Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile und Bauteilverbund

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels Durchsetzfügens. Ferner betrifft die Erfindung einen Bauteilverbund, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Stand der Technik

Ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1 ist aus dem EP 0 423 544 B1 bekannt. Das bekannte Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine im Verbindungsbereich zwischen den beiden Bauteilen einstückig ausgebildete Matrize mit einem Fortsatz in eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Ausnehmung des ihr zugewandten ersten Bauteils hineinragt. Das in Anlagekontakt mit dem ersten Bauteil angeordnete zweite Bauteil wird mittels eines Stempelelements derart im Verbindungbereich verformt, dass das Material des zweiten Bauteils in die Ausnehmung des ersten Bauteils verdrängt wird und an der Stirnfläche des in die Ausnehmung hineinragenden Fortsatzes anliegt. Gleichzeitig wird durch eine spezielle

Ausformung bzw. einen speziellen Querschnitt der Ausnehmung in dem ersten Bauteil ein Hinterschnitt erzeugt, der nach dem Ausbilden der Verbindung bzw. dem Entfernen des Formwerkzeugs eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen ausbildet. Ein derartiges, soweit beschriebenes Umformverfahren wird als Durchsetzfügen oder auch Clinchverfahren

bezeichnet. Dadurch, dass das Material des zweiten Bauteils jedoch nur teilweise in die Ausnehmung des ersten Bauteils hineinragt, ist die Festigkeit einer derartigen Verbindung zwischen den beiden Bauteilen begrenzt. Darüber hinaus ist es nachteilhaft, dass die Matrize mit ihrem Fortsatz zunächst in die

Ausnehmung hineinbewegt werden muss. Eine derartige Bewegung erfolgt aufgrund des Fortsatzes zwangsläufig parallel zur Längsachse der Ausnehmung bzw. in Richtung des Fortsatzes und bedingt daher auf der dem zweiten Bauteil abgewandten Seite genügend Freiraum, damit die Matrize entsprechend aus einer von dem ersten Bauteil beabstandeten Position in eine Position verfahren werden kann, in der der Fortsatz in die Ausnehmung des ersten Bauteils hineinragt. Dadurch sind die Einsatzmöglichkeiten des aus der genannten Schrift bekannten Verfahrens insbesondere bei beengten Raumverhältnissen für die Matrize eingeschränkt.

Weiterhin ist aus der DE 10 2009 038 896 A1 ein nicht gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem die Matrize aus zwei, relativ zueinander beweglichen

Teilelementen besteht, einem ringförmigen bzw. äußeren Teilelement, und einem in dem äußeren Teilelement angeordneten inneren Teilelement, das in Richtung seiner Längsachse verschiebbar ausgebildet ist. Eine derartige Matrize ist konstruktiv relativ aufwendig gestaltet und benötigt aufgrund der Verstellbarkeit der beiden Teilelemente zueinander einen Antrieb, der die Bauhöhe der Matrize vergrößert, so dass bei räumlich beengten Raumverhältnissen für die Matrize der Einsatz der Matrize ebenfalls eingeschränkt ist.

Grundsätzlich wirken bei derartigen Fügeverfahren innerhalb eines Fügeberei- ches hohe Umformkräfte, durch deren Hilfe eine plastische Verformung der Materialien der Fügepartner zur Ausbildung einer definierten form- und kraftschlüssigen Verbindung erst ermöglicht wird. Problematisch dabei ist, dass während der Ausbildung der Verbindung durch die dabei wirkenden Umformkräfte bereits zumindest bereichsweise plastische Umformungen unkontrolliert derart erfolgen können, dass eine definierte Querschnittsform der Verbindung erst gar nicht gefertigt werden kann. Begünstigt wird dies insbesondere dann, wenn die zu fügenden Bauteile zumindest im Fügebereich unterschiedliche Bauteilstärken und/oder unterschiedliche Zugfestigkeiten aufweisen. Gleiches hat zur Folge, wenn während der Ausbildung der Verbindung beider Bauteile Umformkräfte auf einen Teilbereich zumindest eines der Bauteile wirkt, ohne dass diese während des gesamten Umform Vorganges durch eine entsprechende Gegenhalterung kontrolliert abgestützt werden.

Verdeutlicht ist das Problem beispielsweise beim Durchsetzfügen zweier Blechbauteile unterschiedlicher Bauteilstärken und/oder unterschiedlicher Zugfestigkei- ten, bei welchen zumindest das dünnere Blechbauteil als Lochblech ausgeführt ist. Wird beim Umformvorgang mittels geeigneter Umformwerkzeuge Material des anderen Blechbauteils in das Lochblech eingepresst, so wird noch vor der Fertigstellung einer Verbindung beider Blechbauteile die Ausnehmung des Lochbleches durch das verdrängte Material des anderen Blechteiles derart massiv verformt, dass kein definierter Hinterschnitt in der vorgesehenen Verbindung ausgebildet werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde bei einem Bauteilverbund, welcher mittels eines Durchsetzfügens erhalten wird, eine definierte Querschnittsform der

Verbindung im Fügebereich sicherzustellen, wobei auch die Ausbildung von Hinterschnitten ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Bauteiles mittels Durchsetzfügens und eines mittels des Verfahrens hergestellten Bauteilverbundes mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Es wird ein Verfahren zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Bauteiles mittels Durchsetzfügens zugrunde gelegt. Hierbei werden in zumindest einem

Fügebereich jeweils erste Bauteilseiten miteinander in Anlagenkontakt gebracht. Die Festlegung der ersten Bauteilseiten ergibt sich zwangsläufig durch die vorgesehene Anordnung der Bauteile innerhalb eines zu fertigenden Bauteilverbundes. Die dadurch festgelegten ersten Bauteilseiten sind bevorzugt zumindest im Fügebereich zueinander komplementär ausgebildet, so dass ein flächiger Anlagenkontakt erreicht werden kann. So ist beispielsweise eine Paarung von zwei ebenen Flächenbereichen oder von einem konkaven mit einem konvexen Flächenbereich hierfür vorteilhaft. Den ersten Bauteilseiten sind jeweils entsprechende gegenüberliegende zweite Bauteilseiten zugeordnet. Diese ergeben sich durch Stellen an dem ersten bzw. zweiten Bauteil, an welchen zur Ausbildung einer Verbindung jeweils Umformelemente eines Werkzeugs in Anlagenkontakt gebracht werden. Das erste Bauteil weist dabei im Fügebereich eine Aussparung auf. Durch eine Relativbewegung der Umformelemente zueinander - also in Richtung der jeweiligen zweiten Bauteilseiten - wird Material des zweiten Bauteils in die Aussparung des ersten Bauteils verdrängt und eine spielfreie Verbindung hergestellt. Die spielfreie Verbindung ergibt sich in vorteilhafter Weise durch ei- nen aufgrund des Umformvorganges innerhalb des Fügebereiches erzeugten Form- und/oder Kraftschlusses.

Zusätzlich ist dann vorgesehen, dass im zweiten Bauteil im Fügebereich in einem vorausgehenden Umformvorgang ein Zapfen vorgeformt wird, welcher in Anlagenkontakt beider Bauteile zumindest teilweise in die Aussparung des ersten Bauteils eindringt. Durch die aus dem Stand der Technik bekannten Fügeverfahren mittels Durchsetzfügens wird in vielen Fällen während des Umformvorganges zumindest in einem jeweiligen Umformzustandes beider zu fügenden Bauteile ein Zapfen oder eine zapfenähnliche Ausstülpung ausgeformt. Dieses ergibt sich beispielsweise durch eine Pressstempelbewegung, bei welcher Material des zumindest einen Bauteils in Pressrichtung verdrängt wird, insbesondere in Form eines Tiefziehvorganges. Durch das so verpresste und verdrängte Material des zumindest einen Bauteils wird das in Anlagenkontakt befindliche andere Bauteil ebenfalls Umformkräften ausgesetzt. Indem der Zapfen durch ein gesondertes Umformwerkzeug vorgeformt wird, ergibt sich der Vorteil, dass der vorgeformte Zapfen sehr gleichmäßig und/oder in seiner Außenkontur sehr definiert ausgebildet werden kann. Während die Ausbildung des Zapfens nach herkömmlichen Verfahren beeinflusst ist durch die Nachgiebigkeit bzw. Festigkeit des Materials des ersten Bauteils, kann dies durch das Vorsehen eines vorgeformten Zapfens berücksichtigt werden, indem eine besonders steife und/oder wenig nachgiebige Ausführung des gesonderten Umformwerkzeuges ausgeführt wird. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Kräfte zur Ausformung des Zapfens nicht mehr durch die Aussparung des ersten Bauteiles aufgenommen werden müssen. Auf diese Weise ist eine ansonsten kaum oder wenig kontrollierbare Deformation der Aussparung während der Zapfenbildung im Anlagenkontakt beider Bauteile ausgeschlossen. Schlussendlich ist insgesamt der Umstand berücksichtigt, einen Umformvorgang unter Beteiligung beider Bauteile bis zu dem Zeitpunkt zu verschieben, ab welchem zur Ausbildung einer vorgesehenen Verbindung beider Bauteile ein Anlagenkontakt der Bauteile im Verbund erforderlich ist - beispielsweise wenn Materialien beider Bauteile im Fügebereich verdrängt bzw. umgeformt werden müssen oder beispielsweise bei der Ausbildung eines vorgesehenen Hinterschnittes in der Verbindung. Auf diese Weise ist eine definierte Querschnittsform der Verbindung im Fügebereich sichergestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Zapfen im zweiten Bauteil durch einen Umformstempel und eine Gegenmatrize vorgeformt wird, wodurch die Außenkontur des Zapfens durch die Gegenmatrize als zur ersten Bauteilseite abstehend abgeformt wird und wodurch von der zweiten Bauteilseite her ein durch den Stempel geformte Vertiefung ausgeformt wird. In die auf diese Weise erhaltene geformte Vertiefung kann dann während der Ausbildung der Verbindung zwischen beiden

Bauteilen mittels dem Durchsetzfügens das dem zweiten Bauteil zugewandte Umformelement einfach eingreifen, um einen weiteren Umformvorgang im Fügebereich auszuführen. Die Gegenmatrize kann hier beispielsweise als massive Lochmatrize vorliegen, wobei durch deren Innenkontur eine Außenkontur des Zapfens entsprechend abgeformt wird. Es können für die Gegenmatrize bzw. den daraus vorgeformten Zapfen unterschiedliche Querschnittsformen gewählt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Zapfen mit einer Außenkontur korrelierend zu einer Innenkontur der Aussparung ausgebildet wird. Auf diese Weise können beide Bauteile innerhalb des Fügebereiches einfach zueinander ausgerichtet werden, indem die Aussparung im ersten Bauteil als Aufnahme und/oder Zentrierung des Zapfens des zweiten Bauteils dient. Dabei können für ein einfaches Durchdringen des Zapfens in die Aussparung diese bei Anlagekontakt beider Bauteile zumindest ein geringes Spiel aufweisen. Eine einfache Fertigung ergibt sich durch Vorsehen einer Aussparung und eines vorgeformten Zapfens mit ins- besondere einem kreisrunden Querschnitt. Der Zapfen ist hierbei dann als zylinderförmiger Dom ausgebildet, wobei fertigungsbedingt die Außenkontur Abschrägungen aufweisen kann. Insgesamt lässt sich somit eine sehr gleichmäßige Verbindung der beiden Bauteile erreichen. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird während der Ausbildung der Verbindung zwischen den beiden Bauteilen das in Anlagenkontakt mit dem ersten Bauteil gebrachte Umformelement als ortsfeste Anschlagmatrize vorgesehen. Dabei wird die Aussparung durch die Anschlagmatrize vollständig überdeckt. Zusätzlich liegt das erste Bauteil über seine zweite Bauteilseite zu- mindest im Bereich um die Aussparung auf der Anschlagmatrize, insbesondere flächig, auf. Dadurch ist ein Gegenlager zur Aufnahme von Umformkräften be- reitgestellt, welches sich zumindest während der Ausbildung der Verbindung beider Bauteile relativ zum ersten Bauteil nicht bewegt. Dadurch ist erreicht, dass Material des zweiten Bauteils im Fügebereich bis zur Ebene der zweiten Bauteilseite des ersten Bauteils verdrängt wird. In vorteilhafter Weise weist die Verbin- dung des dabei gefertigten Bauteilverbundes eine hohe Festigkeit auf, indem das Ausfüllen der gesamten Aussparung mit Material des zweiten Bauteiles genutzt werden kann. Darüber hinaus ist die Verbindung im gefertigten Bauteilverbund sehr kompakt ausgebildet, da keine Bereiche über die jeweiligen zweiten Bauteilseiten hinaus abstehen. Ferner ergeben sich Vorteile bei Fertigungssitua- tionen, bei welchen aufgrund von Bauteilgeometrien zur Fertigung des Bauteilverbundes der Bauraum für eine Matrize sehr begrenzt ist. Durch eine ortsfeste Anschlagsmatrize muss für eine ansonsten vorgesehene Hubbewegung der Matrize zur Einleitung eines Umformvorgangs kein zusätzlicher Bauraum vorgehalten werden. Gerade bei Verbindungen von Blechbauteilen in Bereichen von ge- bogenen Falzen steht zwischen diesen und begrenzenden anderen Blechbereichen nur wenig Bauraum für eine Matrize bereit. Der gefertigte Bauteilverbund kann in einer zur Relativbewegung der Umformelemente verschiedenen Richtung, insbesondere in einer hierzu senkrechten Richtung, außerhalb des Wirkbereiches der Anschlagmatrize gebracht werden. Optional ist in weniger kritischen Fertigungssituationen weiterhin vorgesehen, dass die Anschlagsmatrize zumindest vor und/oder nach der Ausbildung einer Verbindung beider Bauteile beweglich ausgeführt wird. Auf diese Weise kann die Anschlagmatrize vor der Ausbildung der Verbindung in Anlagenkontakt zur zweiten Bauteilseite des ersten Bauteils gebracht werden. Ferner kann nach der Ausbildung einer solchen Verbin- dung die Anschlagmatrize von dem ersten Bauteil entfernt werden.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich dadurch, dass die Aussparung zumindest zur zweiten Bauteilseite hin mit einem Absatz vorgesehen wird. Durch einen solchen Absatz ist es vorteilhaft ermöglicht, dass in der Verbindung ein Hinterschnitt ausgebildet wird. Dieser ergibt sich dadurch, dass Material des zweiten Bauteils während des Umformvorganges in den durch den Absatz seitlich weggehenden Raum verdrängt wird. Derartige mit einem Hinterschnitt gebildete Verbindungen ermöglichen, dass der gefertigte Bauteilverbund hohe Belastungskräfte in der späteren Verwendung aufzunehmen vermag. Der Absatz kann bevorzugt konisch und/oder stufig - ein- oder mehrstufig - ausgeführt sein. Im Falle einer kreisrunden Aussparung wird der Absatz demnach in Form einer Fase oder einer Sen- kung eingebracht, beispielsweise durch ein spanendes oder prägendes Verfahren.

Eine zusätzliche Verbesserung ist damit gegeben, dass in der Stirnfläche des Zapfens eine Vertiefung eingebracht wird. Bevorzugt wird diese Vertiefung in 5 dem vorausgehendem Umformvorgang eingebracht, insbesondere durch eine entsprechende Formgestaltung der Gegenmatrize. Während der Ausbildung der Verbindung beider Bauteile werden dann Randbereiche des Zapfens, welche die Vertiefung umgeben, durch das dem ersten Bauteil zugewandte Umformelement - beispielsweise in Form einer ortsfesten Anschlagmatrize oder einer bewegli- 10 chen Gegenmatrize - radial nach außen gespreizt. Dadurch erhält die Stirnfläche des Zapfens wieder zumindest bereichsweise, bevorzugt vollständig eine Abflachung, wobei die gespreizten Randbereiche des Zapfens zumindest einen Randbereich der Aussparung hintergreifen. Die Randbereiche der Aussparung können hierbei einen oben genannten Absatz und/oder anteilig einen die Fugel s zone angrenzenden Flächenbereich auf der zweiten Bauteilseite des ersten Bauteils umfassen. Durch Vorsehen einer solchen Vertiefung in der Stirnfläche wird insbesondere die Ausbildung eines Hinterschnittes im Fügebereich erleichtert.

Bei einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird eine Zapfenlänge vorge-

20 sehen, bei welcher der vorgeformte Zapfen in Anlagenkontakt beider Bauteile zumindest teilweise aus der Aussparung herausragt. Dies eignet sich insbesondere für eine belastungsschonende Ausbildung eines Hinterschnittes in der Verbindung. In Ausbildung des Hinterschnittes wird durch Anlage des Zapfens an dem dem ersten Bauteil zugewandten Umformelement, beispielsweise der An-

25 schlagmatrize, in einer ersten Umformphase Material seitlich in Richtung einer

Hinterschneidung verdrängt, ohne dass bereits daraus resultierende Umformkräfte auf die Außenkontur der Aussparung einwirken. Dies ist insbesondere bei der Fertigung von Bauteilverbunden sehr vorteilhaft, bei welchen das erste Bauteil zumindest in der Fügezone eine gegenüber dem zweiten Bauteil verminderte

30 Bauteilstärke oder eine verminderte Zugfestigkeit aufweist, bei welchen ansonsten eine nachteilige Deformation der Aussparung bereits derart erfolgt, dass die Ausbildung eines Hinterschnittes verhindert oder zumindest nicht definiert ermöglicht ist. Erst in einer folgenden zweiten Umformphase wird verdrängtes Material des zweiten Bauteils dann verpressend gegen Konturflächen des ersten Bauteils,

35 insbesondere innerhalb der Aussparung, gedrückt. Hierbei kann der Hinterschnitt bis in eine Endform gebracht werden, bei welcher insgesamt ein definierter Querschnitt der spielfreien Verbindung ausgebildet wird.

In Weiterbildung des Verfahrens werden die Querschnittsmaße des dem zweiten Bauteil zugewandten Umformelements, des vorgeformten Zapfens und der im vorausgegangenen Umformvorgang durch einen Stempel ausgeformten Vertiefung in Richtung der Relativbewegung zueinander korrelierend ausgebildet. Dabei ist vorteilhaft zu berücksichtigen, dass ein Querschnittsmaß des dem zweiten Bauteil zugewandten Umformelements zwischen dem Querschnittsmaß der Ver- tiefung und dem Querschnittsmaß des Zapfens vorgesehen wird. Auf diese Weise kann eine Massivumformung bei der Ausbildung der Verbindung beider Bauteile mittels des Durchsetzfügens sichergestellt werden, da eine maximale Menge an Material des zweiten Bauteiles verdrängt werden kann. Besonders bevorzugt beziehen sich die Querschnittsmaße auf kreisrunde Querschnitte. Ferne ist vorteilhaft das Querschnittsmaß des dem zweiten Bauteil zugewandten Umformelements und der im vorausgegangenen Umformvorgang durch einen Stempel ausgeformten Vertiefung derart vorgesehen, dass das in die Vertiefung eingreifende Umformelement nur ein geringes Spiel zu der Vertiefung aufweist. In einer alternativen Ausführungsform wird eine Zapfenlänge vorgesehen, bei welcher der Zapfen in Anlagenkontakt beider Bauteile mit einer Mindestbeabstandung zur oder abschließend bis zur zweiten Bauteilseite des ersten Bauteils vollständig innerhalb der Aussparung angeordnet wird. Dabei ergibt sich das Abschließen des Zapfenendes mit der zweiten Bauteilseite bei Vorliegen von to- leranzbedingten minimalen Bauteilstärken innerhalb des Fügebereiches, wobei die Mindestbeabstandung durch das Vorliegen von toleranzbedingten maximalen Bauteilstärken festgelegt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das dem ersten Bauteil zugewandte Umformelement bereits frühzeitig zu Beginn eines Umformvorganges an der Verdrängung von Material des zweiten Bauteils betei- ligt ist, insbesondere um die Ausbildung eines Hinterschnittes sicherzustellen.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Querschnittsmaße des dem zweiten Bauteil zugewandten Umformelements, des vorgeformten Zapfens und der im vorausgegangenen Umformvorgang durch einen Stempel ausgeformten Vertiefung in Richtung der Relativbewegung zueinander korrelierend ausgebildet sind. Dabei ist beispielsweise zu berücksichtigen, dass ein Querschnittsmaß des dem zweiten Bauteil zugewandten Umformelements kleiner als das Querschnittsmaß der Vertiefung und kleiner als das Querschnittsmaß des Zapfens vorgesehen wird. Auf diese Weise wird ein Abscheren des vorgeformten Zapfens während der Ausbildung der Verbindung beider Bauteile verhindert. Die Erfindung führt auch zu einem Bauteilverbund hergestellt nach einem der

Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Bauteilverbund weist hierbei zwei in einem Fügebereich miteinander verbundenen Bauteilen auf, wobei Material des zweiten Bauteils die Aussparung des ersten Bauteils zumindest teilweise ausfüllt und wobei das erste Bauteil im Fügebereich eine ge- genüber dem zweiten Bauteil verminderte Bauteilstärke oder eine verminderte

Zugfestigkeit aufweist. Es ergibt sich der große Vorteil, dass entgegen der ansonsten ungünstigen Rahmenbedingungen aufgrund unterschiedlicher Bauteilverhalten weiterhin eine definierte Querschnittsform der Verbindung im Fügebereich ausgebildet ist.

Die Fertigung ist besonders einfach bei einem vorgesehenen Bauteilverbund, bei welchem zumindest eines der Bauteile, bevorzugt beide Bauteile, als Blechbauteile ausgebildet sind. Eine bevorzugte Ausführungsform liegt vor, wenn der Bauteilverbund im Fügebereich auf der zweiten Bauteilseite des ersten Bauteils eine durch das Material des zweiten Bauteils gebildete, ebene Bauteiloberfläche aufweist. Auf diese Weise ist ein Bauteilverbund erreicht, welches eine kompakte Verbindung im Fügebereich zeigt bei gleichzeitig hoher mechanischer Belastbarkeit der Verbindung in einer Verwendung des Bauteilverbundes.

Eine sehr hohe mechanische Belastbarkeit ist insbesondere dann erreichbar, wenn sich der Querschnitt der Aussparung von der ersten Bauteilseite in Richtung zur zweiten Bauteilseite des ersten Bauteils zur Ausbildung eines Hinter- Schnitts zumindest beginnend ab einem Abschnitt innerhalb der Aussparung zumindest bereichsweise vergrößert. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn von der zweiten Bauteilseite in die Aussparung hineinlaufend ein Absatz vorgesehen ist, welcher beispielsweise konisch und/oder stufig ausgebildet ist. Ein konischer Absatz kann hierbei auch durch die gesamte Aussparung hindurch bis abschließend mit der ersten Bauteilseite auslaufen. Grundsätzlich weist die zweite Bauteilseite des zweiten Bauteils im Fügebereich zumindest eine erste Vertiefung und eine innerhalb der ersten Vertiefung abgesetzte zweite Vertiefung auf. Dabei ist die erste Vertiefung als Abdruck des Stempels zur Ausbildung eines innerhalb eines ersten Umform Vorgangs vorgeformten Zapfens im zweiten Bauteil ausgebildet und die zweite Vertiefung als Abdruck des während der Ausbildung der Verbindung beider Bauteil mittels dem Durchsetzfügens dem zweiten Bauteil zugewandten Umformelements ausgebildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

Fig. la: die Ausbildung eines vorgeformten Zapfens in einem Bauteil mittels eines ersten Umformvorgangs.

Fig. lb: eine schematische zeitliche Abfolge eines weiteren Umformvorgangs zur Ausbildung einer spielfreien Verbindung zwischen dem Bauteil aus Fig. la und einem weiteren Bauteil.

Fig. 2a: die Ausbildung eines vorgeformten Zapfens mit stirnseitiger Vertiefung in einem Bauteil mittels eines ersten Umformvorgangs.

Fig. 2b: eine schematische zeitliche Abfolge eines weiteren Umformvorgangs zur Ausbildung einer spielfreien Verbindung zwischen dem Bauteil aus Fig. 2a und einem weiteren Bauteil.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Fig. la zeigt ein Bauteil 20, welches in Vorbereitung zur Ausbildung einer Verbindung mit einem weiteren Bauteil 10 einem ersten Umformvorgang unterzogen wird. Insbesondere ist eine Stelle des Bauteiles gezeigt, welche den späteren Fügebereich Z umfasst. Die zweigeteilte Schnittdarstellung zeigt in der linken Ansicht einen Ausschnitt des Bauteils 20 an der später zu fügenden Stelle zu einem Zeitpunkt vor der Umformung. Dabei weist das Bauteil 20 eine erste Bauteilseite 20.1 und eine zweite Bauteilseite 20.2 auf, zwischen denen sich das dann umzuformende Material befindet und an dieser Stelle zuvor eine bestimmte Bauteilstärke t20 ausbildet. Die rechte Ansicht zeigt das Bauteil 20' an der glei- chen Stelle während oder nach der Umformung, wobei durch einen Umformvorgang ein Zapfen 21 mittels eines Umformstempels 5 und einer Gegenmatrize 6 vorgeformt wird (gestrichelt dargestellt). Während der Umformung bewegen sich der Umformstempel 5 und die Gegenmatrize 6 mit einer Presskraft F relativ zueinander. Die Gegenmatrize 6 ist beispielsweise als massive Lochmatrize gebildet. Bevorzugt ist die Gegenmatrize 6 ortsfest angeordnet. Die Außenkontur des Zapfens 21 wird durch die Gegenmatrize 6 als zur ersten Bauteilseite 20.1 hin abstehend abgeformt. Durch den Umformstempel 5 wird von der zweiten Bauteilseite 20.2 her eine entsprechend ausgeformte Vertiefung 5.1 ausgebildet. Das Tiefenmaß und das Querschnittsmaß dieser Vertiefung 5.1 erfolgt in Anlehnung an die fertigungstechnisch eindeutige Abformung des Zapfens an der abformenden

Innenkontur der Gegenmatrize 6. Bevorzugt ist für die Innenkontur und/oder für den Umformstempel 5 ein kreisrunder Querschnitt vorgesehen, womit dann ein zylindrischer Domzapfen 21 vorgeformt wird. In Fig. lb ist schematisch ein zeitliche Abfolge eines weiteren Umformvorgangs gezeigt. Die wiederum zweigeteilte Schnittdarstellung zeigt in der linken Ansicht eine Anordnung 100 eines ersten Bauteils 10 zusammen mit einem zweiten Bauteil 20', welches dem Bauteil aus Fig. la mit dem vorgeformten Zapfen 21 entspricht. Das erste Bauteil 10 weist an einer Stelle, welche auch einen mit dem zweiten Bauteil 20' gemeinsamen Fügebereich Z umfasst, eine Aussparung 15 auf. Die Aussparung 15 durchbricht sowohl eine erste Bauteilseite 10.1 als auch eine zweite Bauteilseite 10.2 des ersten Bauteils und ist durchgehend materialfrei. Zusätzlich ist in einem Übergangsbereich von der zweiten Bauteilseite 10.2 in die Aussparung 15 ein Absatz 16 vorgesehen. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen konischen Absatz 16, wobei auch ein zumindest einstufiger Absatz oder

Kombinationen davon zur Ausbildung eines vorgesehenen Hinterschnitts H in der Verbindung denkbar sind. Die Aussparung 15 kann beispielsweise durch einen Stanzvorgang, ein Laserschneidverfahren oder ein spanendes Fertigungsverfahren in das erste Bauteil 10 eingebracht werden. Zur Ausbildung einer Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 10, 20' sind diese in einer solcher Anordnung 100 zueinander, bei welcher die jeweils ersten Bauteilseiten 10.1,

20.1 in Anlagenkontakt zueinander gebracht sind - insbesondere flächig aufliegend, zumindest im Fügebereich Z. Zusätzlich dringt der vorgeformte Zapfen 21 in dieser Anordnung 100 zumindest teilweise in die Aussparung 15 ein. Dargestellt ist ein Grenzfall, bei welchen die Stirnfläche des vorgeformten Zapfens 21 aufgrund einer gefertigten Zapfenlänge L dabei mit der zweiten Bauteilseite 10.2 des ersten Bauteils 10 abschließt. Unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen für das erste und das zweite Bauteil 10, 20' betreffend deren Bauteilstärken tlO, t20 zumindest im Fügebereich Z, sollte eine solche Anordnung 100 mit nur einem geringen Mindestabstandsmaß AI vorliegen (gestrichelt angedeutet). Bevorzugt weist der Zapfen 21 zur Innenkontur der Aussparung 15 nur ein geringes Spielmaß auf. Die Außenkontur des Zapfens 21 ist weiterhin bevorzugt korrelierend zu einer Innenkontur der Aussparung 15 ausgebildet. Beispielsweise weisen sowohl der Zapfen 21, als auch die Aussparung 15 eine in Wesentlichen kreisrunde Querschnittsform auf. Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt nur eine Auswahl von verschiedenen Ausführungsbeispielen von Bauteilen 10, 20'.

So kann eine solche Auswahl ein erstes Bauteil 10 mit einer zumindest im Fügebereich kleineren Bauteilstärke tlO gegenüber einer Bauteilstärke t20 des zweiten Bauteiles 20' umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Auswahl ein erstes Bauteil 10 mit einer zumindest im Fügebereich verringerten Zugfestig- keit im Vergleich zu der Zugfestigkeit des zweiten Bauteils 20' umfassen. Eine

Auswahl kann in anderen Ausführungen davon abweichende Bauteilstärken tlO, t20 und/oder Zugfestigkeitswerte der entsprechenden Bauteile 10, 20 umfassen. Um einen Umformvorgang an den Bauteilen 10, 20' zu beginnen, werden die jeweiligen zweiten Bauteilseiten 10.1, 10.2 mit entsprechenden Umformelementen 51, 52 eines Umformwerkzeuges 50 in Anlagenkontakt gebracht. So ist beispielsweise dem zweiten Bauteil 20' ein Pressstempel zugewandt, welcher in die durch den vorangegangenen Umformvorgang des zweiten Bauteils 20' gebildete Vertiefung 5.1 eingreift. Dagegen liegt das erste Bauteil 10 über dessen zweite Bauteilseite 10.2 auf einer Matrize 52 insbesondere flächig auf, wobei durch die Matrize 52 die Aussparung 15 vollständig überdeckt ist. Der Umformvorgang erfolgt durch eine Relativbewegung des Pressstempels 51 und der Matrize 52 zu- einander. Bevorzugt ist zumindest während des Umformvorgangs die Matrize 52 als ortsfeste Anschlagmatrize ausgebildet. Dabei ist ein Querschnittsmaß d51 des Pressstempels 51 vorgesehen, welcher sowohl kleiner gewählt ist als das Querschnittsmaß der Vertiefung 5.1, als auch kleiner ist als das Querschnittsmaß des vorgeformten Zapfens 21. Infolge der Fügekraft F wird mittels des Pressstempels 51 Material 25 des zweiten Bauteils 20' in noch zwischen dem Zapfen 21, der Aussparung 15 und der Anschlagsmatrize 52 verbliebenen Hohlraum verdrängt. Hierbei wird zum einen durch den Pressstempel 51 eine weitere Vertiefung 51.1 ausgebildet, welche zu der bereits zuvor ausgebildeten Vertiefung 5.1 abgesetzt ist. Ferner wird ein Hinterschnitt H ausgebildet, welcher sich durch verdrängtes Material 25 im Bereich des Absatzes 16 ergibt. Insgesamt wird dadurch auch ein weiter verformter Zapfen 21' innerhalb des dann gefügten zweiten Bauteils 20" erhalten. Der Umformvorgang ist dann abgeschlossen, wenn ein Bauteilverbund 100' mit einer spielfreien Verbindung im Fügebereich Z herge- stellt ist. Nach der Entnahme des Bauteilverbundes 100' aus dem Umformwerk- zeug 50 zeigt sich eine an die Ebene der zweiten Bauteilseite 10.2 des ersten Bauteils 10 abschließende Stirnfläche des verformten Zapfens 21'.

Die Fig. 2a und 2b ähneln in vielen Punkten der Fig. la und Fig. lb, so dass hier- für im Wesentlichen die gleiche Erläuterung wie zu den Fig. la und Fig. lb zugrunde gelegt werden kann, wobei nachfolgend nur auf die besonderen Unterschiede eingegangen wird. In Fig. 2a ist eine veränderte Ausführung des vorgeformten Zapfens 21 gezeigt. Dieser weist nun in seiner Stirnfläche eine zusätzliche Vertiefung 21.1 auf. Diese kann bei einem zylindrischen Zapfens 21 bei- spielsweise in Form einer Kalotte abgeprägt sein. Die Vertiefung 21.1 ergibt sich durch die Abformung eines entsprechend komplementär geformten Bereiches in der Gegenmatrize 6. Im Vergleich zu der Ausführung aus den Fig. la und Fig. lb ist eine vergrößerte Zapfenläge L ausgebildet, so dass in einem Anlagenkontakt beider Bauteile 10, 20' der vorgeformte Zapfen 21 die Aussparung 15 mit einem Überstehmaß A2 überragt. In der Darstellung der Bauteilanordnung 100 nach

Fig. 2b, zeigt sich das Überstehmaß A2 allerdings als ein Abstandsmaß der jeweiligen ersten Bauteilseiten 10.1, 20.1. Der Grund liegt darin, dass weiterhin bespielhaft eine Anschlagmatrize 52 dargestellt ist, welche an der zweiten Bauteilseite 10.2 des ersten Bauteils 10 aufliegt. Somit stoßt der vorgeformte Zapfen 21 mit seiner geformten Stirnseite bereits auf die Anschlagmatrize, bevor die jeweiligen ersten Bauteilseiten 10.1, 20.1 in einen Anlagenkontakt gelangen. Ist statt einer ortsfesten Anschlagmatrize eine bewegliche Gegenmatrize vorgesehen, so kann der vorgeformte Zapfen 21 bei einer entsprechenden - zumindest anfänglichen Beabstandung der Gegenmatrize 52 zum ersten Bauteil 10 - auch vollständig die Aussparung 15 durchdringen und überragen. Sobald eine Fügekraft F wirksam ist, werden in einer ersten Umformphase zumindest die seitlichen Randbereiche des Zapfens 21 durch das dem ersten Bauteil 10 zugewandte Umformelement 52, beispielsweise in Form einer Anschlagmatrize, radial nach außen gespreizt, beispielsweise in Richtung des Pfeiles S21. Dabei bewegen sich die gespreizten Randbereiche des Zapfens 21' in Richtung des in der Aussparung 15 vorliegenden Absatzes 16. In einer weiteren Umformphase wird dann weiteres Material 25 des zweiten Bauteils 20' in noch verbliebene Hohlräume verdrängt. Bei einem insgesamt fertiggestellten Baueilverbund 100' kann die ursprüngliche Vertiefung 21.1 in der Stirnfläche des Zapfens 21" zumindest noch teilweise sichtbar sein. Ist allerdings Material 25 des zweiten Bauteiles 20' vollständig bis an das Umformelement 51 verpresst worden, kann die Stirnfläche auch eben mit der zweiten Bauteilseite 10.2 des ersten Bauteils 10 abschließen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Bauteilverbundes 100' umfassen zumindest eines der Bauteile 10, 20", bevorzugt beide Bauteile, als ausgebildete Blechbauteile. So kann zum Beispiel das erste Bauteil 10 als Teil eines Blechgehäuses und/oder das zweite Bauteil 20" als ein Blechhalter für das Blechgehäuse ausgebildet sein. Insbesondere bildet ein solcher Bauteilverbund 100' das Gehäuse eines Steuergerätes aus.