Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unlösbaren Befestigen wenigstens eines Bauteils an einem Grundbauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , eine unlösbare Verbindung von wenigstens einem Bauteil mit einem Grundbauteil gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7 sowie die Verwendung des Verfahrens zur Befestigung einer Führung eines Kolbens einer Überbrückungskupplung eines Drehmomentwandlers am Deckel des Drehmomentwandlers gemäß Patentanspruch 12.

In der Fertigungstechnik tritt an vielen Stellen die Notwendigkeit auf, eines oder mehrere Bauteile stirnseitig an einem Grundbauteil befestigen, welches aus konstruktiven Gründen keine durchgehende Bohrung aufweisen darf, so dass herkömmliche Methoden wie Schrauben oder Nieten entfallen.

Aus der DE 33 16 047 Al ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Bauteil , eine Polmasse, mit Hilfe eines Bolzens an einem Gehäuse, welches eine Bohrung aufweist , befestigt wird. Dabei wird der Bolzen durch eine Bohrung in das Gehäuse eingeführt und durch elektrisches Schweißen stirnseitig an der Polmasse befestigt . Im nächsten Arbeitsgang wird durch eine Umformung der Bolzen plastisch verformt, um einen Kopf zu bilden.

Nachteilig an diesem Verfahren ist j edoch, dass die Bohrung im Gehäuse und der Bolzen nahezu den gleichen Durchmesser aufweisen . Daher kommt es beim elektrischen Schweißen bei einem Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Material zu einem Nebenschluss , da der elektrische Strom nicht nur durch den Bolzen, sondern auch durch das Gehäuse selbst in der Umgebung der Bohrung geleitet wird. Daher funktioniert dieses Verfahren nur in solchen Fällen, in denen das Gehäuseteil aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff besteht .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren sowie eine durch das Verfahren hergestellte unlösbare Verbindung von Bauteilen an einem Grundbauteil mit Hilfe eines Bolzens durch stirnseitiges Schweißen und gleichzeitige plastische Verformung des Bolzens vorzuschlagen, mit dessen Hilfe auch Teile aus beliebigen Werkstoffen miteinander verbunden werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst .

Danach wird der Schaft des Bolzens, welcher einen Kopf aufweist , gestaucht , bis die Unterseite des Kopfes bereichsweise auf der Oberfläche des Bauteils aufliegt . Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass Schweißen und plastische Verformung in einem Arbeitsgang durchführbar sind, und so Zeit und Kosten eingespart werden können . Weiterhin ist dadurch, dass der Bolzen einen Kopf aufweist , eine Möglichkeit der Aufnahme von etwaigen Schweißspritzern vorgesehen (Anspruch 1) .

Vorteilhafterweise wird der Schaft des Bolzens durch einen nach einem kurzen zeitlichen Abstand nach dem Aufschweißen der Stirnfläche aufgebrachten zweiten elektrischen Impuls erhitzt und gleichzeitig gestaucht . So kann sowohl die Entste-

hung von Schweißspritzern als auch eine hohe Wärmeeinbringung in die Umgebung der Verbindungsstelle vermieden werden (Anspruch 2) .

Vorteilhafterweise wird für das Aufschweißen ein Buckel- schweißverfahren verwendet . Besitzt der Bolzen eine Spitze, so bietet sich dieses Schweißverfahren als besonders vorteilhaft an (Anspruch 3 ) .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Schaft des Bolzens während des Verfahrens so gestaucht , dass er bereichsweise in Umfangrichtung die Bohrung vollständig ausfüllt . So kann neben der eigentlichen Verbindung der Bauteile auch eine Dichtheit erreicht werden. Weiterhin wird dadurch, dass sich der Bolzen beim Abkühlen radial und axial zusammenzieht und eine gegenseitige Verspannung der verbundenen Bauteile erzielt , eine hohe Festigkeit der Verbindung gewährleistet (Anspruch 4) .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Bolzen gemeinsam mit einer Schweiß-Elektrode, mit welcher er fest , aber lösbar verbunden wird, in die Bohrung eingeführt . So entfällt mit dem Einsetzen des Bolzens in die Bohrung ein zusätzlicher Prozessschritt , was das Verfahren einfacher und kostengünstiger macht . Weiterhin ist es so möglich, den Bolzen, der j a Spiel gegenüber der Bohrung aufweist , mit dem Einführen zu zentrieren und dann direkt in dieser Position zu fixieren (Anspruch 5) .

Vorteilhafterweise wird das Verfahren auf einer Schweißpresse durchgeführt . So kann eine handelsübliche und vielseitige Maschine zur Durchführung des Verfahrens in der Serienfertigung eingesetzt werden (Anspruch 6) .

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Weiterhin wird eine unlösbare Verbindung eines oder mehrerer Bauteile mit einem Grundbauteil vorgeschlagen. Dabei weist der Bolzen auf der vom Grundbauteil abgewandten Seite einen Kopf sowie die Bohrung einen größeren Durchmesser als der Schaft des darin befindlichen Bolzens vor der plastischen Verformung auf . Auf diese Weise kommt ein reines Widerstandsschweißverfahren zum Einsatz, bei dem der höchste elektrische Widerstand zwischen der Stirnseite des Bolzens und dem Grundbauteil auftritt , also genau an der Schweißstelle (Anspruch 7) .

Weiterhin weist vorteilhaft das dem Grundbauteil nächstgelegene Bauteil in der dem Grundbauteil zugewandten Fläche in der Umgebung der Bohrung eine Ausnehmung auf . Diese Ausnehmung dient einerseits zur Aufnahme eines Teils der beim Schweißen entstehenden Wulst , andererseits nimmt diese Kaverne auch die eventuell beim Schweißen auftretenden Schweißspritzer auf (Anspruch 8) .

Vorteilhafterweise weist die Bohrung eine kegelförmige Geometrie mit einem sich vom Grundbauteil weg vergrößernden Durchmesser auf . Eine solche konische Bohrung kann das bei der Stauchung des Schaftes des Bolzens verdrängte Material optimal aufnehmen (Anspruch 9) .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kopf des Bolzens auf der dem Bauteil zugewandten Fläche einen angeformten, umlaufenden Dichtring auf . Alternativ weist das dem Grundbauteil nächstgelegene Bauteil auf der Oberfläche einen angeformten, umlaufenden Dichtring auf . So kann durch eine einfache Maßnahme die Dichtheit der Verbindung erreicht werden (Ansprüche 10 und 11) .

Weiterhin wird die Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur unlösbaren Verbindung einer Führung eines Kolbens für die Überbrückungskupplung eines Drehmoment- wandlers eines Kraftfahrzeugs an einem Deckel des Drehmoment- wandlers vorgeschlagen (Anspruch 12) .

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor .

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert . Es zeigen:

Fig. 1 ein Bauteil und einen Bolzen vor der Durchführung des Verfahrens ,

Fig . 2 Bauteil , Grundbauteil und Bolzen nach dem ersten Verfahrensschritt,

Fig . 3 die unlösbare Verbindung nach der Durchführung des Verfahrens ,

Fig. 4 eine Verbindung einer Kolbenführung mit einem Gehäuse eines Drehmomentwandlers sowie

Fig . 5 eine Verbindung mit einer alternativen Ausgestaltung der Bohrung .

In Fig . 1 ist ein Bauteil 1 gezeigt , welches an einem hier noch nicht dargestellten Grundbauteil 3 befestigt werden soll . Das Bauteil 1 weist eine durchgehende Bohrung 5 auf . Weiterhin ist ein Bolzen 7 dargestellt, welcher einen Schaft 13 sowie einen Kopf 15 aufweist . Dabei hat die Bohrung 5 einen größeren Durchmesser als der Schaft 13 , so dass der Bolzen 7 in Zusammenbaulage Spiel gegenüber der Bohrung 5 aufweist . In diesem Ausführungsbeispiel ist die vom Kopf 15 abgewandte Stirnfläche 9 des Bolzens 7 in Form einer Spitze 16 ausgestaltet . Der Bolzen 7 besteht beispielsweise aus einem Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoff-Gehalt , um eine hohe Zähigkeit zu gewährleisten. Weiterhin weist das Bauteil 1 auf

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einer Oberfläche 21 eine Ausnehmung 23 auf , deren Funktion weiter unten beschrieben wird . Die Ausnehmung 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel zylindrisch, sie kann aber auch eine andere Geometrie aufweisen .

Fig . 2 zeigt neben dem Bauteil 1 das Grundbauteil 3 , an welchem das Bauteil 1 mit Hilfe des Bolzens 7 unlösbar befestigt werden soll . Dazu wird zunächst der Bolzen 7 mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Schweißelektrode, mit welcher der Kopf 15 des Bolzens 7 fest , aber lösbar verbunden ist in die Bohrung 5 eingeführt . Diese Verbindung des Kopfes 15 mit der Schweißelektrode wird beispielsweise durch einen Unterdruck hergestellt . Alternativ kann der Kopf 15 durch eine mechanische Klemmung mit der Schweißelektrode verbunden werden.

Dann wird der Bolzen 7 mit seiner Stirnfläche 9 an der Oberfläche 10 des Grundbauteils 3 angeschweißt . Dies geschieht hier beispielsweise durch ein Widerstandsschweißverfahren. Geeignet sind aber sämtliche elektrischen Schweißverfahren. Unter den Widerstandsschweißverfahren kommt hier insbesondere ein Buckelschweißverfahren zum Einsatz . Dazu ist die Stirnfläche 9 des Bolzens 7 entsprechend als Spitze 16 geformt . Das Aufschweißen erfolgt durch einen elektrischen Schweißimpuls . Der Impuls besitzt in diesem Ausführungsbeispiel größenordnungsmäßig eine Länge von 30-60 Millisekunden, einem beim stirnseitigen WiderStandsschweißen von Bolzen 7 üblichen Wert . Fig. 2 zeigt weiterhin die nun entstandene Schweißzone 20. Eine Alternative zum elektrischen Widerstandsschweißen stellt beispielsweise ein Lichtbogen-Bolzenschweißverfahren dar . Dies ist aber hier nicht geeignet , da bei diesem Verfahren der Lichtbogen auf die andere Seite überspringen würde, was unerwünscht ist .

In Fig . 3 ist die unlösbare Verbindung 18 von Bauteil 1 und Grundbauteil 3 nach der Durchführung des nächsten und letzten Verfahrensschritts dargestellt . In diesem Schritt wird der Bolzen 7 plastisch verformt . Diese plastische Verformung wird erzeugt , indem ein zweiter elektrischer Impuls aufgebracht wird, welcher in einem kurzen zeitlichen Abstand auf den ersten Schweißimpuls folgt . Dieser zweite Impuls mit niedriger Stromstärke ist deutlich länger als der erste Schweißimpuls . Er kann beispielsweise 1000 Millisekunden betragen. Durch den zweiten Impuls wird der Bolzen 7 erwärmt und erweicht .

Gleichzeitig wird in Längsrichtung 8 des Bolzens 7 eine Kraft ausgeübt , die zu einer plastischen Verformung in Form eines Stauchens des Schafts 13 des Bolzens 7 führt . Die Stauchkraft kann dabei dieselbe Höhe wie die Schweißkraft aufweisen oder niedriger oder höher sein als diese . Diese Stauchbewegung wird durchgeführt, bis der Kopf 15 des Bolzens 7 zumindest bereichsweise mit seiner Unterseite 17 auf der Oberfläche 11 des Bauteils 1 aufliegt . Das beim Stauchen zu den Seiten gedrängte Material des Schaftes 13 füllt die Bohrung 5 nun bereichsweise in Umfangsrichtung völlig aus . Die beim Aufschweißen der Stirnfläche 9 des Bolzens 7 auf die Oberfläche 10 des Grundbauteils 3 entstehenden Schweißspritzer sowie in diesem Bereich beim Stauchen verdrängtes Material werden in der Ausnehmung 23 aufgenommen, so dass zwischen Grundbauteil 3 und Bauteil 1 eine saubere , glatte Kontaktfläche vorliegt .

Dadurch, dass bei diesem Verfahren nur zwischen dem Bolzen 7 und dem Grundbauteil 3 eine Schweißverbindung hergestellt wird, ist es möglich, Bauteile 1 an das Grundbauteil 3 anzubinden, welche nicht schweißbar sind, also beispielsweise Bauteile aus Aluminium, Keramik oder Kunststoff sowie Verbünde solcher Bauteile . Lediglich der Bolzen 7 und das Grundbauteil 3 müssen aus einem schweißbaren Material bestehen.

Durch die Tatsache , dass der Bolzen 7 vor der Durchführung des Verfahrens Spiel gegenüber der Bohrung 5 hat, kann weiterhin auch bei der Verbindung von elektrisch leitfähigen Materialien für das Bauteil 1 ohne einen Kurzschluss die Stirnfläche 9 des Bolzens 7 auf dem Grundbauteil 3 aufgeschweißt werden, da der Schweißstrom nur durch den Bolzen 7 selber geleitet wird. Der zum Schweißen benötigte hohe elektrische Widerstand tritt in jedem Fall zwischen der Stirnfläche 9 des Bolzens 7 und der Oberfläche 10 des Grundbauteils 3 auf .

Nach der Durchführung des Verfahrens schrumpft der Bolzen 7 aufgrund der vorausgegangenen thermischen Umformung. Auf diese Weise kommt es zu einer zusätzlichen Verspannung der Verbindung 18 , welche eine hohe Festigkeit zur Folge hat .

Weiterhin erfolgen das Schweißen und die anschließende plastische Verformung in einem Arbeitsgang auf einer Standard- Schweißpresse, ohne dass zusätzliche Umrüst- oder Umspann- Maßnahmen erforderlich sind.

Die durch das Schweißen möglicherweise verursachte Aufhärtung der Schweißzone 20 wird durch die anschließende Erwärmung im Rahmen der plastischen Verformung reduziert .

Fig. 4 zeigt eine mögliche Anwendung des oben im Detail dargestellten Verbindungsverfahrens . Dargestellt ist hier in einem Ausschnitt ein Schnitt durch einen Drehmomentwandler 35 für ein Kraftfahrzeug. Dieser Drehmomentwandler 35 hat die Aufgabe, ein Drehmoment vom Motor zum Getriebe zu übertragen ,bzw. entsprechend anzupassen. Um den hydraulischen Schlupf zwischen Motor und Getriebe im Fahrbetrieb zu vermeiden und damit den Benzinverbrauch des Motors zu senken, weist der Drehmomentwandler 35 eine Überbrückungskupplung .33 auf . Diese

besteht aus zwei Lamellenpaketen 39 und 40 , die zur Erreichung gleicher Drehzahlen von Motor und Getriebe durch einen von Öl umflossenen und bewegten Kolben 30 zusammengedrückt werden. In dem Fall wird durch die zusammengepressten Lamellenpakete 39 und 40 eine direkte mechanische Kopplung zwischen dem vom Motor angetriebenen Deckel 37 des Drehmoment- wandlers , welcher mit dem äußeren Lamellenpaket 39 verbunden ist und der Getriebeeingangswelle 42 , welche mit dem inneren Lamellenpaket 40 verbunden ist , erzielt . Auf diese Weise wird ein Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers 35 von hundert Prozent erreicht .

Der Kolben 30 ist durch einen O-Ring 41 mit einer Kolbenführung 31 verbunden . Diese Kolbenführung 31 muss an mehreren Stellen unlösbar mit dem Deckel 37 verbunden werden. An diese unlösbare Verbindung werden dabei hohe Anforderungen gestellt : Zum einen muss die Verbindung dicht sein, da sowohl der Kolben 30 als auch die Kolbenführung 31 auf allen Seiten von Öl umflossen ist . Zum anderen dürfen durch das Verbindungsverfahren keine Verunreinigungen des um die Verbindungsstelle fließenden Öls auftreten . Nach dem Verbinden der Kolbenführung 31 mit dem Deckel 37 ist der Bereich nicht mehr von außen zugänglich und kann daher nachträglich nicht mehr gereinigt werden . Weiterhin darf durch die Verbindung keine oder nur geringe Wärme in die Umgebung der Verbindungsstelle eingebracht werden, da direkt benachbart der hitzeempfindliche O-Ring 41 angeordnet ist . Weiterhin ist die Kolbenführung 31 beispielsweise ein Aluminium-Druckgussteil und für ein konventionelles Schweißverfahren nicht zugänglich .

In Fig . 4 ist nun eine erfindungsgemäße Verbindung 18 der Kolbenführung 31 mit dem Deckel 37 durch einen Bolzen 7 nach der Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens dargestellt . Im Bezug auf die obige Beschreibung entspricht die

Kolbenführung 31 dem Bauteil 1 und der Deckel 37 dem Grundbauteil 3. Der Bolzen 7 ist bereits soweit gestaucht , dass sein Schaft 13 die Bohrung 5 in der Kolbenführung 31 in der Mitte vollständig ausfüllt und sein Kopf 15 auf der Oberfläche 11 der Kolbenführung 31 aufliegt . Diese Verbindung 18 erfüllt alle oben aufgeführten Anforderungen. Weiterhin kann die Verbindung von Kolbenführung 31 und Deckel 37 an mehreren Stellen gleichzeitig in einem Arbeitsgang durchgeführt werden .

Die komplette Montage eines Drehmomentwandlers 35 läuft in den folgenden Schritten ab : Zunächst werden mehrere Bolzen 7 an Schweißelektroden angesaugt oder angeklemmt , dann wird der Deckel 37 beispielsweise durch seinen Dorn eindeutig positioniert . Durch gleichzeitiges oder zeitverzögertes Zünden wird danach an mehreren Stellen die Kolbenführung 31 mit dem Deckel 37 verbunden. Anschließend werden die weiteren Montage- schritte , wie die Bestückung der Lamellenpakete 39 , 40 , durchgeführt .

Neben der oben dargestellten zylindrischen Geometrie der Bohrung 5 ist es möglich, eine kegelförmige Geometrie vorzusehen, wie sie in Fig . 5 dargestellt ist . Eine konische Bohrung 5 ist beispielsweise bei Verwendung eines Gussteils als Bauteil 1 einfacher herzustellen als eine zylindrische . Des Weiteren wird durch eine solche Geometrie eine SelbstZentrierung des Bolzens 7 in der Kolbenführung 31 erreicht . Der Durchmesser der Bohrung 5 vergrößert sich mit wachsendem Abstand vom Grundbauteil 3. Der Öffnungswinkel kann dabei variieren, in diesem Beispiel beträgt er näherungsweise 25° .

In Fig. 5 ist die Verbindung 18 nach dem Durchführen des Verfahrens dargestellt . Es ist zu erkennen, dass das bei der Stauchung des Schafts 13 verdrängte Material sich an die Wan-

düng der Bohrung 5 andrückt und somit die Bohrung 5 nahezu vollständig ausfüllt . Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel an die Unterseite 17 des Kopfes 15 des Bolzens 7 ein umlaufender Dichtring 27 angeformt . Dieser Dichtring 27 liegt nach dem Stauchvorgang auf der Oberfläche 11 des Bauteils 1 auf und dichtet die Verbindung 18 zusätzlich ab . Alternativ kann auch ein ähnlicher umlaufender Dichtring auf der Oberfläche 11 des Bauteils 1 vorgesehen werden, welcher dann die gleiche Funktion erfüllt . Solch ein Dichtring kann beispielsweise beim Gießen direkt am Bauteil 1 vorgesehen werden .

Neben der in den bisherigen Ausführungsbeispielen dargestellten Verbindung 18 von einem Bauteil 1 mit einem Grundbauteil 3 können auch mehrere Bauteile gemeinsam an einem Grundbauteil 3 befestigt werden. In diesem Fall müssen die Bauteile 1 alle miteinander fluchtende Bohrungen 5 aufweisen, durch die der Bolzen 7 eingeführt wird. Nach der Durchführung des Verfahrens liegt der Kopf 15 des Bolzens 7 dann bereichsweise auf der Oberfläche 11 desj enigen Bauteils 1 auf, welches am weitesten vom Grundbauteil 3 entfernt angeordnet ist . Auf diese Weise kann auch ein Verbund aus mehreren Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien an einem gemeinsamen Grundbauteil 3 angebunden werden.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die dargestellten Ausführungsbeispiele .

Beispielsweise ist es nicht zwingend erforderlich, die Bolzen 7 per Unterdruck an der Schweißelektrode zu befestigen. Ferner kann er dort beispielsweise auch magnetisch oder mechanisch befestigt sein.