstücke mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zuverlässig miteinander verbinden.

In Weiterbildung der Erfindung wird das lokale Erwärmen der Fügestelle vor dem Aufsetzen des Fügeelements mittels Induktion bewirkt.

Mittels Induktion kann eine sehr schnelle Erwärmung des Werkstücks in einem lokal begrenzten Bereich erfolgen. In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das lokale Erwärmen der Fügestelle vor dem Aufsetzen des Fügeelements mittels Laser, Ultraschall und/oder resistiv, also mittels Einleiten eines elektrischen Stroms in das Werkstück an der vorgesehenen Fügestelle.

Gerade eine Erwärmung mittels Laser hat den Vorteil, dass zum einen das Werkstück nicht kontaktiert werden muss und zum anderen das Einbringen der Wärmeenergie schräg zu einer Fügeachse erfolgen kann. Beispielsweise kann mittels eines schräg auftreffenden Laserlichtstrahls die vorgesehene Fügestelle erwärmt werden und das Fügeelement kann bereits in geringem Abstand unmittelbar vor der Fügestelle platziert werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Aufsetzen einer Einrichtung zum Erwärmen der Fügestelle auf das dem Fügeelement zugewandte Werkstück und das Wegbewegen der Einrichtung zum Erwärmen von der Fügestelle vor dem Einbringen des Fügeelements vorgesehen.

Beispielsweise kann eine Induktionsspule, ein erhitztes Bauteil, eine Elektrode oder auch eine Brennerflamme auf die Fügestelle gesetzt werden und vor dem Aufsetzen des Fügeelements auf die Fügestelle wird die Einrichtung zum Erwärmen wieder wegbewegt.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Erwärmen des dem Fügeelement zugewandten

Werkstücks an der vorgesehenen Fügestelle innerhalb einer kreisförmigen Fläche mit einem Durchmesser zwischen 7 mm und 13 mm vorgesehen.

Auf diese Weise kann das dem Fügeelement zugewandte Werkstück lokal äußerst begrenzt erwärmt werden, wobei sich herausgestellt hat, dass ein Durchmesser des erwärmten Bereichs zwischen 7 mm und 13 mm völlig zum Setzen eines Fügeelements genügt. Dies ist nur deshalb möglich, da ein Flügelelement aus einem Stahlmaterial mit Bainitgefüge besteht. Die mechanischen Eigenschaften des hochfesten Stahlblechs werden durch die lokale Erwärmung lediglich sehr lokal begrenzt im Bereich der vorgesehenen Fügestelle verändert.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Erwärmen des dem Fügeelement zugewandten

Werkstücks an der vorgesehenen Fügestelle innerhalb von maximal 5 Sekunden auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 1000 °C vorgesehen.

Durch eine solche schnelle Erwärmung kann verhindert werden, dass sich das Werkstück großflächig erwärmt. Vorgesehen werden kann beispielweise eine Erwärmung innerhalb von fünf Sekunden, insbesondere innerhalb von zwei Sekunden, insbesondere innerhalb von einer Sekunde auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 1000 °C, insbesondere zwischen 200 °C und 500 °C. Die Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 1000 °C genügt dabei ohne weiteres, um ein Fügeelement mit Bainitgefüge einzusetzen.

In Weiterbildung der Erfindung sind eine berührungslose Temperaturmessung der vorgesehenen Fügestelle während des Erwärmens und das Erzeugen eines Startsignals für das Einbringen des Fügeelements nach dem Erreichen der vordefinierten Temperatur vorgesehen.

Auf diese Weise wird eine hohe Prozesssicherheit erreicht, da das Fügeelement erst dann eingebracht wird, wenn die Fügestelle die vorgesehene Temperatur erreicht hat. Wenn die vorgesehene und vordefinierte Temperatur noch nicht erreicht ist, wird im Rahmen der Temperaturüberwachung ein weiteres Erwärmen oder automatisches Nachheizen an der Fügestelle veranlasst, so dass die vordefinierte Temperatur erreicht wird. Das wird auch als Nachregeln bezeichnet.

Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung zum Einbringen eines Fügeelements in wenigstens ein Werkstück mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Einbringen eines Fügeelements und eine Einrichtung zum lokalen Erwärmen wenigstens des vor dem Einbringen dem Fügeelement zugewandten Werkstücks an der vorgesehenen Fügestelle aufweist.

Zusätzlich zu der Einrichtung zum lokalen Erwärmen können Mittel zum aktiven und/oder passiven Kühlen der Vorrichtung, insbesondere des Niederhalters der Vorrichtung und weiterer an die Erwärmungszone angrenzender Bauteile des Fügesystems, vorgesehen sein. Der Niederhalter ist zum Niederhalten bzw. Aufeinanderpressen der beiden Werkstücke während des Fügevorgangs vorgesehen. Die Mittel zur aktiven und/oder passiven Kühlung können kühlrippenartige Konturen an dem Niederhalter und an weiteren, an die Erwärmungszone angrenzenden Bauteilen des Fügesystems aufweisen und dadurch eine passive Kühlung bewirken. Alternativ oder zusätzlich können auch Leitungen für Kühlmittel durch den Niederhalter und durch weitere an die Erwärmungszone angrenzende Bauteile des Fügesystems geführt werden, um eine aktive Kühlung zu bewirken. Solche Leitungen für Kühlmittel können im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch an dem Niederhalter anliegend oder um den Niederhalter sowie weitere an die Erwärmungszone angrenzende Bauteile herumgeführt werden. Beispielsweise ist auch der kombinierte Einsatz von Kühlrippen in Verbindung mit dem gezielten Anblasen mit Kühlluft möglich. Mittels einer aktiven und/oder passiven Kühlung kann zum einen die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert werden und zum anderen kann die Vorrichtung auch im Dauerlauf bzw. Dauereinsatz betrieben werden.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung zum lokalen Erwärmen wenigstens eine Induktionsspule auf, die relativ zu der Einrichtung zum Einbringen des Fügeelements bewegbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung zum Erwärmen senkrecht oder schräg zu einer Fügerichtung des Fügeelements bewegbar.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung zum Erwärmen parallel zu einer Fügerichtung des Fügeelements bewegbar. ln Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung zum Erwärmen eine Induktionsspule auf, die das Fügeelement ringförmig umgibt.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung zum Erwärmen ein stabartiges Element, insbesondere eine Induktionsspule oder eine Elektrode, auf, die in und entgegen der Fügerichtung durch eine Halterung für das Fügeelement in der Einrichtung zum Einbringen des Fügeelements hindurchbewegbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird das stabartige Element durch eine Bohrung in einer Drehantriebs- und Haltemechanismusausbildung für das Fügeelement der Einrichtung zum Setzen hindurchbewegt, mit anderen Worten wird das stangenartige Element durch eine Bohrung im Fügebit der Einrichtung zum Einbringen des Fügelements hindurchbewegt.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung zum Erwärmen eine Laserlichtquelle oder eine Ultraschallquelle auf.

Mittels Laser und Ultraschall ist eine berührungslose Erwärmung möglich, wobei gerade im Falle eines Lasers die Einrichtung zum Erwärmen vergleichsweise weit von der Fügestelle entfernt sein kann. Laserstrahlen können beispielsweise auch schräg auf die Fügestelle gerichtet werden, so dass also das Fügeelement bereits in der Fügeachse und kurz oberhalb der Fügestelle angeordnet werden kann. Dadurch können sehr kurze Taktzeiten beim Einbringen von Fügeelementen erzielt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Dies gilt auch für die Kombination von Einzelmerkmalen mit anderen Einzelmerkmalen ohne die weiteren Merkmale, mit denen die Einzelmerkmale im Zusammenhang beschrieben sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 bis 3 jeweils einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einbringen eines Fügeelements in ein Werkstücks in schematischer Darstellung,

Fig. 4 bis 6 jeweils einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform zum Einbringen eines Fügeelements in ein Werkstück in schematischer Darstellung, Fig. 7 bis 9 jeweils einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform zum Einbringen eines Fügeelements in ein Werkstück in schematischer Darstellung,

Fig. 10 bis 12 jeweils einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einbringen eines Fügeelements in ein Werkstück gemäß einer weiteren Ausführungsform in schematischer Darstellung,

Fig. 13 bis 18 unterschiedliche Fügeelemente zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen

Verfahren,

Fig. 19 eine beispielhafte Darstellung eines Bainitgefüges und

Fig. 20 eine schematische Darstellung der Schritte beim Einbringen eines fließlochformenden Fügeelements zum Verbinden zweier Werkstücke.

Fig. 20 zeigt schematisch das Einbringen eines Fügeelements in zwei ungelochte Werkstücke, um diese beiden Werkstücke miteinander zu verbinden. Dabei wird ein fließlochformendes Verbindungselement 10, wie es beispielsweise auch in Fig. 16 dargestellt ist, auf die Fügestelle zweier ungelochter Werkstücke aufgesetzt. Vor dem Aufsetzen des Fügeelements wird zumindest das dem Fügeelement zugewandte Werkstück 12 an der Fügestelle lokal erwärmt. Wenigstens eines der beiden zu verbindenden Werkstücke 12, 14 besteht aus hochfestem Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von mehr als 700 N/mm ² , insbesondere mehr als 1.200 N/mm ² , und weniger als 2.200 N/mm ² . Das Fügeelement 10 besteht aus Stahl und weist ein Bainitgefüge oder Zwischenstufengefüge auf.

Nach dem Aufsetzen auf die vorgesehene Fügestelle wird das Fügeelement 10 in axialer Richtung auf das Werkstück 12 gedrückt und gleichzeitig in Rotation versetzt. Die gewindelose Spitze des Gewindeelements 10 weist eine polygonale Form mit abgerundeten Ecken auf. Durch den axialen Druck und die gleichzeitige Drehung wird das Werkstück 12 und gleichzeitig auch das darunterliegende Werkstück 14 im Bereich der Fügestelle 16 noch weiter erwärmt, so dass die abgerundete Spitze des Fügeelements 10 in die Werkstücke 12, 14 eindringen kann. Dieser Zustand ist in Fig. 20 links dargestellt. Gleichzeitig mit dem Eindringen der gewindelosen Spitze in die Werkstücke 12, 14 wird ein Durchzug erzeugt.

Sobald der Gewindeabschnitt des Fügeelements 10 in das Werkstück 12 eindringt, wird der axiale Druck und gegebenenfalls auch die Drehzahl des Fügeelements 10 verringert. Der Gewindeabschnitt des Fügeelements 10 furcht nun ein Gewinde in den zuvor erzeugten Durchzug der Werkstücke 12, 14 ein.

Dieser Zustand ist in Fig. 20 als zweiter von links dargestellt. Der Gewindeabschnitt furcht nun, wie beschrieben wurde, ein Gewinde in den Durchzug ein und in der Folge kann das Fügeelement 10 in den gebildeten Durchzug eingeschraubt werden und durchsetzt infolgedessen dann beide Werkstücke 12, 14. Dieser Schritt ist in Fig. 20 als dritter von links dargestellt.

Das Einschrauben des Fügeelements wird so lange fortgesetzt, bis die Unterseite des Kopfs des Fügeelements 10 auf der Oberseite des oberen Werkstücks 12 aufliegt. Sobald die Unterseite des Kopfs des Fügeelements 10 auf die Oberseite des oberen Werkstücks 12 aufsetzt, wird das Fügeelement 10 noch um einen gewissen Drehwinkel weitergedreht, um das Fügeelement 10 in der gebildeten Gewindebohrung anzuziehen und die beiden Werkstücke 12, 14 zuverlässig aneinander zu sichern. Dieser Schritt ist in Fig. 20 als vierter von links dargestellt.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Verfahrensschritte beim Einbringen des Fügeelements 10 in die aufeinanderliegenden Werkstücke 12, 14. Im Zustand der Fig. 1 ist das Fügeelement 10 an der Unterseite einer Schraubeinrichtung 20 angeordnet. Mit der schematisch dargestellten Schraubeinrichtung 20 kann das Fügeelement 10 auf die Fügestelle 16 aufgesetzt und in Drehung versetzt werden. Im Zustand der Fig. 1 ist die Spitze des Fügeelements 10 noch von der Fügestelle 16 beabstandet.

Ein erster Niederhalter 22 ist in Fig. 1 rechts von der Fügestelle 16 auf das obere Werkstück 12 aufgesetzt und ein zweiter Niederhalter 24 ist links von der Fügestelle 16 auf die Oberseite des Werkstücks 12 aufgesetzt. Mit den Niederhaltern 22, 24 wird das obere Werkstück 12 festgehalten und beispielsweise gegen das untere Werkstück 14 gedrückt. Eine Auflage für das untere Werkstück 14 ist in der schematischen Darstellung der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Sowohl der erste Niederhalter 22 als auch der zweite Niederhalter 24 weisen an ihrem unteren, auf das Werkstück 12 aufgesetzten Ende jeweils eine Spule 26 bzw. 28 auf. Die beiden Induktionsspulen 26, 28 sind im Zustand der Fig. 1 stromdurchflossen und erzeugen dadurch ein Magnetfeld, dessen Feldlinien in Fig. 1 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet sind. Der Stromfluss durch die Induktionsspulen 26, 28 ist so gerichtet, dass sich die Feldlinien von der ersten Spule 26 durch das erste Werkstück 12 hindurch in das zweite Werkstück und dann wieder zurück in das erste Werkstück und zur zweiten Induktionsspule 28 erstrecken. Durch die Induktion wird infolgedessen auch die Fügestelle 16 erwärmt. Der Verlauf der magnetischen Feldlinien 30 ist lediglich zur Verdeutlichung schematisch eingezeichnet. Entscheidend ist, dass mittels der Induktionsspulen 26, 28 die beiden Werkstücke 12, 14 lokal im Bereich der Fügestelle 16 erwärmt werden.

Alternativ können die beiden Niederhalter 22, 24 auch gemeinsam einen Ring bilden, der die Fügestelle 16 umgibt. An der Unterseite dieses Rings wäre dann lediglich eine einzige Induktionsspule angeordnet. Die magnetischen Feldlinien, die durch diese einzige Induktionsspule erzeugt werden, laufen dann direkt durch die Fügestelle 16 und erwärmen somit ebenfalls die beiden Werkstücke 12, 14 im Bereich der Fügestelle 16.

Gemäß einer weiteren Alternative kann die Fügestelle 16 mittels eines Laserlichtstrahls 18 erwärmt werden, der bei der dargestellten Ausführungsform schräg auf die Fügestelle 16 auftrifft. Das Fügeelement 10 wird nicht erhitzt und kann bereits kurz oberhalb der Fügestelle 16 angeordnet werden.

In dem Verfahrensschritt gemäß Fig. 1 werden also die beiden Werkstücke 12, 14 im Bereich der Fügestelle 16 erwärmt, was durch das Warnsymbol 32 angedeutet ist.

Im nachfolgenden Zustand der Fig. 2 ist die Fügestelle 16 erwärmt, wobei der erwärmte Bereich durch Linien 34 angedeutet ist, zwischen denen die Werkstücke 12, 14 erwärmt sind. Dieser Bereich, der die Fügestelle 16 umgibt, weist einen Durchmesser auf, der etwa dem Abstand der beiden Niederhalter 22, 24 entspricht, und eine Erwärmung der Werkstücke 12, 14 in diesem Bereich erfolgt auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 500 °C. Die Erwärmung erfolgt vorteilhafterweise innerhalb lediglich einer Sekunde.

Im Zustand der Fig. 2 ist das Fügeelement 10 auf die Fügestelle 16 aufgesetzt worden, indem die Schraubeinrichtung 20 nach unten verschoben wurde. Die Niederhalter 22, 24 bleiben in ihrer Position, in der sie auf der Oberseite des oberen Werkstücks 12 aufliegen. Die Induktionsspulen 26, 28 sind nicht mehr stromdurchflossen, so dass auch keine weitere Erwärmung mehr stattfindet.

Ausgehend vom Zustand der Fig. 2 wird das Fügeelement 10 nun, wie anhand Fig. 20 beschrieben wurde, in die beiden Werkstücke 12, 14 eingebracht, um diese sicher miteinander zu verbinden. Der vollständig eingebrachte Zustand des Fügeelements 10 ist in Fig. 3 dargestellt. Anschließend an den Zustand der Fig. 3 werden sowohl die Niederhalter 22, 24 als auch die Schraubeinrichtung 20 abgehoben und ein weiteres Fügeelement 10 kann gesetzt werden.

Die Darstellungen der Fig. 4 bis 6 zeigen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 4 soll ein Fügeelement 40, das lediglich schematisch als Block dargestellt ist, in ein Werkstück 42 eingebracht werden. Das Fügeelement 40 kann beispielsweise als Stanzmutter oder dergleichen ausgebildet sein. Das Fügeelement 40 wird mittels einer Setzeinrichtung 44 eingebracht. Im Zustand der Fig. 4 befindet sich das Fügeelement 40 noch oberhalb der vorgesehenen Fügestelle 46. Die Setzeinrichtung weist einen ringförmigen Niederhalter 48 auf, der das Fügeelement 40 umgibt und der im Zustand der Fig. 4 sich noch oberhalb in geringem Abstand vom Werkstück 42 befindet. Das Fügeelement 40 besteht aus Stahl und weist ein Bainitgefüge oder Zwischenstufengefüge auf.

Um das Werkstück 42 vor dem Einbringen des Fügeelements 40 zu erwärmen, ist eine Einrichtung 50 mit einer Induktionsspule 52 vorgesehen. Die Einrichtung 50 ist ringförmig aufgebaut und die Wicklungen der Spule 52 verlaufen parallel zu der ringförmigen Einrichtung 50. Wird die Induktionsspule 52 von Strom durchflossen, bildet sich ein Magnetfeld 54 aus, das das Werkstück 42 im Bereich der Fügestelle 46 durchsetzt und dieses dadurch erwärmt. Das Magnetfeld 54 ist in Fig. 4 lediglich schematisch dargestellt. Die magnetischen Feldlinien laufen durch die Spule 52 hindurch und erwärmen das Werkstück 42 genau im Bereich der Fügestelle 46.

Im darauffolgenden Schritt, der in Fig. 5 dargestellt ist, ist die Einrichtung 50 seitlich von der Fügestelle 46 wegbewegt worden und das Fügeelement 40 ist mit seiner Unterseite nun auf die Oberseite des Werkstücks 42 aufgesetzt. Im Bereich der Fügestelle 46 hat sich nun ein erwärmter Bereich 56 ausgebildet, der nur unwesentlich größer ist als die Fügestellte bzw. das Fügeelement 40. Der Niederhalter 48 ist auf die Oberseite des Werkstücks 42 abgesenkt worden.

Ausgehend von dem Zustand der Fig. 5 kann das Fügeelement 40 nun gesetzt werden.

Fig. 6 zeigt den Zustand nach dem Setzen des Verbindungselements 40. Es ist zu erkennen, dass das Fügeelement 40 nun das Werkstück 42 durchdringt und nun in nicht dargestellter Weise im Werkstück 42 verankert ist. Beim Setzen des Fügeelements 40 hat sich ein Butzen 58 gebildet, der nun nach unten abgeführt wird. Der Niederhalter 48 sitzt noch auf der Oberfläche des Werkstücks 42 auf und die Setzeinrichtung 44 steht noch mit dem Fügeelement 40 in Verbindung. Die Einrichtung zum Erwärmen 50 ist unverändert seitlich der Fügestelle und auch seitlich des Niederhalters 48 angeordnet. Da das Material des Fügeelements 40 eine Bainitstruktur aufweist, genügt die Erwärmung des Werkstücks 42 in dem Bereich 56 auf eine Temperatur zwischen 200° und 500°, um das Fügeelement 40 problemlos in das Werkstück 42 aus hochfestem Stahlblech einbringen zu können.

Nachfolgend zum Zustand der Fig. 6 werden der Niederhalter 48, die Setzeinrichtung 44 und die Einrichtung 50 abgehoben und ein weiterer Fügevorgang kann beginnen.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 7 sollen zwei ungelochte Werkstücke 12, 14 aus hochfestem Stahlblech mittels eines Fügeelements 10, siehe Fig. 8, miteinander verbunden werden. Die Werkstücke 12, 14 werden mittels eines Niederhalters 60 aneinander angedrückt und das Fügeelement 10 soll mittels eines Schraubers 62 eingesetzt werden. Der Schrauber 62 weist ein Fügebit 64 auf, das auf die Antriebsausbildung des Fügeelements 10 angepasst ist.

Im Zustand der Fig. 7 befindet sich noch kein Fügeelement in dem Schrauber 62.

Der Schrauber 62 weist eine durchgehende Bohrung auf, die sich auch durch das Fügebit 64 hindurch erstreckt und in der ein stabförmiges Element 66 in und entgegen der Fügerichtung verschiebbar angeordnet ist. Das stabförmige Element 66 kann an seinem unteren Ende erhitzt werden. Im Zustand der Fig. 7 wird das stabförmige Element 66 mit seinem unteren Ende auf die vorgesehene Fügestelle 66 aufgesetzt. Das stabförmige Element 68 wird kurz vor oder sofort nach dem Aufsetzen an seinem unteren Ende stark erwärmt und erwärmt dadurch die beiden Werkstücke 12, 14 im Bereich der vorgesehenen Fügestelle 66. Dies ist durch kreisabschnittsförmige Linien 70 angedeutet, die die in die Werkstücke 12, 14 eindringende Wärmeenergie symbolisieren sollen.

Durch das stabförmige Element 68 kann die Fügestelle 66 in einem lokal äußerst begrenzten Bereich erwärmt werden. Wie ausgeführt wurde, weist dieser lokal begrenzte Bereich um die vorgesehen Fügestelle 66 einen Durchmesser von lediglich 7 mm bis 13 mm auf und wird innerhalb etwa 1 s auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 500 °C erwärmt.

Dieser erwärmte Bereich um die Fügestelle 66 ist in Fig. 8 schematisch angedeutet. Das stabförmige Element 68 kann beispielsweise auch als Elektrode ausgebildet sein, um einen Stromfluss durch die Fügestelle 66 und dadurch eine Erwärmung der Fügestelle 66 zu bewirken. Das stabförmige Element kann auch als Ultraschallschwinger oder stabförmiger Induktor ausgebildet sein, um die Fügestelle 66 zu erhitzen. Nach dem Erwärmen des die Fügestelle 66 umgebenden Bereichs wird das stabförmige Element 68 wieder zurückgezogen und dann, siehe Fig. 8, wird das Fügeelement 10 in das Fügebit 64 des Schraubers 62 eingesetzt. Das stabförmige Element 68 ist so weit zurückgezogen worden, dass das Fügeelement 10 in das Fügebit 64 eingesetzt werden kann.

Im Zustand der Fig. 8 ist die Spitze des Fügeelements 10 bereits auf die Fügestelle 66 aufgesetzt worden und kann dann mittels des Schraubers 62 und wie im Zusammenhang mit Fig. 20 erläutert wurde in die beiden Werkstücke 12, 14 eingebracht werden.

Der Niederhalter 60 verbleibt unverändert in der Position, in der er die beiden Werkstücke 12, 14 gegeneinanderdrückt.

Im darauffolgenden Zustand der Fig. 9 durchsetzt das Fügeelement 10 die beiden Werkstücke 12, 14 vollständig. Im Bereich der Fügestelle 66 hat sich in den beiden Werkstücken 12, 14 ein

Durchzug gebildet, in dem das Fügeelement 10 nun, wie anhand von Fig. 20 erläutert wurde, verankert ist.

Nachfolgend auf den Zustand der Fig. 9 können dann der Niederhalter 60 und der Schrauber 62 vom Fügeelement 10 abgehoben werden und ein weiterer Fügevorgang kann beginnen. Die Fig. 10 bis 12 zeigen mehrere Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Ein Fügeelement 40, siehe Fig. 1 1 , soll mit einer Setzeinrichtung 44 in ein ungelochtes Werkstück 42 aus hochfestem Stahlblech eingebracht werden. Das Fügeelement 40 ist beispielsweise als Stanzmutter ausgebildet, aus Stahl hergestellt und weist ein Bainitgefüge oder Zwischenstufengefüge auf.

Im Zustand der Fig. 10 befindet sich das Fügeelement 40 noch nicht in der Setzeinrichtung 44. Eine Einrichtung zum Erwärmen 70 umgibt die Setzeinrichtung 44 radial und ist zwischen der Setzeinrichtung 44 und einem Niederhalter 48 angeordnet. Die Einrichtung zum Erwärmen 70 kann beispielsweise Induktionsspulen aufweisen, um das Werkstück 42 lokal zu erwärmen. Die Einrichtung 70 kann relativ zur Setzeinrichtung 44 in und entgegen der Fügerichtung verschoben werden. Der Niederhalter 48 umgibt die Setzeinrichtung 44 und die Einrichtung 70 in radialer Richtung. Das Werkstück 42 liegt auf einer Basis 72 auf. Die Basis 72 kann ein Gegenhalter, eine Matrize oder eine Stützstruktur für den Fügevorgang sein. Der Niederhalter 48, die Setzeinrichtung 44 und auch die Einrichtung 70 zum Erwärmen können mit in Fig. 10 nicht dargestellten Mitteln zum aktiven und/oder passiven Kühlen des Niederhalters 48, der Setzeinrichtung 44 und/oder der Einrichtung 70 versehen sein. Diese können beispielsweise mittels Leitungen, die mit Kühlflüssigkeit durchströmt sind, Kühlrippen und/oder Kühlgebläse realisiert sein. Durch Mittel zum aktiven und/oder passiven Kühlen wird die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht und ein Dauerbetrieb wird möglich.

Im Zustand der Fig. 10 ist die Einrichtung 70 zum Erwärmen so weit nach unten abgesenkt worden, dass sie die Oberseite des Werkstücks 42 kontaktiert, falls die Art der Erwärmung oder der Erwärmungsmechanismus dies erforderlich macht. Induktionsspulen in der Einrichtung 70 werden nun mit Strom beaufschlagt, so dass sich das Werkstück 42 durch ein Magnetfeld 74 erwärmt.

Im Zustand der Fig. 11 wurde nun das Fügeelement 40 in die Setzeinrichtung 44 eingebracht und das Fügeelement 40 liegt mit seiner Unterseite auf der Oberseite des Werkstücks 42 auf. Ein Bereich 76 des Werkstücks 42 wurde erwärmt.

Ausgehend vom Zustand der Fig. 1 1 kann das Fügeelement 40 nun gesetzt werden. Der gesetzte Zustand des Fügeelements 40 ist in Fig. 12 dargestellt. Beim Setzen des Fügeelements 40 kann sich ein Butzen 78 ausbilden, der nach unten abgeführt wird.

Wie anhand der Fig. 10 bis 12 zu erkennen ist, kann die Setzeinrichtung 44 in und entgegen der Fügerichtung relativ zur Einrichtung 70 verschoben werden. Dies ermöglicht es, zunächst das Werkstück 42 lokal zu erwärmen und dann die Setzeinrichtung 44 innerhalb der Einrichtung 70 zum Erwärmen zum Setzen des Fügeelements 40 nach unten, in Richtung auf das Werkstück 42, zu verschieben.

Die Darstellungen der Fig. 13 bis 18 zeigen verschiedene Fügeelemente, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Einrichtung gesetzt bzw. in Werkstücke aus hochfestem Stahlblech eingebracht werden können.

Fig. 13 zeigt eine Einpresschraube 80. Fig. 14 zeigt einen Gewindebolzen 82, der mit einem Stanzabschnitt 84 in ein Werkstück auf hochfestem Stahlblech eingebracht wird. Fig. 15 zeigt eine Stanzmutter 86.

Fig. 16 zeigt das bereits beschriebene fließlochformende Fügeelement 10.

Fig. 17 zeigt einen Stanzniet als Halbhohlstanzniet 88.

Fig. 18 zeigt einen weiteren Stanzniet als Vollstanzniet 90. In Fig. 19 ist ein Schliffbild eines Fügeelements mit Bainitgefüge oder Zwischenstufengefüge dargestellt.