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DE10133292A1 - Composite metal and plastic product manufacture involves penetration of a tool through the metal and plastic parts to form a positive connection between them - Google Patents

Composite metal and plastic product manufacture involves penetration of a tool through the metal and plastic parts to form a positive connection between them

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Publication number
DE10133292A1
DE10133292A1 DE10133292A DE10133292A DE10133292A1 DE 10133292 A1 DE10133292 A1 DE 10133292A1 DE 10133292 A DE10133292 A DE 10133292A DE 10133292 A DE10133292 A DE 10133292A DE 10133292 A1 DE10133292 A1 DE 10133292A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
joining
tool
joining tool
metal
penetration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10133292A
Other languages
German (de)
Inventor
Wolfgang Wilhelm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to DE10133292A priority Critical patent/DE10133292A1/en
Priority to PCT/EP2002/007410 priority patent/WO2003006834A1/en
Publication of DE10133292A1 publication Critical patent/DE10133292A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/04Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of riveting
    • F16B5/045Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of riveting without the use of separate rivets
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Abstract

The metal (1) and plastic (2) parts of the component are placed in contact with each other and may be held (10) together. A tool (3) for joining both parts is driven through the metal part and either completely or partly through the plastic part. The tool is then retracted leaving a recess or opening in the composite component in which the deformed metal part makes a positive connection. The plastic part is heated above room temperature in the joining area and the joining tool is moved perpendicularly onto the metal surface. Alternatively two non-parallel joining tools may be used. The joining tool is rotated around its own axis, in particular when retracting from the maximum penetration point. The tool may also perform an oscillating, wobbling or spinning movement. The maximum joining tool diameter which penetrates the composite component is twice the thickness of the latter. After removal of the joining tool from the opening an undercut may be formed in the metal using a hammer, punch or further joining tool. Joining tools comprise a tapering mandrel which may have an asymmetric shape. The penetration area of the tool may be shaped either like that of a self-cutting or thread forming screw or a slotted or crossed slot screw driver. An Independent claim is included for a composite part produced by the process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles aus einem Metallbauteil und einer Kunststoffstruktur, diese Verbundbauteile und deren Verwendung als Bauteile oder Bauteilekomponenten im Automobil-, Flugzeug- oder Schiffbau oder bei der Herstellung von Möbeln, Haushalts- oder Elektrogeräten. The invention relates to a method for producing a Composite component made of a metal component and one Plastic structure, these composite components and their use as components or Component components in automotive, aircraft or shipbuilding or in the manufacture of furniture, household or electrical appliances.

Verbundformteile aus Metall und Kunststoff sind dem Fachmann bekannt und werden u. a. als so genannte Hybridbauteile im Automobilbau, z. B. in Form von Front-End-Modulen, eingesetzt. Durch die Kombination der Werkstoffe Metall und Kunststoff lassen sich Produkte mit niedrigem Eigengewicht, großer Steifigkeit und hoher Belastbarkeit kostengünstig herstellen. Das Kunststoffformteil kann des weiteren dazu genutzt werden, um bereits zu einem frühen Zeitpunkt im Herstellungsprozess Zusatzfunktionen wie Scharnierteile, Lagerstellen, Kabelklemmen oder Schnapp- und Schraubverbindungen in das Bauteil zu integrieren. Composite molded parts made of metal and plastic are known to the person skilled in the art known and u. a. as so-called hybrid components in Automotive engineering, e.g. B. in the form of front-end modules. By combining the materials metal and plastic products with low weight, great rigidity and Manufacture high resilience inexpensively. The Plastic molded part can also be used to get one additional functions such as Hinge parts, bearings, cable clamps or snap and Integrate screw connections into the component.

Ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundformteile wird z. B. in der Offenlegungsschrift EP-A 0 370 352 beschrieben, wonach ein dünnes mit Durchlässen versehenes Metallblech in eine schalenförmige Spritzgussform eingelegt und der schmelzeförmige Kunststoff entsprechend angespritzt wird. Dieses Verfahren ist sehr komplex und verschleißanfällig. Es erfordert einen hohen Einsatz in Bezug auf die Werkzeuginstandhaltung. Ein hoher Anteil an Ausschussware lässt sich häufig nicht vermeiden. Außerdem benötigt man für jede neue Modellvariante bzw. -änderung ein neues, zumeist kompliziertes Spritzgusswerkzeug. Eine Serienfertigung ist daher häufig mit unwägbaren Risiken behaftet. A method for producing such composite molded parts is known, for. B. in the published patent application EP-A 0 370 352, according to which a thin sheet of metal with openings in one shell-shaped injection mold inserted and the melt-shaped plastic is injected accordingly. This process is very complex and prone to wear. It requires a high level of commitment in terms of on tool maintenance. A high proportion of rejects often cannot be avoided. You also need for everyone new model variant or change a new one, mostly complicated injection mold. Series production is therefore often included imponderable risks.

In der noch unveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 00119476.0 werden weitere Metall/Kunststoff-Verbindungstechniken beschrieben. Diese sollen zu einem geringeren Anteil an Produktausschuss führen. Beispielsweise wird das partielle oder vollflächige Verkleben von Metall und Kunststoff in den Kontaktbereichen, das nachträgliche Ausbilden von Kunststoffnieten mittels Aufschmelzens in den Durchbrüchen des Metallblechs, das Verbinden mit Schrauben oder Schnapphaken sowie das Zusammenfügen durch Umbördeln von Laschen am Metallblech oder an den Rändern oder Durchbrüchen der Kunststoffstruktur offenbart. Diese Verbindungstechniken machen jedoch entweder die Verwendung weiterer Materialien, z. B. Klebstoffe oder Schrauben, oder zusätzlicher Verfahrensschritte erforderlich. In the as yet unpublished European patent application with the file number 00119476.0 will be further Metal / plastic joining techniques described. These are said to be less Share in product committee. For example, that partial or full surface bonding of metal and plastic in the contact areas, the subsequent formation of Plastic rivets by melting in the openings of the Sheet metal, connecting with screws or snap hooks, and that Join by flanging flaps on the metal sheet or on the edges or openings of the plastic structure disclosed. However, these joining techniques make either use other materials, e.g. B. adhesives or screws, or additional procedural steps required.

Bei einem steigenden Bedarf an hochintegrierten Leichtbauteilen nicht nur in der Automobilindustrie wäre es wünschenswert, auf eine praktikable Verbindungstechnik zurückgreifen zu können, die flexibel gehandhabt werden kann, komplizierte Verbundbauteilgeometrien zulässt und sich ohne weiteres für die Serienproduktion eignet. With an increasing demand for highly integrated lightweight components It would be desirable not only in the automotive industry to be able to use a practicable connection technology that can be handled flexibly, complicated Composite component geometries allows and easily for series production suitable.

Es bestand daher die Aufgabe, ein einfaches und kostengünstiges Fügeverfahren für die Herstellung von Verbundbauteilen aus Metall und Kunststoff zur Verfügung zu stellen, mit dem sich insbesondere auch sehr komplexe Bauteilgeometrien auf einfache Weise großtechnisch wie auch in Kleinserien verwirklichen lassen. It was therefore the task of a simple and inexpensive Joining process for the production of composite components made of metal and to provide plastic that can be used especially very complex component geometries in a simple manner can be realized on an industrial scale or in small series.

Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles aus mindestens einem Metallbauteil und mindestens einer Kunststoffstruktur gefunden, bei dem man das Metallbauteil und die Kunststoffstruktur an der zu fügenden Stelle formschlüssig an- oder aufeinander legt, gegebenenfalls arretiert, mindestens ein verformungsfestes Fügewerkzeug an der bzw. den Fügestellen durch das Metallbauteil und durch oder zumindest in die Kunststoffstruktur treibt und dieses durch eine gegenläufige Bewegung wieder aus der gebildeten Vertiefung bzw. Öffnung des Verbundbauteils entfernt. Accordingly, a method for manufacturing a Composite component made of at least one metal component and at least one Plastic structure found, in which the metal component and the plastic structure at the point to be joined with a positive fit put on or on top of each other, if necessary locked, at least a deformation-resistant joining tool at the joint or joints through the metal component and through or at least in the Plastic structure drives and this through an opposite movement again from the depression or opening of the Composite component removed.

Des weiteren wurden die nach diesem Verfahren hergestellten Verbundbauteile sowie deren Verwendung als Bauteile oder Bauteilekomponenten im Automobil-, Flugzeug- oder Schiffbau oder bei der Herstellung von Möbeln, Haushalts- oder Elektrogeräten gefunden. Furthermore, those produced by this process were Composite components and their use as components or Component components in automotive, aircraft or shipbuilding or at Manufacture of furniture, household or electrical appliances found.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen Metallbauteil und Kunststoffstruktur vor dem Fügen zumindest im Bereich der Fügestelle formschlüssig an- oder aufeinander. Der noch nicht zusammengefügte Verbund aus Metallbauteil und Kunststoffstruktur wird vorzugsweise während des Fügevorgangs, beispielsweise mit Hilfe eines Werkzeugs, arretiert, so dass diese Bauteilkomponenten sich beim Fügen nicht gegeneinander verschieben. Zwecks Arretierung kann auf dem Fachmann bekannte Verfahren und Werkzeuge, beispielsweise Pressen, Klammern, Klips oder Spannzangen, zurückgegriffen werden. Metallbauteil und Kunststoffstruktur können vor dem Fügen auch partiell oder vollständig miteinander verklebt sein. In the method according to the invention there are metal components and Plastic structure before joining at least in the area of Joining point on or on top of each other. Not yet assembled composite of metal component and plastic structure preferably during the joining process, for example with the help a tool, locked, so that these component components do not move against each other when joining. For locking purposes methods and tools known to those skilled in the art, for example presses, clamps, clips or collets, be used. Metal component and plastic structure can be used partially or completely glued together his.

Der Fügevorgang geschieht in der Weise, dass ein verformungsstabiles oder -steifes Fügewerkzeug an der Fügestelle durch die anliegende Fläche des Metallbauteils hindurch in oder, je nach Dicke der Kunststoffstruktur an der Fügestelle oder der Länge des Fügewerkzeugs, durch diese Kunststoffstruktur getrieben wird. Eine form- und kraftschlüssige Verbindung kommt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch zustande, dass die Metallfläche durch das Fügewerkzeug aufgebrochen wird und der sich bildende Metallrand üblicherweise in die unmittelbar anliegende Kunststoffstruktur eindringt, wobei die Wandungen des Fügewerkzeugs den sich bildenden Metallrand an die Kunststoffstruktur anpressen. Durchdringt das Fügewerkzeug auch die Kunststoffstruktur weist die Verbundstruktur an der Fügestelle regelmäßig eine Öfffnung auf. The joining process is done in such a way that a Deformation-stable or rigid joining tool at the joint by the adjacent surface of the metal component in or, depending on Thickness of the plastic structure at the joint or the length of the Joining tool is driven through this plastic structure. A positive and non-positive connection comes from the inventive method in that the Metal surface is broken open by the joining tool and the forming metal edge usually in the immediately adjacent Plastic structure penetrates, the walls of the Joining tool the metal edge that forms on the plastic structure press it. The joining tool also penetrates the plastic structure shows the composite structure at the joint regularly Opening on.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kunststoffstruktur zumindest im Bereich der Fügestelle eine oberhalb Raumtemperatur, d. h. oberhalb von etwa 25°C liegende Temperatur auf. Je nach Kunststoffmaterial können auch Temperaturen gewählt werden, die knapp unterhalb der Schmelzetemperatur des zugrunde liegenden Kunststoffmaterials liegen. Selbstverständlich kann auch die gesamte Kunststoffstrukur oder der Verbund aus Metallbauteil und Kunststoffstruktur eine solche erhöhte Temperatur aufweisen. Zur Erwärmung von Kunststoffstruktur und/oder Metallbauteil kann auf gängige Verfahren und Heizgeräte zurückgegriffen werden. Punktuelle bzw. örtlich begrenzte Erwärmungen gelingen z. B. mittels Laserstrahlung oder Ultraschall. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren können demgemäß sowohl herkömmliche Kunststoffstrukturen, also solche, die Umgebungstemperatur aufweisen, als auch spritzfrische werkzeugfallende Teile, die eine erhöhte Temperatur aufweisen und daher in der Regel noch relativ weich sind, aber auch nachträglich getemperte Kunststoffstrukturen, d. h. solche, die erst kurz vor dem Fügen auf eine erhöhte Temperatur gebracht worden sind, zu einer form- und kraftschlüssigen Verbindung mit einem Metallbauteil zusammengefügt werden. In a preferred embodiment, the plastic structure at least in the area of the joint above room temperature, d. H. temperature above about 25 ° C. Depending on Plastic material can also be chosen at temperatures that just below the melt temperature of the underlying Plastic material lie. Of course, the entire plastic structure or the composite of metal component and Plastic structure have such an elevated temperature. to Heating of the plastic structure and / or metal component can occur common procedures and heaters can be used. Local or localized heating is possible, e.g. B. means Laser radiation or ultrasound. With the invention proposed methods can accordingly both conventional Plastic structures, i.e. those that have ambient temperature, as well as freshly injected tool-falling parts that increase Have temperature and therefore usually still relatively soft are, but also post-tempered plastic structures, d. H. those that were raised to a level just before joining Have been brought to a shape and temperature non-positive connection with a metal component.

Des weiteren kann das Fügewerkzeug beim Fügevorgang über eine oberhalb Raumtemperatur liegende Temperatur verfügen. Furthermore, the joining tool can have a temperature above room temperature.

Über eine Relativbewegung von Fügewerkzeug und Verbundbauteil kann ersteres wieder aus der Fügestelle entfernt werden, wobei man sich zur Unterstützung der gegenläufigen Bewegung zusätzlich auch eines Abstreifers bedienen kann. Wird beispielsweise das Fügewerkzeug aus der gebildeten Vertiefung zurückgezogen, kann ein günstigerweise im Bereich der Fügestelle positionierter Abstreifer helfen, dass das Verbundbauteil und das gegebenenfalls eingeklemmte Fügewerkzeug sich wieder voneinander trennen lassen. Via a relative movement of the joining tool and the composite component the former can be removed from the joint again, whereby one additionally to support the opposite movement can also operate a scraper. For example, if Joining tool withdrawn from the recess formed, can a conveniently positioned in the area of the joint Scraper help that the composite component and that, if necessary jammed joining tool can be separated again.

Der Abstreifer kann z. B. auch in Form eines Zylinders oder in einer sonstigen beliebigen Geometrie das Fügewerkzeug komplett oder teilweise umgeben, wobei das Fügewerkzeug sich in dem Abstreifer auf und ab bewegen kann. The scraper can e.g. B. also in the form of a cylinder or in any other geometry complete the joining tool or partially surrounded, the joining tool in the Scraper can move up and down.

Der Fügevorgang kann sowohl manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch durchgeführt werden. Mehrere Fügewerkzeuge können gleichzeitig oder in zeitlicher Abfolge an unterschiedlichen Fügestellen in die Verbundstruktur getrieben werden. Ein oder mehrere Fügewerkzeuge können auch Bestandteil einer Werkzeugmaschine sein, mit der die Fügewerkzeuge in beliebiger Anordnung oder unterschiedlicher zeitlicher Abfolge benutzt werden. The joining process can be manual, semi-automatic or be carried out fully automatically. Multiple joining tools can at different times or simultaneously Joints are driven into the composite structure. One or Several joining tools can also be part of one Be machine tool with which the joining tools in any arrangement or different time sequences can be used.

Geeigneter Weise treibt man das Fügewerkzeug senkrecht oder nahezu senkrecht zur Fügefläche in die Verbundstruktur. The joining tool is suitably driven vertically or almost perpendicular to the joint surface in the composite structure.

Zwei oder mehrere Fügewerkzeuge können des weiteren parallel oder nahezu parallel beim Fügevorgang zur Herstellung eines Verbundbauteils ausgerichtet sein. Bevorzugt sind mindestens zwei Fügewerkzeuge beim Fügevorgang in Bezug auf eine ebene Metallbauteiloberfläche nicht parallel zueinander ausgerichtet. Two or more joining tools can also be parallel or almost parallel to the joining process to produce a Composite component to be aligned. At least two are preferred Joining tools during the joining process in relation to a plane Metal component surface not aligned parallel to each other.

Der Ein- oder Durchdringvorgang des Fügewerkzeugs und/oder der Vorgang des Trennens von Fügewerkzeug und Verbundbauteil können durch eine Drehbewegung des Fügewerkzeugs um seine Längsachse überlagert sein. Vorteilhafter Weise verlaufen die Drehbewegungen beim Ein- bzw. Durchdringen und Trennen, wenn das Fügewerkzeug über eine Gewindestruktur verfügt, gegensinnig. The penetration or penetration process of the joining tool and / or the The process of separating the joining tool and the composite component can by rotating the joining tool about its longitudinal axis be overlaid. The rotary movements advantageously run when penetrating or penetrating and separating when the joining tool has a thread structure, in opposite directions.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Taumel-, Pendel- oder Kreiselbewegung des Fügewerkzeugs beim Ein- oder Durchdringen der Verbundstruktur, insbesondere jedoch bei bzw. nach Erreichen der maximalen Eindring- bzw. Durchdringtiefe, also bei Aufnahme oder während der gegenläufigen Bewegung. Grundsätzlich sind dieses solche Fügewerkzeugbewegungen, bei denen die Längsachse des Fügewerkzeugs aus ihrer ursprünglichen Fügerichtung gebracht wird. Diese Taumel-, Pendel- oder Kreiselbewegung kann auch noch beim Entfernen des Fügewerkzeugs aus der Vertiefung oder der Öffnung im Verbundbauteil beibehalten werden. Bei der Taumel-, Pendel- oder Kreiselbewegung kann die Längsachse des Fügewerkzeugs beispielsweise die Form eines Zylinders, eines Einfach- oder Doppelkegels oder zweier spitz aufeinander stehender Dreiecke beschreiben. Die vorgenannten Taumel-, Pendel- oder Kreiselbewegungen des Fügewerkzeugs sind geeignet, in einem Arbeitsgang, d. h. zusammen mit dem Fügeprozess einen Hinterschnitt zu erzeugen. Another embodiment of the method according to the invention includes a wobble, pendulum or gyroscopic movement of the Joining tool when penetrating or penetrating the composite structure, especially when or after reaching the maximum penetration or penetration depth, i.e. when ingested or during opposite movement. Basically these are Joining tool movements, in which the longitudinal axis of the joining tool from its original joining direction is brought. This wobble, pendulum or gyro motion can also be removed when the Joining tool from the recess or the opening in the composite component to be kept. With the wobble, pendulum or gyroscopic movement the longitudinal axis of the joining tool, for example, the shape a cylinder, a single or double cone or two describe triangles standing on top of each other. The aforementioned wobble, pendulum or gyroscopic movements of the joining tool are suitable in one operation, d. H. together with the Joining process to create an undercut.

In einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere wenn die Kunststoffstruktur durchstoßen wird oder wenn die Kunststoffstruktur konstruktions- oder materialbedingt selber keine tragende Funktion wahrnehmen kann, befinden sich im Bereich der Fügestelle bzw. um diese herum auf der Seite der Kunststoffstruktur ein oder mehrere Auflagepunkte, auch Unterlage oder Trägerstempel genannt, für das Verbundbauteil. Beispielsweise kann die Fügestelle durch eine ringförmige Auflage abgestützt werden. Des weiteren kann die gesamte Kunststoffstruktur auf einer Auflage aufliegen, die beispielsweise nur im Bereich der Fügestellen entsprechende Auslassungen für das durchdringende Fügewerkzeug aufweist. In a preferred embodiment, especially if the Plastic structure is pierced or if the Plastic structure itself due to construction or material can perform a supporting function are in the area of Joining point or around it on the side of the Plastic structure one or more support points, also underlay or Carrier stamp called for the composite component. For example, the The joint is supported by an annular support. Of Furthermore, the entire plastic structure can be placed on one pad rest, for example, only in the area of the joints corresponding omissions for the penetrating joining tool having.

Wird auch die Kunststoffstruktur an der Fügestelle durchstoßen, kann insbesondere für den Fall, dass die Höhe des gebildeten Metallrandes der Dicke der Kunststoffstruktur an der Fügestelle in etwa entspricht oder größer ist, d. h. das äußere Ende des Metallrandes über die Kunststoffstruktur hinausragt, dieses äußere Ende des Metallrandes in Richtung auf die anstehende Kunststoffstruktur umgebogen werden. Es entsteht ein so genannter Hinterschnitt. Der Winkel des Metallrandes zur Metallfläche im Bereich um die Fügestelle ist in solchen Fällen in der Regel kleiner 90°. Dieser Vorgang kann manuell wie auch automatisiert, günstiger Weise in einem Arbeitsgang mit dem Durchstoßvorgang, vorgenommen werden. Zur Erzeugung solcher Hinterschnitte greift man bevorzugt auf entsprechend geformte Werkzeuge, z. B. Stempel, Hammer oder Presswerkzeuge zurück, die von der Seite der Kunststoffstruktur an das Verbundbauteil herangeführt werden. Des weiteren kann ein Hinterschnitt auch mit einem Werkzeug in der Form eines Fügewerkzeugs, gegebenenfalls sogar mit dem Fügewerkzeug, mit dem die Öffnung herbeigeführt worden ist, z. B. mit einem sich zum Ende hin verjüngenden Dorn, herbeigeführt werden. Dazu wird das Fügewerkzeug von der Seite der Kunststoffstruktur in die vorab erzeugte Öffnung eingeführt und gegebenenfalls in eine Taumel-, Pendel- oder Kreiselbewegung versetzt. Auf diese Weise wird der Metallrand ebenfalls an die Kunststoffstruktur angedrückt. If the plastic structure at the joint is also pierced, can in particular in the event that the amount of education Metal edge of the thickness of the plastic structure at the joint is approximately the same or larger, d. H. the outer end of the Metal edge protrudes beyond the plastic structure, this outer end of the metal edge towards the pending Plastic structure can be bent. A so-called arises Undercut. The angle of the metal edge to the metal surface in the In such cases, the area around the joint is usually less than 90 °. This process can be manual as well as automated, conveniently in one operation with the piercing process, be made. To create such undercuts, you resort preferably on appropriately shaped tools, e.g. B. stamp, Hammer or crimping tools back from the side of the Plastic structure can be introduced to the composite component. Furthermore an undercut can also be made with a tool in the form of a Joining tool, possibly even with the joining tool, with the the opening has been made, e.g. B. with a End tapering thorn to be brought about. This will be Joining tool from the side of the plastic structure to the front created opening and optionally in a wobble, Pendulum or gyroscopic movement offset. In this way the Metal edge also pressed against the plastic structure.

Hinterschnitte lassen sich im allgemeinen stets dann erzeugen, wenn der Durchmesser des Fügewerkzeugs auf der Höhe der Oberfläche des Metallbauteils bei Erreichen der maximalen Eindring- bzw. Durchdringtiefe mindestens doppelt so groß wie die Dicke des Verbundbauteils an der Fügestelle ist. Undercuts can generally always be created if the diameter of the joining tool is at the height of the Surface of the metal component when the maximum penetration or penetration depth at least twice the thickness of the Composite component at the joint.

Über Hinterschnitte gelingt es, die Steifigkeit und Stabilität der erfindungsgemäßen Verbundbauteile nochmals zu erhöhen. Undercuts are used to achieve rigidity and stability to increase the composite components according to the invention again.

In einer weiteren Ausführungsform werden zwei oder mehrere Kunststoffstrukturen, die an der Fügestelle aufeinander liegen, in einem Arbeitsgang mit mindestens einem Metallbauteil zusammengefügt, indem man einen Fügewerkzeugdurchmesser wählt, mit dem ein Metallrand erzeugt werden kann, der auch noch in die unterste Kunststoffstruktur eindringt oder diese vorzugsweise durchdringt. Die Kunststoffstrukturen liegen zu diesem Zweck an der Fügestelle spielfrei übereinander, so dass eine kraft- und formschlüssige Verbindung möglich wird. In another embodiment, two or more Plastic structures that lie on top of each other at the joint, in one operation with at least one metal component assembled by choosing a joining tool diameter with which a Metal edge can be created, which is also in the bottom Plastic structure penetrates or preferably penetrates them. For this purpose, the plastic structures are located at the joint without play on top of each other, so that a non-positive and positive Connection becomes possible.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Fügeverfahren auch mit solchen aus dem Stand der Technik zur Herstellung von Verbundbauteilen kombiniert werden. Beispielsweise kann ein nach dem Stand der Technik, z. B. gemäß EP-A 0 370 352 gefertigtes Verbundbauteil zusätzlich über mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Fügepunkte verstärkt bzw. versteift werden. Oder an ein gemäß EP-A 0 370 352 hergestelltes Verbundbauteil wird ein weiteres Metallbauteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angefügt. Of course, the joining method according to the invention can also with those from the prior art for the production of Composite components can be combined. For example, one after the State of the art, e.g. B. manufactured according to EP-A 0 370 352 Composite component in addition with the help of the invention Process generated joining points are reinforced or stiffened. Or on a composite component produced in accordance with EP-A 0 370 352 becomes a further metal component according to the inventive method added.

Das Fügewerkzeug, d. h. das Werkzeug, das das Metallbauteil an der Fügestelle durchstößt, ist vorzugsweise verformungsstabiler oder -steifer als der Verbund aus Metallbauteil und Kunststoffstruktur an der Fügestelle, um nicht nur ein einmaliges Durchstoßen zu ermöglichen, sondern um insbesondere auch für einen Dauereinsatz in Frage zu kommen. Geeignet als Fügewerkzeugmaterialien sind z. B. gehärtete Werkzeugstähle oder Hartmetalle, wie sie beispielsweise in bekannten Stanzwerkzeugen zum Einsatz kommen. The joining tool, i. H. the tool that attaches the metal component to the Punctures joint, is preferably more stable or deformation - stiffer than the composite of metal component and plastic structure at the joint, in order not to just push through once enable, but in particular for continuous use in Question to come. Suitable as joining tool materials are e.g. B. hardened tool steels or hard metals, such as those are used in known punching tools.

Für den Fügevorgang können Fügewerkzeuge in unterschiedlichster Form eingesetzt werden, solange diese gewährleisten, dass beim Durchstoßen der Metallbauteiloberfläche ein Metallrand gebildet wird. Geeignet sind z. B. Werkzeuge und Fügemaschinen, die zur Blechbearbeitung bzw. Blechumformung verwendet werden. For the joining process, joining tools can be used in many different ways Form are used as long as they ensure that the Piercing the metal component surface forms a metal edge becomes. Are suitable for. B. tools and joining machines for Sheet metal processing or sheet metal forming can be used.

Die Abmessungen des Fügewerkzeugs können in weiten Bereichen variiert werden, solange eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Metallbauteil und Kunststoffstruktur zustande kommt. In der Regel empfiehlt es sich, Länge und Durchmesser des Fügewerkzeugs auf die Dicke von Metallbauteil und Kunststoffstruktur an der Fügestelle abzustellen, so dass inbesondere keine Metallteile abgeschlagen oder ausgestanzt werden. The dimensions of the joining tool can vary widely can be varied as long as a positive and positive connection between the metal component and the plastic structure. In As a rule, it is recommended to measure the length and diameter of the Joining tool to the thickness of the metal component and plastic structure the joint, so that in particular no metal parts knocked off or punched out.

Ist der größte Durchmesser desjenigen Fügewerkzeugabschnitts, der in die Verbundstruktur eindringt oder der sich bei Erreichen der maximalen Eindring- bzw. Durchdringtiefe auf der Höhe der Oberfläche des anstehenden Metallbauteils befindet, in etwa gleich dem oder größer als das Doppelte der Gesamtdicke von Metallbauteil und Kunststoffstruktur an der Fügestelle, ist es vorteilhaft, auch die Kunststoffstruktur vollständig zu durchstoßen und nicht nur in diese mit dem Fügewerkzeug einzudringen, um die Ausbildung eines Hinterschnitts zu ermöglichen. Is the largest diameter of the joining tool section that penetrates into the composite structure or which is reached when the maximum depth of penetration or penetration at the level of Surface of the upcoming metal component is approximately the same that or greater than twice the total thickness of Metal component and plastic structure at the joint, it is advantageous to completely pierce the plastic structure and not just penetrate this with the joining tool to the To enable formation of an undercut.

Bevorzugt sind Metallränder, deren Höhe die Dicke der Kunststoffstruktur an der Verbindungsstelle übertrifft, vorzugsweise um 1 bis 40, insbesondere um 5 bis 25%. Metal edges are preferred, the height of which is the thickness of the Plastic structure at the connection point, preferably by 1 to 40%, especially 5 to 25%.

Insbesondere, wenn die Dicke der Kunststoffstruktur gegenüber dem vorgenannten Durchmesser des Fügewerkzeugs ein Vielfaches beträgt, z. B. 4-fach oder mehr, wird dagegen eine dauerhafte und kraftschlüssige Fügung bereits erreicht, ohne dass das Fügewerkzeug die Kunststoffstruktur komplett durchstößt. In diesem Fall wird vorteilhafter Weise ein Fügewerkzeug eingesetzt, das sich zwar zum Durchstoßende hin verjüngt, das jedoch bei maximaler Eindringtiefe im Bereich des gebildeten Metallrandes eine Zylinderform aufweist. Especially when the thickness of the plastic structure compared to the aforementioned diameter of the joining tool a multiple is, e.g. B. 4 times or more, on the other hand, becomes permanent and non-positive joining has already been achieved without this Joining tool completely pierces the plastic structure. In this case a joining tool is advantageously used, the tapered towards the piercing end, but at maximum Penetration depth in the area of the metal edge formed Has cylindrical shape.

Die Querschnittsflächen des Fügewerkzeugs können insbesondere in dem in die Verbundstruktur eindringenden Bereich im allgemeinen beliebig geformt sein und beispielsweise die Form einer Ellipse, eines Kreises, Dreiecks, Quadrats, Rechtecks, Vielecks, Sterns oder Trapezes annehmen. Selbstverständlich sind in diesem Bereich auch beliebige Kombinationen an Querschnittsgeometrien möglich. In einer Ausführungsform hat das Fügewerkzeug, insbesondere über den Bereich, der in die Verbundstruktur eindringt, einen kreisrunden oder nahezu kreisrunden Querschnitt. Das Fügewerkzeug verjüngt sich bevorzugt zum Durchstoßende hin. Demgemäß kann das Fügewerkzeug z. B. als Dorn ausgebildet sein. The cross-sectional areas of the joining tool can be in particular in the area penetrating the composite structure in general be arbitrarily shaped and for example the shape of an ellipse, of a circle, triangle, square, rectangle, polygon, star or accept trapezes. Of course in this area Any combination of cross-sectional geometries is also possible. In one embodiment, the joining tool has, in particular, over the area that penetrates the composite structure circular or almost circular cross section. The joining tool preferentially tapers towards the piercing end. Accordingly, it can Joining tool e.g. B. be designed as a mandrel.

Vorteilhafter Weise ist das Fügewerkzeug insbesondere in dem Bereich, der in die Verbundstruktur eindringt, in Bezug auf seine Längsachse im wesentlichen geradlinig ausgebildet, wobei dieses selbstverständlich nicht ausschließt, dass der genannte Fügewerkzeugabschnitt im Längsschnitt asymmetrisch geformt sein kann, beispielsweise als ein asymmetrisch geformter Dorn. Das Fügewerkzeug verjüngt sich vorteilhafter Weise zum Durchstoßende hin, entweder in Stufen oder stetig. In einer Ausführungsform läuft das Fügewerkzeug am Durchstoßende spitz bzw. nahezu spitz zu, z. B. wie bei einer Anreißnadel. In einer weiteren Ausführungsform verjüngt sich das Fügewerkzeug zum Durchstoßende hin wesentlich schneller als im vorangehenden Bereich. Beispielsweise können diese unterschiedlichen Segmente durch aufeinanderfolgende, flacher werdende Kegelstümpfe gebildet werden. Derartig geformte Werkzeuge sind im allgemeinen auch als Körner bekannt. Das Fügewerkzeugende kann bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen spitz zulaufen oder vollständig oder teilweise abgeflacht vorliegen. The joining tool is particularly advantageous in the Area that penetrates the composite structure in relation to its Longitudinal axis formed substantially straight, this of course, does not exclude that the named Joining tool section can be asymmetrically shaped in longitudinal section, for example as an asymmetrically shaped mandrel. The Joining tool advantageously tapers towards the piercing end, either in stages or continuously. In one embodiment, running the joining tool is pointed or almost pointed at the piercing end, z. B. like a scriber. In another embodiment The joining tool tapers significantly towards the piercing end faster than in the previous area. For example, you can these different segments by successive, flattened truncated cones are formed. So shaped Tools are also commonly known as grains. The Joining tool can in the above-described embodiments tapered or flattened in whole or in part available.

In einer weiteren Ausführungsform weist der in die Verbundstruktur eindringende Bereich unterschiedliche Querschnittsgeometrien auf. Beispielsweise ist in einer bevorzugten Ausführungsform das Fügewerkzeug in dem Abschnitt, der sich nach vollendetem Durchstoßvorgang auf der Höhe der Metallfläche und der angrenzenden Kunststoffstruktur befindet, zylindrisch ausgebildet, d. h. sich gegenüberliegende Wandelemente des Fügewerkzeugs sind dort im wesentlichen parallel ausgerichtet. In a further embodiment, the in Composite structure penetrating area different cross-sectional geometries on. For example, in a preferred embodiment Joining tool in the section that changes after completion Puncture process at the level of the metal surface and the adjacent one Plastic structure is cylindrical, d. H. yourself Opposing wall elements of the joining tool are there in the aligned essentially parallel.

Des weiteren kann das Fügewerkzeugende als spitz zulaufender Dorn ausgestaltet sein und der weitere, ebenfalls in die Verbundstruktur eindringende Bereiche die Form eines Gewindes aufweisen. Selbstverständlich kann auch das gesamte Fügewerkzeug eine Gewindestruktur aufweisen. Verfügt das Fügewerkzeug über einen Gewinde- oder gewindeähnlichen Bereich, empfiehlt es sich, das Fügewerkzeug, zumindest sobald der Gewindebereich sich auf der Höhe der anstehenden Metalloberfläche an der Fügestelle befindet, drehend in die Verbundstruktur einzubringen. Furthermore, the end of the joining tool can be a pointed mandrel be designed and the other, also in the Areas penetrating composite structure have the shape of a thread. Of course, the entire joining tool can also be one Have thread structure. The joining tool has one Thread or thread-like area, it is recommended that Joining tool, at least as soon as the thread area is on the Height of the metal surface at the joint, rotating in the composite structure.

Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Fügewerkzeug, das in seinem vorderen Eindring- oder Durchstoßbereich keilförmig ausgebildet ist, beispielsweise in der Form eines Schlitzschraubendrehers. Der Fügewerkzeugkopf kann in diesem Fall sich paarweise gegenüberstehende abgeflachte Seitenflächen z. B. in der Form eines Rechtecks, Quadrats, Trapezes, Kreises oder einer Ellipse aufweisen. Diese Seitenflächen können parallel zueinander ausgerichtet sein oder in einem spitzen Winkel zueinander stehen. Der Abstand zwischen diesen Seitenflächen ist so zu wählen, dass eine Keilform ausgebildet werden kann, die ein Eindringen in das Metallbauteil ermöglicht. An diesen Fügekopfbereich schließt sich üblicherweise ein zylindrisch oder quaderförmig gestalteter Schaftbereich an. In einer Ausführungsform verjüngt sich der Schaft hinter dem Ende des vorbeschriebenen Fügekopfes nicht. In diesen Fall führt man das Fügewerkzeug derart tief in die Durchstoßöffnung oder Vertiefung ein, dass auch der sich an den Kopf anschließende Bereich in die Verbundstruktur eindringt. Im Fall einer Durchstoßöffnung entsteht bereits auf diese Weise in einem Arbeitsgang ein Hinterschnitt. Another embodiment includes a joining tool that is in its front penetration or puncture area is wedge-shaped is formed, for example in the form of a Slot screwdriver. In this case, the joining tool head can be in pairs opposing flattened side surfaces z. B. in the form of a Rectangle, square, trapezoid, circle or an ellipse exhibit. These side surfaces can be parallel to each other be aligned or at an acute angle to each other. The The distance between these side surfaces should be chosen so that a Wedge shape can be formed, which penetration into the Metal component allows. This joining head area closes usually a cylindrical or cuboid Shaft area. In one embodiment, the Do not shank behind the end of the joining head described above. In in this case, the joining tool is inserted so deeply into the Piercing hole or depression that also applies to the head subsequent area penetrates into the composite structure. In the case A through opening is already created in this way Work an undercut.

In einer weiteren Ausführungsform verjüngt sich das Fügewerkzeug hinter dem vorgehend beschriebenen abgeflachten, z. B. keil-, schlitz- oder scheibenförmigen Werkzeugkopf, d. h. im Bereich des Werkzeugschaftes. Demnach ragt der Durchmesser des dem Fügewerkzeugkopf nachfolgenden Schaftes nicht über den maximalen Durchmesser des Kopfes hinaus, sondern ist geringer als dieser. Wird die Verbundstruktur aus Metallbauteil und Kunststoffstruktur mit einem derartigen Werkzeug unter Ausbildung einer Öffnung durchstoßen, führt man das Fügewerkzeug bevorzugt so tief in die Öffnung ein, dass es gedreht werden kann. Anschließende gegenläufige Bewegungen des Fügewerkzeugs, insbesondere bei einer Drehung im Bereich um etwa 90° führen dann unmittelbar zur Ausbildung eines Hinterschnitts. Bevorzugt sind die rückwärtigen Bügel des Fügewerkzeugkopfes nach außen geneigt, bilden also einen stumpfen Winkel mit dem Schaft. Nach Drehung um z. B. 180° oder ein Vielfaches davon kann das Fügewerkzeug dann wieder aus der Durchführung entfernt werden. In a further embodiment, the joining tool tapers behind the flattened, e.g. B. wedge, slit or disk shaped tool head, d. H. in the area of Tool shank. Accordingly, the diameter of the protrudes Joining tool head of the following shank does not exceed the maximum Diameter of the head, but is less than this. Becomes the composite structure of metal component and plastic structure with such a tool with the formation of an opening puncture, the joining tool is preferably inserted as deep into the Opening one that it can be rotated. Subsequent opposite Movements of the joining tool, especially when rotating The area around 90 ° then leads directly to the formation of a Undercut. The rear bracket of the Joining tool head inclined outwards, so form a blunt Angle with the shaft. After rotation by z. B. 180 ° or a The joining tool can then carry out many of these again from the feedthrough be removed.

In gleicher Weise wie vorgehend für ein schlitzschraubendreherähnliches Fügewerkzeug beschrieben, kann das Fügewerkzeug bzw. der Fügewerkzeugkopf auch im Sinne eines Kreuzschlitzschraubendrehers ausgebildet sein. In the same way as for one using a screwdriver-like joining tool, the joining tool or the joining tool head also in the sense of a Phillips screwdriver.

Eine weitere Ausführungsform umfasst die Verwendung eines Fügewerkzeugs, das in seinem Eindring- oder Durchstoßbereich der Form einer Schraube, insbesondere einer selbstschneidenden oder gewindeformenden Schraube, z. B. einer Blechschraube entspricht. Bevorzugt sind hierbei solche Fügewerkzeuge mit einem flachen Flankenwinkel. Fügewerkzeuge mit einem schraubenähnlichen Kopf bzw. mit einem Gewinde werden bevorzugt drehend in die Verbundstruktur ein- und gegensinnig drehend wieder aus der Vertiefung oder Öffnung herausgeführt. Another embodiment includes the use of a Joining tool that in its penetration or penetration area of the mold a screw, especially a self-tapping or thread-forming screw, e.g. B. corresponds to a self-tapping screw. Such joining tools with a flat one are preferred Flank angle. Joining tools with a screw-like head or with a thread are preferably rotating in the composite structure rotating in one or the opposite direction out of the recess or Opening led out.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Fügewerkzeug mittig eine Bohrung auf oder ist als Hohlkörper, z. B. als Hohlzylinder, ausgebildet. Der verbleibende Metallrand hat allerdings im Verhältnis zum ausgesparten Innenraum eine Größe bzw. eine Form aufzuweisen, die beim Durchstoßen durch die Metallfläche ein Ausstanzen einer Metallfläche verhindert. In a further embodiment, the joining tool has a center a hole on or is as a hollow body, for. B. as a hollow cylinder, educated. The remaining metal edge, however, has Size or shape in relation to the recessed interior to have a puncture through the metal surface Punching out a metal surface prevented.

Des weiteren kann ein Fügewerkzeug verwendet werden, das wie bei einer Schere über ein Gelenk verfügt und aus zwei oder mehreren Komponenten gebildet wird und das im zusammengeklappten Zustand einem der vorgehend beschriebenen Fügewerkzeuge entsprechen kann. Bei diesem Fügewerkzeug ist das Gelenk besonders vorteilhaft derart anzubringen, dass es nach dem Eindringen oder Durchstoßen von Metallbauteil und Kunststoffstruktur im Bereich der Vertiefung oder der Durchstoßöffnung, bevorzugt in der unteren Hälfte des Durchstoßes oder der Vertiefung positioniert werden kann. Klappt man die Bauteile des Fügewerkzeugs in dieser Position auseinander, drücken sie den gegebenenfalls überstehenden Metallrand ebenfalls auseinander und erzeugen auf diese Weise eine noch festere und steifere Verbindung, bei einem Durchstoß gegebenenfalls sogar einen Hinterschnitt. Selbstverständlich kann der vorgehend beschriebene Fügevorgang sowie das Fügewerkzeug auch dann wirkungsvoll eingesetzt werden, wenn der gebildete Metallrand dem Durchstoßweg entspricht, d. h. nicht über die Unterseite der Kunststoffstruktur hinausragt, oder kürzer ist als der Durchstoßweg. Furthermore, a joining tool can be used, which is the same as for a pair of scissors has one joint and two or more Components is formed and that in the collapsed state can correspond to one of the previously described joining tools. The joint is particularly advantageous with this joining tool to be attached in such a way that after penetration or penetration of Metal component and plastic structure in the area of the recess or the piercing opening, preferably in the lower half of the Penetration or the recess can be positioned. folds the components of the joining tool in this position apart, press the metal edge that may protrude also apart and create one more in this way firmer and stiffer connection, if necessary in the event of a puncture even an undercut. Of course, you can go ahead described joining process as well as the joining tool be used effectively when the metal edge formed Puncture path corresponds to d. H. not over the bottom of the Plastic structure protrudes, or is shorter than that Durchstoßweg.

Alternativ kann auch auf Fügewerkzeuge in der Form eines gebogenen Dornes oder einer Kralle, die sich vorzugsweise zum Durchstoßende hin verjüngt, zurückgegriffen werden. Diese werden nicht geradlinig, sondern z. B. mittels einer Dreh- oder Schwenkbewegung in die Verbundstruktur eingebracht und mit einer entsprechenden gegenläufigen Bewegung wieder aus dieser entfernt. Auf diese Weise erhält man insbesondere auch bereits bei Ausbildung einer Vertiefung in der Kunststoffstruktur eine Fügebefestigung mit einem partiellen Hinterschnitt. Alternatively, joining tools in the form of a curved mandrel or a claw, which is preferably the Pushing through tapered, can be resorted to. These will not straightforward, but z. B. by means of a rotary or pivoting movement introduced into the composite structure and with a corresponding opposite movement again removed from this. To this In particular, this is obtained even when one is being trained Deepening in the plastic structure with a fastening a partial undercut.

Solcherart erhaltene Hybridbauteile weisen gegenüber entsprechenden bekannten Konstruktionen bei gleichem Gewicht Vorteile hinsichtlich ihrer Steifigkeit bzw. Festigkeit und insbesondere auch hinsichtlich der Einfachheit in der Herstellung auf. Hybrid components obtained in this way face each other corresponding known constructions with the same weight advantages with regard to their rigidity or strength and in particular also for ease of manufacture.

Das Metallbauteil, auch metallischer Körper oder Metallkörper genannt, kann aus jedwedem Metall oder Legierung gefertigt sein, sofern diese im festen Zustand nach Durchdringung mit einem Fügewerkzeug einen Metallrand liefert, der hart genug ist, um mit der Kunststoffstruktur eine kraft- und formschlüssige Verbindung eingehen zu können. Üblicherweise wird ein Metallbauteil aus unverzinktem oder verzinktem Stahl, Eisen, Aluminium, Titan oder Magnesium verwendet. Das Metallbauteil kann aus Gründen des Korrosionsschutzes oder aus optischen Gründen auch mit einer handelsüblichen Lackschicht überzogen sein. Derartige Korrosionsschutz- oder Farbüberzüge sowie deren Anbringung sind dem Fachmann bekannt. The metal component, also metallic body or metal body called, can be made of any metal or alloy, if this is in the solid state after penetration with a Joining tool provides a metal edge that is hard enough to use with the Plastic structure a positive and positive connection to be able to enter. A metal component is usually made non-galvanized or galvanized steel, iron, aluminum, titanium or Magnesium used. The metal component can for the sake of Corrosion protection or for optical reasons also with a commercially available lacquer layer. Such corrosion protection or paint coatings and their application are the specialist known.

Es hat unter den Fügebedingungen eine Festigkeit aufzuweisen, die die beim Durchbruch erzeugten Metallränder mit einer ausreichenden Festigkeit und Steifigkeit ausstattet. Die Wanddicke des Metallbauteils an der Fügestelle kann in weiten Bereichen variiert werden, wird jedoch in der Regel so eingestellt, dass das Fügewerkzeug ohne weiteres die Metallwand durchdringen kann. Zudem empfiehlt es sich, die Dicken von Metallbauteil und Kunststoffstruktur an der Fügestelle aufeinander abzustimmen. Geeignete Metallbauteildicken am Ort der Fügestelle liegen im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 cm und bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 2 mm. It has to have a strength under the joining conditions that the metal edges created at the breakthrough with a sufficient strength and rigidity. The wall thickness of the Metal component at the joint can be used in wide areas are varied, but is usually set so that the joining tool can easily penetrate the metal wall. It is also recommended that the thickness of the metal component and Matching the plastic structure at the joint. Suitable metal component thicknesses at the location of the joint are in the area from 0.1 mm to 0.5 cm and preferably in the range from 0.2 to 2 mm.

Anstelle von durchgängigen, einheitlichen Metallflächen kann das Metallbauteil an der Fügestelle, insbesondere bei sehr dicken oder harten Metallbauteilen, auch bereits vorgelocht oder vorgestanzt sein. Diese Löcher sind jedoch um ein Vielfaches kleiner als der Durchmesser des verwendeten Fügewerkzeugs. Instead of continuous, uniform metal surfaces, this can be done Metal component at the joint, especially for very thick ones or hard metal components, also pre-punched or be pre-cut. However, these holes are many times smaller than the diameter of the joining tool used.

Die Form der Durchbrüche im metallischen Körper werden im wesentlichen von der Querschnittsform des Fügewerkzeugs bestimmt und können z. B. kreisrund oder annähernd kreisrund ausgeführt sein. The shape of the openings in the metallic body are in the essentially determined by the cross-sectional shape of the joining tool and can e.g. B. circular or approximately circular.

Gängige Durchmesser der im metallischen Bauteil erzeugten Durchbrüche liegen üblicherweise im Bereich von 1 bis 50, insbesondere von 2 bis 12 mm. Common diameters of those produced in the metallic component Breakthroughs are usually in the range from 1 to 50, in particular from 2 to 12 mm.

Als Kunststoffstrukturen kommen spritzgegossene oder tiefgezogene Formteile, einschließlich Folien und Halbzeuge (Tafeln, Rohre, Platten, Stäbe, etc.) in Frage. Die Kunststoffstrukturen sind üblicherweise aus thermoplastischen teilkristallinen oder amorphen Polymeren aufgebaut, können aber auch aus Duroplasten oder Mischungen dieser Polymerklassen gebildet werden. Injection molded or thermoformed come as plastic structures Molded parts, including foils and semi-finished products (sheets, tubes, Plates, rods, etc.) in question. The plastic structures are usually from thermoplastic semi-crystalline or amorphous polymers, but can also be made of thermosets or Mixtures of these polymer classes are formed.

Als thermoplastische Polymere kommen alle dem Fachmann bekannten Thermoplaste in Betracht. Geeignete thermoplastische Polymere werden beispielsweise im Kunststoff-Taschenbuch, Hrsg. Saechtling, 25. Ausgabe, Hanser-Verlag, München, 1992, insbesondere Kap. 4 sowie darin zitierte Verweise, und im Kunststoff-Handbuch, Hrsg. G. Becker und D. Braun, Bände 1-11, Hanser-Verlag, 1966-1996, beschrieben. All known to those skilled in the art come as thermoplastic polymers Thermoplastics into consideration. Suitable thermoplastic polymers are for example in the plastic paperback, ed. Saechtling, 25th edition, Hanser-Verlag, Munich, 1992, in particular Cape. 4 and references cited therein, and in the plastics manual, Edited by G. Becker and D. Braun, volumes 1-11, Hanser-Verlag, 1966-1996.

Exemplarisch seien als geeignete Thermoplaste genannt Polyoxyalkylene wie Polyoxymethylen, z. B. Ultraform® (BASF AG), Polycarbonate (PC), Polyester wie Polybutylenterephthalat (PBT), z. B. Ultradur® (BASF AG), oder Polyethylenterephthalat (PET), Polyolefine wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), Poly(meth)acrylate, z. B. PMMA, Polyamide wie Polyamid-6 oder Polyamid-66, (z. B. Ultramid®; BASF AG), vinylaromatische (Co)polymere wie Polystyrol, syndiotaktisches Polystyrol, schlagzähmodifiziertes Polystyrol wie HIPS, oder ASA- (z. B. Luran® S; BASF AG), ABS- (z. B. Terluran®; BASF AG), SAN- (z. B. Luran®; BASF AG) oder AES-Polymerisate, Polyarylenether wie Polyphenylenether (PPE), Polyphenylensulfide, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyurethane, Polylactide, halogenhaltige Polymerisate, Imidgruppen-haltige Polymere, Celluloseester, Silicon-Polymere und Thermoplastische Elastomere. Es können auch Mischungen unterschiedlicher Thermoplaste als Materialien für die Kunststoffstrukturen eingesetzt werden. Bei diesen Mischungen kann es sich um ein- oder mehrphasige Polymerblends handeln. Examples are suitable thermoplastics Polyoxyalkylenes such as polyoxymethylene, e.g. B. Ultraform® (BASF AG), Polycarbonates (PC), polyesters such as polybutylene terephthalate (PBT), e.g. B. Ultradur® (BASF AG), or polyethylene terephthalate (PET), Polyolefins such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), Poly (meth) acrylates, e.g. B. PMMA, polyamides such as polyamide-6 or Polyamide-66, (e.g. Ultramid®; BASF AG), vinyl aromatic (Co) polymers such as polystyrene, syndiotactic polystyrene, impact modified polystyrene such as HIPS, or ASA- (e.g. Luran® S; BASF AG), ABS- (e.g. Terluran®; BASF AG), SAN- (e.g. Luran®; BASF AG) or AES polymers, polyarylene ethers such as Polyphenylene ether (PPE), polyphenylene sulfide, polysulfone, polyether sulfone, Polyurethanes, polylactides, halogen-containing polymers, Polymers containing imide groups, cellulose esters, silicone polymers and Thermoplastic elastomers. Mixtures can also be used different thermoplastics as materials for the plastic structures be used. These mixtures can be or multi-phase polymer blends.

Die Kunststoffstrukturen können darüber hinaus übliche Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel enthalten. The plastic structures can also be customary Contain additives and processing aids.

Geeignete Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel sind z. B. Gleit- oder Entformungsmittel, Kautschuke, Antioxidantien, Stabilisatoren gegen Lichteinwirkung, Antistatika, Flammschutzmittel oder faser- und pulverförmige Füll- oder Verstärkungsmittel sowie andere Zusatzstoffe oder deren Mischungen. Suitable additives and processing aids are e.g. B. Lubricants or mold release agents, rubbers, antioxidants, Light stabilizers, antistatic agents, flame retardants or fibrous and powdery fillers or reinforcing agents as well as other additives or mixtures thereof.

Als Beispiele für faserförmige bzw. pulverförmige Füll- und Verstärkungsstoffe seien Kohlenstoff- oder Glasfasern in Form von Glasgeweben, Glasmatten oder Glasseidenrovings, Schnittglas sowie Glaskugeln genannt. Besonders bevorzugt sind Glasfasern. Die verwendeten Glasfasern können aus E-, A- oder C-Glas sein und sind vorzugsweise mit einer Schlichte, z. B. auf Epoxyharz-, Silan-, Aminosilan- oder Polyurethanbasis und einem Haftvermittler auf der Basis funktionalisierter Silane ausgerüstet. Die Einarbeitung der Glasfasern kann sowohl in Form von Kurzglasfasern als auch in Form von Endlossträngen (rowings) erfolgen. As examples of fibrous or powdery filling and Reinforcing materials are carbon or glass fibers in the form of Glass fabrics, glass mats or glass silk rovings, cut glass as well Called glass balls. Glass fibers are particularly preferred. The Glass fibers used can be and are made of E, A or C glass preferably with a size, e.g. B. on epoxy resin, silane, Aminosilane or polyurethane base and an adhesion promoter the basis of functionalized silanes. The training The glass fibers can be in the form of short glass fibers as well Form of endless strings (rowings).

Als teilchenförmige Füllstoffe eignen sich z. B. Ruß, Graphit, amorphe Kieselsäure, Whisker, Aluminiumoxidfasern, Magnesiumcarbonat (Kreide), gepulverter Quarz, Glimmer, Mica, Bentonite, Talkum, Feldspat oder insbesondere Calciumsilikate wie Wollastonit und Kaolin. As particulate fillers such. B. carbon black, graphite, amorphous silica, whiskers, aluminum oxide fibers, Magnesium carbonate (chalk), powdered quartz, mica, mica, bentonite, Talc, feldspar or in particular calcium silicates such as Wollastonite and kaolin.

Des weiteren können die Kunststoffstrukturen auch Farbmittel oder Pigmente enthalten. Furthermore, the plastic structures can also contain colorants or Pigments included.

Bevorzugt werden die vorgenannten Zusatzstoffe, Verarbeitungshilfsmittel und/oder Farbmittel in einem Extruder oder einer anderen Mischvorrichtung bei Temperaturen von 100 bis 320°C unter Aufschmelzen des thermoplastischen Polymeren vermischt und ausgetragen. Die Verwendung eines Extruders ist besonders bevorzugt, insbesondere eines gleichsinnig drehenden, dicht kämmenden Zweischnecken-Extruders. Verfahren zur Herstellung der Kunststoffformmassen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. The aforementioned additives are preferred, Processing aids and / or colorants in an extruder or other mixing device at temperatures from 100 to 320 ° C below Melting of the thermoplastic polymer mixed and discharged. The use of an extruder is particularly preferred in particular a co-rotating, tightly meshing Twin-screw extruder. Process for the preparation of the Plastic molding compositions are well known to the person skilled in the art.

Aus den so erhaltenen Formmassen lassen sich Kunststoffstrukturen (auch Halbzeuge) aller Art herstellen, z. B. nach dem Spritzguss- oder Tiefziehverfahren. Plastic structures can be made from the molding compositions thus obtained Manufacture (also semi-finished products) of all kinds, e.g. B. after injection molding or deep drawing process.

An der Kunststoffstruktur, welche mit einem metallischen Bauteil zu einem Hybridbauteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden wird, kann des weiteren eine versteifende Verrippung angespritzt werden oder sein. On the plastic structure, which with a metallic component to a hybrid component according to the inventive method stiffening ribbing can also be connected be injected or be.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Kunststoffstruktur mindestens eine domförmige nach oben offene Erhebung auf, deren Grundfläche eine Fügefläche für das Zusammenwirken mit dem durch das Fügewerkzeug gebildeten Metallrand darstellen kann. In a further embodiment, the plastic structure at least one dome-shaped upward open survey, the Base area a joint surface for interaction with the through the joining tool can represent formed metal edge.

In die domförmigen nach oben offenen Erhebungen kann ein Stempel bzw. ein Auflagewerkzeug eingeführt werden, welches am Boden der offenen domförmigen Erhebung die zur Ausbildung einer dauerhaften form- und kraftschlüssigen Verbindung zwischen Kunststoffstruktur und Metallkörper erforderliche Gegenkraft aufbringt, wenn das Fügewerkzeug von der entgegengesetzten Seite zunächst durch das Metallbauteil und dann in oder durch die Kunststoffbodenfläche des Domes getrieben wird. A stamp can be placed in the dome-shaped elevations which are open at the top or a support tool are introduced, which at the bottom of the open dome-shaped elevation to form a permanent positive and non-positive connection between the plastic structure and metal body applies required drag if that Joining tool from the opposite side first through the Metal component and then in or through the plastic floor surface of the cathedral.

In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt die Kunststoffstruktur über zwei oder mehrere domförmige nach oben offene Erhebungen, von denen mindestens zwei durch eine versteifende Kunststoffrippe, deren Unterseite auch am Metallbauteil anliegen kann, miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt stellen die domförmigen Erhebungen Kreuzungspunkte rippenförmiger Kunststoffstrukturen dar. Diese Kunststoffstrukturen lassen sich ohne weiteres mittels gängiger Spritzgussverfahren herstellen. Besondere Festigkeiten und Steifigkeiten werden bei Verbundbauteilen erzielt, wenn das oder die Metallbauteile mit jeder oder nahezu jeder Bodenplatte einer domförmigen Erhebung mittels eines Fügewerkzeugsdurchstichs verbunden sind. In a preferred embodiment, the Plastic structure over two or more dome-shaped, open at the top Elevations, at least two of which are stiffened Plastic rib, the underside of which can also rest on the metal component, are interconnected. The are particularly preferred Dome-shaped elevations crossing points more rib-shaped Plastic structures. These plastic structures can be without manufacture further using common injection molding processes. Special Strength and stiffness are used in composite components achieved when that or the metal components with each or almost each base plate of a dome-shaped elevation by means of a Joining tool piercing are connected.

Die offenen, domförmigen Erhebungen lassen sich darüber hinaus nicht nur in Kreuzungspunkten einer die Kunststoffstruktur versteifenden Verrippung einsetzen bzw. anspritzen, sondern auch an den versteifenden Rippen zwischen den Kreuzungspunkten, so dass mehrere Fügestellen gebildet werden, an welchen die Kunststoffstruktur und der Metallkörper miteinander form- und kraftschlüssig verbunden werden können. Neben den Domflächen können die Kunststoffstrukturen selbstverständlich auch an weiteren Fügestellen mit dem Metallbauteil auf erfindungsgemäße oder herkömmliche Weise verbunden werden. The open, dome-shaped surveys can also be used not just in the intersection of a plastic structure use stiffening ribbing or spray, but also on the stiffening ribs between the crossing points so that several joints are formed, at which the Plastic structure and the metal body with each other can be non-positively connected. In addition to the cathedral surfaces, the Plastic structures of course also on others Joining points with the metal component according to the invention or be connected in a conventional manner.

Die Kunststoffrippen der die Kunststoffstruktur versteifenden Verrippung weisen bevorzugt an ihrer Oberkante, d. h. in dem Bereich der höchsten Belastungen, eine im wesentlichen senkrecht zu dieser Verrippung angeordnete, flach aufliegende Wandung auf. The plastic ribs that stiffen the plastic structure Ribs preferably have on their upper edge, i. H. by doing Range of the highest loads, one essentially perpendicular to this ribbing arranged, lying flat wall.

Dies reduziert einerseits die Maximal-Spannungen im belasteten Kunststoff und verhindert andererseits ein Beulen bzw. Ausknicken der Verrippung bei Belastung. On the one hand, this reduces the maximum stresses in the loaded Plastic and on the other hand prevents buckling or buckling the ribbing under load.

Des Weiteren kann die Kunststoffstruktur so ausgebildet sein, dass sie neben den Kunststoffrippen am oberen Ende der Rippen oder Dome eine geschlossene Fläche in der Art eines Deckels aufweist, der nur an den oberen Enden der Dome mit Durchbrüchen bzw. Durchlässen versehen ist. In Kombination mit einem U-förmigen Metallkörper entsteht auf diese Weise ein quasi geschlossenes Hohlprofil. In einer Ausführungsform sind auch die Randbereiche von Deckel und Metallkörper auf erfindungsgemäße oder herkömmliche Art und Weise, z. B. mittels nachträglichem Umspritzens, miteinander verbunden. Furthermore, the plastic structure can be designed that they are next to the plastic ribs at the top of the ribs or dome a closed surface in the manner of a lid which only has openings at the upper ends of the domes or Culverts is provided. In combination with a U-shaped This creates a quasi-closed metal body Hollow profile. In one embodiment, the edge areas are also of lid and metal body on or according to the invention conventional way, e.g. B. by means of subsequent extrusion molding, connected with each other.

Es sind weiterhin Verbundbauteile in Sandwichbauweise herstellbar derart, dass sie aus einer mittig bzw. im Kern angeordneten Kunststoffstruktur und zwei damit verbundenen, außen liegenden, vorzugsweise flach ausgebildeten Metallblechen bestehen. Die als Abstandshalter dienende Kunststoffstruktur weist zur Ausbildung der Fügestellen beispielsweise die vorstehend beschriebenen Dome auf, wobei vorzugsweise der eine Teil der Dome nach oben offen ist und eine Bodenfläche an der unteren Stirnseite besitzt und der andere Teil der Dome im genau entgegengesetzten Sinne ausgebildet ist, d. h. nach unten offen steht und mit oben liegender Bodenfläche versehen ist. Die Metallbleche können sukzessive mittels eines Fügewerkzeugs mit der Kunststoffstruktur verbunden werden. Alternativ kann auch ein Werkzeug zum Einsatz kommen, das über mehrere Fügewerkzeuge auf jeweils gegenüberliegenden Werkzeugseiten verfügt, mit dem die Sandwichstruktur form- und kraftschlüssig in einem Arbeitsgang erhalten wird, wobei auf der Gegenseite jeweils Stempel einfahren und anliegen. Composite components can also be manufactured in sandwich construction such that they are arranged in the middle or in the core Plastic structure and two connected, external, preferably flat metal sheets exist. As Spacer serving plastic structure indicates training the joints, for example, the domes described above on, preferably one part of the domes open at the top is and has a bottom surface on the lower end face and the other part of the dome in exactly the opposite sense is trained, d. H. is open at the bottom and with the top Floor area is provided. The metal sheets can be successively connected to the plastic structure by means of a joining tool become. Alternatively, a tool can also be used that over several joining tools on opposite ones Tool sides, with which the sandwich structure shape and is obtained non-positively in one operation, whereby on the Retract and press the stamp on the opposite side.

In weiteren Ausführungsformen kann bei den vorgenannten Dome enthaltenden Verbundbauteilen bei deren Herstellung auf die Verwendung von gegenseitig anliegenden Stempeln bzw. auf entsprechende Öffnungen auf jeweils einer Seite des Doms verzichtet werden. In diesen Fällen empfiehlt es sich, die Dicke der Kunststoffstruktur an der Fügestelle nicht zu dünn zu bemessen. In further embodiments, the aforementioned domes containing composite components in their manufacture on the Use of mutually adjacent stamps or on corresponding openings on each side of the cathedral are dispensed with become. In these cases it is advisable to change the thickness of the The plastic structure at the joint should not be too thin.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. The invention is described in more detail below with the aid of the drawing explained.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1.1, 1.2 und 1.3 einen Metall-Grundkörper (1), eine Kunststoffstruktur (2) und ein Fügewerkzeug (3) im Bereich der Verbindungsstelle vor, während und nach dem Fügen, wobei der Fügewerkzeugradius kleiner als die Dicke des Verbundes aus Metallbauteil und Kunststoffstruktur and der Fügestelle ist, Fig. 1.1, 1.2 and 1.3 a metallic base body (1), a plastic structure (2) and a joining tool (3) in the region of the junction before, during and after the joining, the joining tool radius smaller the thickness of the composite of metal component, and as Plastic structure at the joint,

Fig. 2.1, 2.2 und 2.3 einen Metall-Grundkörper (1), die Kunststoffstruktur (2) und ein Fügewerkzeug (3) im Bereich der Verbindungsstelle vor, während und nach dem Fügen mit form- und kraftschlüssiger Verbindung von Metallbauteil und Kunststoffstruktur, wobei der Fügewerkzeugradius größer als die Dicke des Verbundes aus Metallbauteil und Kunststoffstruktur and der Fügestelle ist, Fig. 2.1, 2.2 and 2.3 a metallic base body (1), the plastic structure (2) and a joining tool (3) in the region of the junction before, during and, after joining with positive and non-positive connection of metal member and plastic structure whereby the Joining tool radius is greater than the thickness of the composite of metal component and plastic structure at the joint,

Fig. 3 Verbundstruktur nach Fig. 2.3, bei der überstehende Metallrandkragen mit einem Stempelwerkzeug (4) in Richtung auf die Unterseite der Kunststoffstruktur gedrückt worden ist, Fig. 3 composite structure of Fig. 2.3, has been pushed at the projecting edge of the metal collar with a punch tool (4) towards the bottom of the plastic structure,

Fig. 4.1 und 4.2 einen Metall-Grundkörper (1) und die Kunststoffstruktur (2) im Bereich der Verbindungsstelle nach dem Fügen mit form- und kraftschlüssiger Verbindung, wobei der Fügewerkzeugradius im Bereich der Dicke des Verbundes aus Metallbauteil und Kunststoffstruktur an der Fügestelle liegt und wobei der Metallrandkragen mit einem Stempelwerkzeug (4) in Richtung auf die Unterseite der Kunststoffstruktur gedrückt wird, Fig. 4.1 and 4.2 a metallic base body (1) and the plastic structure (2) in the area of the joint after joining with positive and non-positive connection, whereby the joining tool radius in the range of the thickness is the composite of metal component and the plastics structure at the joint and wherein the metal edge collar is pressed with a stamping tool ( 4 ) towards the underside of the plastic structure,

Fig. 5 ein Verbundbauteil aus einem Metallrundkörper (1) und einer Kunststoffstruktur (2) mit zwei Fügestellen nach dem Fügevorgang, wobei die Fügewerkzeuge (3) in nicht paralleler Ausrichtung geführt worden sind, Fig. 5 is a composite component made of a metal round body (1) and a plastics structure (2) with two joining points after the joining operation, the joining tools have been performed (3) in non-parallel alignment,

Fig. 6 ein Metallbauteil (1) mit einem U-förmigen Profil, das durch die Verbindung mit einer Kunststoffstruktur (2) in Form einer Bodenplatte zu einem Verbundbauteil mit geschlossenem Querschnittsprofil wird. Zur weiteren Stabilisierung weist die Kunststoffplatte Rippen (5) auf. Der Fügevorgang wird sowohl in den überlappenden Randbereichen (6), der Bodenfläche im Bereich der Domauflagen (7) und bei den Seitenwänden (8) vorgenommen. Fig. 6 is a metal component ( 1 ) with a U-shaped profile, which is connected to a plastic structure ( 2 ) in the form of a base plate to a composite component with a closed cross-sectional profile. The plastic plate has ribs ( 5 ) for further stabilization. The joining process is carried out both in the overlapping edge areas ( 6 ), the floor area in the area of the dome supports ( 7 ) and the side walls ( 8 ).

Aus der Darstellung gemäß Fig. 1.1 geht ein Metallbauteil (1) und eine Kunststoffstruktur (2) im Bereich der Verbindungsstelle vor dem Fügevorgang hervor. Das Fügewerkzeug (3) ist als Teil des Gesamtwerkzeugs vor der eigentlichen Fügeoperation wiedergegeben. Aus der Darstellung gemäß Fig. 1.1 bis 1.3 gehen ferner die wandungsdicke der Kunststoffstruktur zwischen Oberseite und Unterseite an der Fügestelle wie auch der maximale Radius des Bereichs des Fügewerkzeugs, der in die Verbundstruktur eindringt, näher hervor. Die Verbundstruktur liegt auf zwei Trägern (9) auf und ist durch zwei Auflagen (10) arretiert. From the view in Fig. 1.1 a metal member (1) and a plastics structure (2) in the region of the joint is apparent prior to the joining operation. The joining tool ( 3 ) is reproduced as part of the overall tool before the actual joining operation. Apparent from the illustration according to FIG. 1.1 to 1.3 Furthermore, the wall thickness of the plastic structure between top and bottom at the joint as well as the maximum radius of the region of the joining tool, which penetrates into the composite structure more apparent. The composite structure rests on two supports ( 9 ) and is locked by two supports ( 10 ).

Fig. 2.1 bis 2.3 zeigen einen Metall-Grundkörper und die Kunststoffstruktur im Bereich der Verbindungsstelle nach dem Fügen in form- und kraftschlüssiger Verbindung. Das Fügewerkzeug hat in diesem Fall die Kunststoffstruktur vollständig durchdrungen. Ein Metallrandkragen ragt über die Unterseite der Kunststoffstruktur hinaus. Des weiteren zeigt die die Kunststoffstruktur tragende Unterlage im Bereich der Fügestelle eine Auslassung (11) zwischen den Trägern (9), in die die Fügewerkzeugspitze vordringen kann. Fig. 2.1 to 2.3 show a metal basic body and the plastic structure in the area of the joint after joining in positive and non-positive connection. In this case, the joining tool has completely penetrated the plastic structure. A metal collar protrudes beyond the bottom of the plastic structure. Furthermore, the base bearing the plastic structure shows in the area of the joint an outlet ( 11 ) between the supports ( 9 ) into which the joining tool tip can penetrate.

Fig. 3 zeigt ein Verbundbauteil nach Fig. 2.3, bei dem mit Hilfe eines Stempelwerkzeugs (4) ein Hinterschnitt erzeugt worden ist. Dadurch, dass der Metallrand über die Unterseite der Kunststoffstruktur hinausragt, kann der überstehende Rand manuell oder automatisiert nach außen umgebogen werden. Durch die verformte Kontur verspannt bzw. verkrallt sich der Metallrand in der Kunststoffwandung, wodurch eine besonders dauerhafte, form- und kraftschlüssige Verbindung entsteht. FIG. 3 shows a composite component according to FIG. 2.3, in which an undercut has been produced with the aid of a stamping tool ( 4 ). Because the metal edge protrudes beyond the underside of the plastic structure, the protruding edge can be bent outwards manually or automatically. The deformed contour tensions or claws the metal edge in the plastic wall, creating a particularly permanent, positive and non-positive connection.

Fig. 4.1 und 4.2 zeigen ein Verbundbauteil, bei der der gebildete Metallrandkragen in etwa der Dicke des Verbundbauteils an der Fügestelle entspricht. Mit Hilfe eines dornartigen Stempelwerkzeugs (4) ist der an der Kunststoffstruktur anliegende Metallrand von der Seite der Kunststoffstrukturunterseite geweitet worden. Ein ähnliches Ergebnis lässt sich auch dadurch erzielen, dass man mit dem eigentlichen Fügewerkzeug (3) bei Erreichen der maximalen Durchdringtiefe vor dem Herausziehen eine Kreiselbewegung ausführt, wobei die Längsachse des Fügewerkzeugs in etwa die Form eines Doppelkegels beschreibt. Fig. 4.1 and 4.2 show a composite component, wherein the metal rim flange formed corresponds approximately to the thickness of the composite member at the joint. With the aid of a mandrel-like stamping tool ( 4 ), the metal edge lying against the plastic structure has been widened from the side of the plastic structure underside. A similar result can also be achieved by using the actual joining tool ( 3 ) to perform a gyroscopic movement before reaching the maximum penetration depth, the longitudinal axis of the joining tool roughly describing the shape of a double cone.

Fig. 5 zeigt ein Verbundbauteil mit zwei benachbarten Fügestellen, wobei die jeweiligen Fügewerkzeuge nicht senkrecht zur jeweiligen Fügefläche ausgerichtet worden sind und die Fügerichtungen nicht parallel verlaufen. Auf diese Weise erhält man einen besonders form- und kraftschlüssigen Verbund. Fig. 5 shows a composite component having two adjacent joints, wherein the respective joining tools are not aligned perpendicular to the respective joint face and extend the joining directions are not parallel. In this way, a particularly positive and non-positive connection is obtained.

Fig. 6 zeigt eine U-förmige Metallstruktur (1), die zusammen mit einer eine Rippenstruktur (5) aufweisenden Kunststoffbodenplatte (2) ein Verbundbauteil bildet. An den Rippenkreuzungspunkten verfügt die Kunststoffstruktur über Dome (7), deren Bodenplatten innenseitig an dem Metallprofil anliegen. Fügestellen sind im Bereich der Dombodenplatten (7), der Randauflagen (6) sowie im Bereich der Metallseitenwände (8), die mit der Rippenstruktur in Kontakt stehen, vorgesehen. Man erhält eine besonders steife und belastbare Verbundstruktur. Fig. 6 shows a U-shaped metal structure (1) having together with a rib structure (5) plastic bottom plate (2) forming a composite component. At the rib crossing points, the plastic structure has domes ( 7 ), the base plates of which lie on the inside against the metal profile. Joints are provided in the area of the dome floor panels ( 7 ), the edge supports ( 6 ) and in the area of the metal side walls ( 8 ) which are in contact with the rib structure. A particularly rigid and resilient composite structure is obtained.

Die beschriebenen Verbundbauteile können vielfältig eingesetzt werden, beispielsweise als Bauteile oder Bauteilekomponenten im Automobil-, Flugzeug- oder Schiffbau oder bei der Herstellung von Möbeln, Haushalts- oder Elektrogeräten. Anwendungen im Automobilbau stellen z. B. Frontendmodule, Frontendträger, Sitzschalen, Sitzstrukturen, Instrumententafeln, Türfunktionsträger, Türfunktionsmodule, Heckklappen oder Seitentüren dar. The composite components described can be used in a variety of ways are, for example as parts or component parts in the Automobile, aircraft or shipbuilding or in the manufacture of Furniture, household or electrical appliances. Applications in Automotive construction z. B. front end modules, front end supports, seat shells, Seat structures, instrument panels, door function carriers, Door function modules, tailgates or side doors.

Die vorgestellten Verbundbauteile haben gegenüber den bekannten Hybridbauteilen den Vorteil, dass die Kunststoffstruktur hier weitgehend frei von Restriktionen gestaltet werden kann, da die Kunststoffstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einem separaten Produktionsschritt gefertigt werden kann. In der Folge kann die erfindungsgemäße Kunststoffstruktur belastungsgerechter gestaltet werden als solche aus dem Stand der Technik. Dieser Vorteil drückt sich im erhaltenen Verbundbauteil durch höhere Steifigkeit bzw. Festigkeit bei vergleichbarem Bauteilgewicht aus. Ohne größeren Aufwand können, gegebenenfalls auch manuell oder halbautomatisch, Fügestellen auch an schlecht zugänglichen Bauteilpositionen geschaffen werden. Liegen mehrere Fügestellen in einem Bauteil vor, können die Fügeflächen beliebig zueinander angeordnet sein, ohne dass dadurch die Herstellung des Verbundbauteils erschwert würde oder eine Serienproduktion nicht mehr in Frage käme. The composite components presented have compared to the known Hybrid components have the advantage that the plastic structure here can be designed largely free of restrictions, since the Plastic structure according to the present invention in one separate production step can be manufactured. Subsequently the plastic structure according to the invention can be more load-bearing are designed as such from the prior art. This Advantage is expressed in the composite component obtained by higher Rigidity or strength with a comparable component weight out. Can be done without much effort, if necessary also manually or semi-automatic, joints also in poorly accessible Component positions are created. There are several joints in a component in front, the joining surfaces can be any to each other be arranged without thereby producing the Composite component would be difficult or series production no longer in Question would come.

Von Vorteil ist weiterhin, dass sich, da keine zusätzlichen Verarbeitungsschritte, z. B. Klebeschritte, anfallen, kurze Zykluszeiten bei der Serienherstellung verwirklichen lassen. Des Weiteren sind keine zusätzlichen Bauteile oder Komponenten für das Fügen von Kunststoffstruktur und Metallbauteil erforderlich. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt unempfindlicher gegenüber Abweichungen bei der Positionierung von Stanzrand und Kunststoffstruktur. Darüber hinaus können beliebige Kunststoffstrukturen, unabhängig vom Herstellprozess, verwendet werden, wobei auch faserverstärkte Kunststoffe gleichwertig geeignet sind. Another advantage is that there are no additional Processing steps, e.g. B. gluing steps, short Have cycle times achieved in series production. Of There are no additional parts or components for that Joining of plastic structure and metal component required. In addition, the method according to the invention is overall less sensitive to deviations in the positioning of Stamped edge and plastic structure. In addition, any Plastic structures, regardless of the manufacturing process used be, with fiber-reinforced plastics equivalent are suitable.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles aus mindestens einem Metallbauteil und mindestens einer Kunststoffstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass man das Metallbauteil und die Kunststoffstruktur an der zu fügenden Stelle formschlüssig an- oder aufeinander legt, gegebenenfalls arretiert, mindestens ein verformungsfestes Fügewerkzeug an der bzw. den Fügestellen durch das Metallbauteil und durch oder zumindest in die Kunststoffstruktur treibt und dieses durch eine gegenläufige Bewegung wieder aus der gebildeten Vertiefung bzw. Öffnung in dem Verbundbauteil entfernt. 1. A method for producing a composite component from at least one metal component and at least one plastic structure, characterized in that the metal component and the plastic structure are positively placed on or against one another at the point to be joined, optionally locked, and at least one deformation-resistant joining tool is attached to the or the Joining points through the metal component and through or at least into the plastic structure and this is removed by an opposite movement again from the recess or opening formed in the composite component. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das oder die Fügewerkzeuge im wesentlichen senkrecht zur Fläche an der bzw. den Fügestellen geführt werden. 2. The method according to claim 1, wherein the one or more joining tools essentially perpendicular to the surface of the Joints are performed. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens zwei nicht parallel zueinander ausgerichtete Fügewerkzeuge durch das Metallbauteil und durch oder zumindest in die Kunststoffstruktur treibt. 3. The method according to claim 1, characterized in that one at least two not aligned parallel to each other Joining tools through the metal component and through or at least in the plastic structure drives. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffstruktur beim Fügevorgang zumindest im Bereich der Fügestelle eine höhere Temperatur als Raumtemperatur aufweist. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized characterized in that the plastic structure at least during the joining process a higher temperature in the area of the joint than Has room temperature. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug beim Eindringen in oder Durchdringen von Metallbauteil und/oder Kunststoffstruktur zumindest zeitweise um die eigene Achse gedreht wird. 5. The method according to claims 1 to 4, characterized characterized that the joining tool when entering or Penetration of metal component and / or plastic structure at least is temporarily rotated around its own axis. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug nach Erreichen der maximalen Eindring- oder Durchdringtiefe beim Ausführen aus der Vertiefung oder Öffnung zumindest zeitweise um die eigene Achse gedreht wird. 6. The method according to claims 1 to 5, characterized characterized that the joining tool after reaching the maximum Penetration or penetration depth when running out of the recess or opening at least temporarily rotated around its own axis becomes. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug bei Erreichen der maximalen Eindring- oder Durchdringtiefe oder bei Aufnahme oder während der gegenläufigen Bewegung eine Pendel-, Taumel- oder Kreiselbewegung durchführt. 7. The method according to claims 1 to 6, characterized characterized that the joining tool when reaching the maximum Depth of penetration or penetration or when ingested or during the opposite movement a pendulum, wobble or Performs gyro motion. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser desjenigen Bereichs des Fügewerkzeugs, der in die Verbundsturktur eindringt oder der sich auf der Höhe der Oberfläche des Metallbauteils bei Erreichen der maximalen Eindring- bzw. Durchdringtiefe befindet, mindestens doppelt so groß ist wie die Dicke des Verbundbauteils an der Fügestelle. 8. The method according to claims 1 to 7, characterized characterized in that the maximum diameter of that area of the Joining tool that penetrates into the composite structure or that at the level of the surface of the metal component Reaching the maximum depth of penetration or penetration is at least twice the thickness of the Composite component at the joint. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man nach Entfernen des Fügewerkzeugs aus der Öffnung von der Seite der Kunststoffstruktur mit einem Stempel-, Hammer- oder Fügewerkzeug einen Hinterschnitt erzeugt oder diesen verstärkt. 9. The method according to claim 8, characterized in that one after removing the joining tool from the opening of the Side of the plastic structure with a stamp, hammer or joining tool creates an undercut or this strengthened. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug einen sich zum Durchstoßende hin verjüngenden Dorn darstellt. 10. The method according to claims 1 to 9, characterized characterized that the joining tool one towards the piercing end represents rejuvenating thorn. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornlängsschnitt eine asymmetrische Form aufweist. 11. The method according to claim 10, characterized in that the Longitudinal section has an asymmetrical shape. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug in seinem Eindring- oder Durchstoßbereich ein Gewinde aufweist. 12. The method according to claims 1 to 11, characterized characterized in that the joining tool in its penetration or Piercing area has a thread. 13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug im seinem Eindring- oder Durchstoßbereich der Form einer selbstschneidenden oder gewindeformenden Schraube entspricht. 13. The method according to claims 1 to 12, characterized characterized in that the joining tool in its penetration or Piercing area of the shape of a self-tapping or corresponds to the thread-forming screw. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug in seinem Eindring- oder Durchstoßbereich der Form eines Schlitz- oder Kreuzschlitzschraubendrehers entspricht. 14. The method according to claims 1 to 9, characterized characterized in that the joining tool in its penetration or Piercing area in the form of a slot or Phillips screwdriver. 15. Verbundbauteile, erhältlich nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 14. 15. Composite components, obtainable by a process according to Claims 1 to 14. 16. Verwendung der Verbundbauteile nach Anspruch 15 als Bauteile oder Bauteilekomponenten im Automobil-, Flugzeug- oder Schiffbau oder bei der Herstellung von Möbeln, Haushalts- oder Elektrogeräten. 16. Use of the composite components according to claim 15 as components or component components in automotive, aircraft or Shipbuilding or in the manufacture of furniture, household or electrical appliances.
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