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DE102008031121A1 - Schweißnietverbindung - Google Patents

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DE102008031121A1
DE102008031121A1 DE102008031121A DE102008031121A DE102008031121A1 DE 102008031121 A1 DE102008031121 A1 DE 102008031121A1 DE 102008031121 A DE102008031121 A DE 102008031121A DE 102008031121 A DE102008031121 A DE 102008031121A DE 102008031121 A1 DE102008031121 A1 DE 102008031121A1
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DE
Germany
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rivet
shaft
weld
welded
face
Prior art date
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Withdrawn
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DE102008031121A
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English (en)
Inventor
Jürgen Dipl.-Ing. Baßler (FH)
Tycho Dipl.-Ing. Eulenstein
Rudolf Dipl.-Ing. Reinhardt (Fh)
Heiko Dipl.-Ing. Steinmetz
Alexander Dipl.-Ing. Theierl (FH)
Bernhard Dipl.-Ing. Ziegler (Fh)
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Priority to JP2011507795A priority patent/JP2011519727A/ja
Priority to PCT/EP2009/000595 priority patent/WO2009135553A1/de
Priority to US12/991,008 priority patent/US20110097142A1/en
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweißnietverbindung (2) eines oder mehrerer Bauteile (6) mit einem Grundbauteil (7), wobei das oder die Bauteile eine Bohrung (8) aufweisen, durch welche ein, einen Kopf (3) aufweisender Schweißniet (1) mit seinem Schaft (4) hindurchragt, wobei der Schaft mit einer Stirnfläche (9) mit der Oberfläche des Grundbauteils (4) verschweißt und plastisch verformt ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Schweißniet (1) einen im Vergleich zum Kopfdurchmesser kürzeren Schaft (4) aufweist und in einem Übergangsbereich zwischen Kopf (3) und Schaft (4) eine ringförmig umlaufende Ausnehmung (5) vorgesehen ist, die zur Aufnahme von beim Nieten verdrängtem Material und/oder zum Toleranzausgleich ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweißnietverbindung eines oder mehrerer Bauteile mit einem Grundbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem Schweißnietverbindungen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 3, 5, 7, 12 und 13.
  • Bei einer so genannten Schweißnietverbindung wird in einem Arbeitsgang eine Verbindung zweier oder mehrerer Bauteile miteinander vorgenommen unter Darstellung einer Schweißverbindung sowie einer plastischen Verformung während eines Nietvorganges. Mit einer Schweißnietverbindung ist es insbesondere möglich, eines oder mehrere Bauteile stirnseitig an einem Grundbauteil zu befestigen, ohne eine auch das Grundbauteil durchdringende Bohrung vorsehen zu müssen.
  • Zur Herstellung der Schweißnietverbindung wird ein Schweißniet durch eine, an einem oder mehreren Bauteilen vorgesehene Bohrung gesteckt, bis er mit seiner in Einsteckrichtung vorne gelegenen Stirnseite am Grundbauteil anliegt. Hiernach wird der Schweißniet mit seiner Stirnfläche an der Oberfläche des Grundbauteiles angeschweißt, was üblicherweise durch ein Widerstandschweißverfahren erfolgt. Im nächsten und letzten Verfahrensschritt wird der Schweißniet plastisch verformt, indem ein zweiter elektrischer Impuls aufgebracht wird, welcher in einem kurzen zeitlichen Abstand auf den ersten Schweißimpuls folgt. Durch diesen Schweißimpuls wird der Schweißniet erwärmt und erweicht und durch eine in Längsrichtung des Schweißnietes ausgeübte Kraft plastisch verformt. Die plastische Verformung führt dabei zu einem Stauchen eines Schaftes des Schweißnietes, wodurch sich dieser in der Bohrung der zu befestigenden Bauteile verklemmt. Nach Abschluss des Verfahrens schrumpft der Schweißniet aufgrund der vorausgegangen thermischen Erwärmung, wodurch es zu einer zusätzlichen Verspannung der Schweißnietverbindung kommt, welche eine hohe Festigkeit zur Folge hat.
  • Aus der DE 10 2005 006 253 B4 ist eine gattungsgemäße Schweißnietverbindung bekannt, welche in einem Arbeitsschritt hergestellt wird, so dass ein Schweißen und eine plastische Verformung des Schweißnietes unmittelbar aufeinander folgen. Durch das Vorsehen eines Kopfes an dem Schweißniet ist insbesondere auch eine Verbindung zwischen nichtmetallischen Bauteilen und dem metallischen Grundbauteil möglich.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Schweißnietverbindung der gattungsgemäßen Art eine alternative aber gleichwertige Ausführungsform anzugeben.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem ersten Schweißniet einer Schweißnietverbindung in einem Übergangsbereich zwischen Kopf und Schaft eine ringförmig umlaufende Ausnehmung vorzusehen, die zur Aufnahme von beim Nieten verdrängtem Material und/oder zum Toleranzausgleich ausgebildet ist. Der Schweißniet ist dabei Teil einer erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung eines oder mehrerer Bauteile mit einem Grundbauteil, wobei das oder die Bauteile eine Bohrung aufweisen, durch welche der einen Kopf aufweisende Schweißniet mit seinem Schaft hindurchragt. Dabei weist der Schweißniet einen im Vergleich zum Kopfdurchmesser kürzeren Schaft auf und ist deshalb insbesondere zur Verbindung von dünnen Bauteilen, beispielsweise Blechen besonders geeignet. Mit seiner Stirnfläche liegt der Schaft des Schweißnietes an einer Oberfläche des Grundbauteils an und wird in einem ersten Arbeitsschritt in diesem Bereich mit dem Grundbauteil verschweißt. Anschließend wird der Schweißniet durch einen zweiten elektrischen Impuls erwärmt und erweicht und mittels einer hohen Druckkraft gestaucht, wobei durch eine axiale Länge der Ausnehmung im Verhältnis zur Gesamtlänge des Schweißniets die axiale Vorspannung des Schweißniets direkt beeinflusst werden kann. Dabei ist beispielsweise eine direkt benachbart zu dem für die Verschweißung vorgesehenen Stirnbereich angeordnete Ausnehmung günstig für einen auf die Schweißung vorteilhaft wirkenden Anlasseffekt durch den anschließenden Nietvorgang, bei welchem der Schweißniet mittels eines zweiten elektrischen Impulses nochmals erwärmt wird. Durch die Tiefe der Ausnehmung kann darüber hinaus Einfluss auf die Erwärmungstemperatur des Schweißniets beim nochmaligen Erwärmen während des Nietvorganges genommen werden, welche ihrerseits wiederum Einfluss auf die Verformbarkeit des Schweißniets in dem derart erwärmten Bereich hat.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist das Grundbauteil eine zumindest den Stirnbereich und Teile des Schaftes des Schweißniets aufnehmende Vertiefung auf. Hierdurch kann eine Schweißnietverbindung mit einer besonders hohen Vorspannkraft erreicht werden, da die zur Verfügung stehende Schrumpflänge des Schweißniets um den in die Vertiefung hineinragenden Bereich verlängert werden kann.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Stirnfläche des Schaftes des Schweißniets kegelförmig ausgebildet. Mit zunehmendem Durchmesser des Schweißnietes wird es schwieriger, einen Vollquerschnitt flächig zu verschweißen, was insbesondere an der inhomogenen Strom- und Kraftverteilung über den Querschnitt des Schweißnietes liegt. Durch die kegelförmig ausgebildete Stirnfläche des Schaftes des Schweißniets kann ein prozesssicher schweißbarer Ringbuckel erzeugt werden, welcher zwar während der Schweißung verloren geht, jedoch eine äußerst genau reproduzierbare Schweißqualität ermöglicht. Dabei ist insbesondere denkbar, dass bei einem Vorliegen von unterschiedlichen Werkstoffen des Grundbauteils und der damit zu verbindenden Bauteile sowie bei einem Vorliegen eines größeren Durchmessers des Schweißniets der eigentliche Schweißvorgang und der anschließende Nietvorgang voneinander getrennt, das heißt insbesondere in unterschiedlichen Arbeitsschritten und ggf. an unterschiedlichen Maschinen durchgeführt werden. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, den Schweißniet mittels einer Kondensatorentladungsschweißung zu verschweißen und in einer weiteren Station in einer konventionellen Widerstandschweißmaschine warm zu nieten.
  • Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Schweißniet als Hohlniet ausgebildet und weist entweder eine zur Stirnfläche des Schaftes hin oder zum Kopf hin offene Sacköffnung auf. Hierdurch kann ein besonders leichter Schweißniet mit einer geringen Wärmemenge sowie einer reduzierten erforderlichen Nietkraft erzeugt werden, wobei bei einer ringförmig ausgebildeten Stirnfläche des Schaftes durch die Sacköffnung ein Aufnahmeraum für Schweißspritzer gegeben ist, so dass diese nicht durch ein unkontrolliertes Umherspritzen die Qualität der herzustellenden Schweißnietverbindung gefährden.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch
  • 1 einen erfindungsgemäßen Schweißniet in einer Ansicht und einer Schnittdarstellung,
  • 2a die einzelnen Komponenten einer erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung,
  • 2b eine Schweißnietverbindung nach dem Schweißen,
  • 2c eine fertig gestellte Schweißnietverbindung,
  • 3a eine Darstellung wie in 2a, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
  • 3d eine fertig gestellte Schweißnietverbindung mit den Komponenten nach 3a,
  • 4a, b eine Explosionsdarstellung bzw. eine fertig gestellte Schweißnietverbindung mit einem, einen Senkkopf aufweisenden Schweißniet,
  • 5a, b eine Darstellung wie in den 4a und b, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
  • 6a bis 9a jeweils eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung,
  • 6b bis 9b jeweils eine endgefertigte Schweißnietverbindung,
  • 10 ein Schweißniet mit einem angeformten Gewindebolzen,
  • 11a u. 12a eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung mit einem Schweißniet zunächst ohne Kopf,
  • 11b u. 12b eine mit den Komponenten der zugehörigen 11a und 12a hergestellten Schweißnietverbindung nach dem Schweißen,
  • 11c u. 12c eine jeweils fertig gestellte Schweißnietverbindung mit angestauchtem Kopf,
  • 13a bis c unterschiedlich ausgeformte Stirnflächen des Schweißniets,
  • 14a bis d jeweils einen Schweißniet mit einem polygonalen Schaft oder polygonalen Kopf sowie
  • 15a bis c eine erfindungsgemäße Schweißnietverbindung eines Turbinenrades mit einer Welle.
  • Entsprechend 1 weist ein Schweißniet 1 einer beispielsweise gemäß den 2b und c dargestellten Schweißnietverbindung 2 einen Kopf 3 sowie einen Schaft 4 auf. Der Schweißniet 1 weist dabei im Bereich seines Schaftes 4 eine ringförmig umlaufende Ausnehmung 5 auf, welche sich bei dem Schweißniet 1 gemäß den 1 und 2 zusätzlich im Kopf 3 zur Aufnahme von beim Nieten verdrängtem Material und/oder zum Toleranzausgleich fortsetzt. Generell wird dabei über die erfindungsgemäße Schweißnietverbindung 2 ein oder mehrere Bauteile 6 mit einem Grundbauteil 7 (vgl. 2a) verbunden, wobei das oder die Bauteile 6 eine Bohrung 8 aufweisen, durch welche der Schweißniet 1 mit seinem Schaft 4 hindurchragt. Die in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform ist dabei insbesondere zur Verbindung dünner Bauteile 6 ausgebildet.
  • Der eigentliche Schweißnietvorgang läuft dabei wie folgt ab:
    Zunächst wird der Schweißniet 1 mit seinem Schaft 4 durch die Bohrung 8 des zumindest einen am Grundbauteil 7 zu befestigenden Bauteils 6 gesteckt, bis er mit einer Stirnfläche 9 am Grundbauteil 7 anliegt. Anschließend erfolgt ein Stromimpuls, welcher zu einem Erhitzen der Stirnfläche 9 des Schweißnietes 1 führt und diese schweißtechnisch mit dem Grundbauteil 7 verbindet, wie dies beispielsweise in 2b dargestellt ist. Nach dem Herstellen dieser Schweißverbindung zwischen dem Schaft 4 und dem Grundbauteil 7 erfolgt ein weiterer Stromimpuls, welcher den Schaft 4 des Schweißnietes 1 erwärmt und dadurch erweicht, so dass durch eine Ausübung einer Druckkraft auf den Schweißniet 1 dieser fest mit seinem Kopf 3 in Anlage am zu befestigenden Bauteil 6 gebracht werden kann. Beim anschließenden Abkühlen des Schweißnietes 1 zieht sich dieser aufgrund der vorausgegangenen thermischen Dehnung zusammen, so dass eine äußerst feste und stabile Schweißnietverbindung 2 entsteht, mit Hilfe welcher insbesondere Bauteile 6 mit sehr geringer Dicke am Grundbauteil 7 befestigt werden können. Des Weiteren ist es bei einer derartigen Schweißnietverbindung 2 auch möglich, ein nicht metallisches Bauteil 6 über eine Schweißnietverbindung 2 am Grundbauteil 7 festzulegen. Von besonderem Vorteil bei sämtlichen dargestellten Schweißnietverbindungen 2 ist dabei, dass die Schweißnietverbindung 2 von lediglich einer Seite ausgeführt bzw. hergestellt werden kann, so dass ein Durchbohren des Grundbauteils 7 zum beispielsweise Anbringen einer Schrauben bzw. eines Bolzens, nicht erforderlich ist. Generell kann dabei die Schweißverbindung mittels Reib- oder Widerstandsschweißen erfolgen.
  • Durch die erfindungsgemäße Schweißnietverbindung 2 ist es insbesondere auch möglichst, Bauteile 6 aus unterschiedlichsten Materialien zu verbinden, beispielsweise aus Kunststoff, Faserverstärktem Kunststoff, Magnesium, Nickel, Chrom-Nickel, Kupfer, etc. Selbstverständlich ist dabei das Material, aus dem der Schweißniet 1 besteht, an die auftretenden thermischen und/oder mechanischen Belastungen angepasst. Der eigentliche Schweißvorgang kann darüber hinaus mit herkömmlichen Schweißzangen durchgeführt werden, so dass auf bereits vorhandene Produktionsmittel zurückgegriffen werden kann.
  • Gemäß den 3a und 3b weist das Grundbauteil 7 eine zumindest den Stirnbereich 9 und Teile des Schaftes 4 des Schweißniets 1 aufnehmende Vertiefung 10 auf. Diese kann beispielsweise ebenso wie der Schaft 4 des Schweißniets 1 zylindrisch oder zumindest bereichsweise konisch ausgebildet sein, wie dies in 3a dargestellt ist. Mit einer Ausführungsform der Schweißnietverbindung 2 nach 3a und 3b lässt sich eine besonders hohe Vorspannkraft erzielen, da der Schaft 4 des Schweißniets 1 länger ausgeführt werden kann, und dadurch das thermische Schrumpfen beim Abkühlen des Schweißnietes 1 eine größere Verformung bewirkt.
  • Gemäß den 4a und 4b ist ein Schweißniet 1 mit einem zylindrischen Schaft sowie einem kegelstumpfförmigen Kopf 3 gezeigt, welcher bei vollständig hergestellter Schweißnietverbindung 2, wie dies hier beispielsweise in 4b dargestellt ist, vorzugsweise versenkt angeordnet ist und dadurch bündig mit einer Oberfläche des Bauteils 6 abschließt. Die Bohrung 8 der gemäß den 4a und 4b dargestellten Schweißnietverbindung 2 ist dabei konisch ausgebildet und weist an ihrem, dem Grundbauteil 7 zugewandten Ende einen Aufnahmeraum, beispielsweise eine Wulstkammer 16 auf, in welchem beim Schweißen angefallenes Schweißmaterial aufgenommen werden kann, ohne in den Zwischenraum zwischen Bauteil 6 und Grundbauteil 7 zu gelangen und dadurch eine qualitativ hochwertige Schweißnietverbindung 2 zu verhindern. Beim anschließenden Nieten, zu welchem der Schweißniet 1 impulsartig mit Strom beaufschlagt und dadurch erweicht wird, wird dieser in die konische Bohrung 8 gedrückt und legt sich vorzugsweise an deren Innenwandung an. Beim Abkühlen der Schweißnietverbindung 2 wird so ebenfalls eine äußerst feste Verbindung erreicht.
  • Da es nicht immer möglich ist, eine konische Ausgestaltung der Bohrung 8 zur Verfügung zu stellen, kann eine Zentrierung des Schweißniets 1, wie in den 5a und 5b dargestellt, auch über so genannte Zentrierabschnitte 11 und 11' erfolgen, welche axial benachbart zur Ausnehmung 5 angeordnet sein können. Beim Nieten des Schweißniets 1 gemäß der 5b wird dieser insbesondere im Bereich der Ausnehmung 5 stark erwärmt, so dass bei der Nietverformung dieser Bereich besonders stark verformt wird. Prinzipiell ist dabei vorgesehen, dass der Durchmesser des Schaftes 4 im Bereich der Ausnehmung 5 den Nenndurchmesser des Schweißnietes 1 definiert. Durch die axiale Länge der Ausnehmung 5 im Verhältnis zur Gesamtlänge kann die axiale Vorspannung des Schweißniets 1 beeinflusst werden. Darüber hinaus ist es möglich, durch die Lage der Ausnehmung 5, zum Beispiel nahe an der Schweißung, einen vorteilhaften Anlasseffekt der Schweißung durch den anschließenden Nietvorgang zu bewirken. Selbstverständlich muss dabei die Auslegung des Volumens unter Berücksichtigung des erforderlichen Toleranzausgleiches erfolgen.
  • Insbesondere beim Herstellen von Schweißnietverbindungen 2 mit einem Schweißniet 1 mit einem großen Schaftdurchmesser kann es Probleme breiten, einen Vollquerschnitt der Stirnfläche 9 flächig zu verschweißen, was insbesondere an der inhomogenen Strom- und Kraftverteilung über dem Querschnitt liegt. Aus diesem Grund ist es vorgesehen, die Stirnfläche 9 des Schweißniets 1 beispielsweise kegelförmig auszubilden oder aber den Schweißniet 1 selbst als Hohlniet auszubilden, wobei dieser dann ein zur Stirnfläche 9 des Schaftes 4 offenes Ende aufweist. Dieses Ende kann in Form einer Sacköffnung ausgebildet sein. Ein derartiger Hohlniet ist beispielsweise gemäß den 6 bis 8 dargestellt. Insbesondere gemäß den 6b bis 8b ist dabei erkennbar, dass die eigentliche Schweißverbindung zwischen der Stirnfläche 9 des Schaftes 4, welche hier als Ringfläche ausgebildet ist und dem Grundbauteil 7 deutlich kleiner ist. Die Ausnehmung 5 kann dabei bei allen Varianten beispielsweise durch ein spanabhebendes Verfahren, insbesondere durch Drehen, oder durch eine mechanische Einschnürung hergestellt werden. Beispiele für ein spanabhebendes Verfahren sind unter anderem in den 5a und 6a gezeigt, während eingeschnürte Ausnehmungen 5 beispielsweise in den 7a und 8a dargestellt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Schaft 4 des Schweißniets 1 als Rohrkörper ausgebildet ist, an welchem endseitig der Kopf 3 angeordnet wird. Je nach Ausbildung der Ausnehmung 5 sieht der verformte Schweißniet 1 nach Fertigstellen der Schweißnietverbindung 2 unterschiedlich aus, wie dies beispielsweise in den 6b bis 8b dargestellt ist. Weiterhin kann die Ausnehmung 5 durch ein Fließpressverfahren hergestellt werden.
  • Bei einem Schweißniet gemäß der 9a, 9b ist ebenfalls ein offenes Ende in Form einer Sacköffnung vorgesehen, wobei diese jedoch zum Kopf 3 hin geöffnet ist.
  • Gemäß der 10 ist eine Ansicht, ein Querschnitt sowie eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Schweißniets 1 dargestellt, der auf seiner dem Schaft 4 abgewandten Seite des Kopfes 3 einen Gewindebolzen 12 trägt, so dass an diesem weitere Bauteile befestigt werden können.
  • Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass der Schweißniet 1 in seinem ursprünglichen Zustand keinen Kopf 3 aufweist, wie dies beispielsweise in den 11a und 12a dargestellt ist, wobei dann ein die Schweißnietverbindung 2 stabilisierender Kopf 3 während des Nietvorgangs hergestellt wird. Ein derartig hergestellter Kopf 3 ist beispielsweise in der 11c dargestellt. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der gesamte Schaft 4 des ursprünglich kopflosen Schweißniets 1 derart verformt wird, dass daraus ein Kopf 3 geformt werden kann, wie dies beispielsweise in 12c dargestellt ist.
  • In den 13a, b und c sind unterschiedlich ausgebildete Stirnflächen 9 des Schaftes 4 des Schweißniets 1 dargestellt, wobei sich eine kegelförmig ausgebildete Stirnfläche 9 gemäß der 13a insbesondere für eine Widerstandsschweißung oder ein Bolzenschweißen anbietet, wobei bei einer gemäß der 13b ausgebildeten Stirnfläche 9 eine Fase 13 an der Stirnfläche 9 eine spätere Wulstkammer 16 bilden kann. Eine derartige Wulstkammer 16 kann beispielsweise auch durch eine Vertiefung 10' erreicht werden, wie diese beispielsweise in 13c dargestellt ist.
  • Gemäß den 14a bis d weist der Schweißniet 1 in seinem Schaftbereich beziehungsweise Kopfbereich eine polygonale Querschnittsform auf, durch welche er gleichzeitig eine Verdrehsicherung des Grundbauteils 7 gegen das Bauteil 6 bietet.
  • Gemäß den 15a bis c ist jeweils eine Schweißnietverbindung 2 eines oder mehrerer Bauteile 6 mit einem Grundbauteil 7 gezeigt, wobei im Bauteil 6 ebenfalls eine Bohrung 8 vorgesehen ist. Das Grundbauteil 7 ist bei dieser Ausführungsform als Axialfortsatz 14 einer Welle 15 ausgebildet, die in die Bohrung 8 eingreift. Dementsprechend kann das Bauteil 6 als Läufer bzw. als Turbinenrad ausgebildet sein. Eine derartige Befestigung kommt beispielsweise bei einem Turbinenrad aus Titanaluminium an einer Welle 15 aus Stahl oder aus Inconel® in Betracht. Bei einem derartigen Befestigungsproblem ist der Schweißniet 1 aus einer nickelbasierten Stahllegierung ausgebildet, während die Welle 15 aus Stahl ausgebildet ist. Dabei kann der Schweißniet 1 gemäß der 15a lediglich als Nietkopf 3 ausgebildet sein und mit einer Stirnfläche des Axialfortsatzes 14 der Welle 15 zugewandten Wulstkammer 16 ausgebildet sein. Die Bohrung 8 weist dabei bei allen 15a bis 15c einen konischen Teil auf, wodurch eine besonders hohe Verbindungskraft der Schweißnietverbindung 2 erreicht werden kann.
  • Gemäß der 15b ist der Schweißniet 1 als Vollniet ausgebildet und wird mit seiner Stirnfläche 9 mit einer korrespondierenden Stirnfläche des Axialfortsatzes 14 verschweißt. Anschließend erfolgt in üblicher Weise das Stauchen der Schweißnietverbindung 2. Demgegenüber ist der Schweißniet 1 gemäß der Darstellung 15c zumindest bereichsweise als Hohlniet ausgeführt und weist daher eine ringförmige Stirnfläche 9 auf, über welche er mit der korrespondierenden Stirnfläche des Axialfortsatzes 14 der Welle 15 verschweißt wird. Generell gilt dabei, dass die Stelle im Inneren des Bauteils 6, beispielsweise im Inneren des Turbinenrades, in dem der Fügebereich zwischen Schweißniet 1 und Welle 15 liegen soll, so gewählt ist, dass die Schweißnietverbindung 2 kostengünstig zu fertigen und im Betrieb hitzebeständig ist.
  • Generell ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Schweißnietverbindung 2 herkömmliche Verbindungen, wie beispielsweise Schraubverbindungen zu substituieren, was im Maschinen- und Fahrzeugbau, insbesondere im Motoren- und Karosseriebau, von großem Vorteil ist.
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (18)

  1. Schweißnietverbindung (2) eines oder mehrerer Bauteile (6) mit einem Grundbauteil (7), wobei das oder die Bauteile eine Bohrung (8) aufweisen, durch welche ein, einen Kopf (3) aufweisender Schweißniet (1) mit seinem Schaft (4) hindurchragt, wobei der Schaft mit einer Stirnfläche (9) mit der Oberfläche des Grundbauteils (4) verschweißt und plastisch verformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißniet (1) einen im Vergleich zum Kopfdurchmesser kürzeren Schaft (4) aufweist und in einem Übergangsbereich zwischen Kopf (3) und Schaft (4) eine ringförmig umlaufende Ausnehmung (5) vorgesehen ist, die zur Aufnahme von beim Nieten verdrängtem Material und/oder zum Toleranzausgleich ausgebildet ist.
  2. Schweißnietverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmig umlaufende Ausnehmung (5) durch ein spanabhebendes Verfahren, beispielsweise durch Drehen, oder durch eine mechanische Einschnürung hergestellt ist.
  3. Schweißnietverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmig umlaufende Ausnehmung (5) durch ein Fließpressverfahren hergestellt ist.
  4. Schweißnietverbindung (2) eines oder mehrerer Bauteile (6) mit einem Grundbauteil (7), wobei das oder die Bauteile eine Bohrung (8) aufweisen, durch welche ein, einen Kopf (3) aufweisender Schweißniet (1) mit seinem Schaft (4) hindurchragt, wobei der Schaft (4) mit einer Stirnfläche (9) mit der Oberfläche des Grundbauteils (7) verschweißt und plastisch verformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundbauteil (7) eine zumindest den Stirnbereich (9) und Teile des Schaftes (4) des Schweißniets (1) aufnehmende Vertiefung (10) aufweist.
  5. Schweißnietverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (10) konisch ausgebildet ist.
  6. Schweißnietverbindung (2) eines oder mehrerer Bauteile (6) mit einem Grundbauteil (7), wobei das oder die Bauteile (6) eine Bohrung (8) aufweisen, durch welche ein Schweißniet (1) mit seinem Schaft (4) hindurchragt, der mit einer Stirnfläche (9) mit der Oberfläche des Grundbauteils (7) verschweißt und plastisch verformt ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der Schweißniet (1) einen in dem oder den Bauteil(en) (6) versenkbaren Kopf (3) aufweist, – dass die Bohrung (8) in dem/den Bauteil(en) so ausgebildet ist, dass eine versenkte Anordnung des Kopfes (3) des Schweißniets (1) nach Fertigstellung der Schweißnietverbindung (2) möglich ist.
  7. Schweißnietverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (8) zumindest teilweise konisch ausgebildet ist.
  8. Schweißnietverbindung (2) eines oder mehrerer Bauteile (6) mit einem Grundbauteil (7), wobei das oder die Bauteile (6) eine Bohrung (8) aufweisen, durch welche ein Schweißniet (1) mit seinem Schaft (4) hindurchragt, der mit einer Stirnfläche (9) mit der Oberfläche des Grundbauteils (7) verschweißt und plastisch verformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißniet (1) einen im Vergleich zum Kopfdurchmesser längeren Schaft (4) aufweist und in seinem Schaftbereich eine ringförmig umlaufende Ausnehmung (5) aufweist.
  9. Schweißnietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (9) des Schaftes (4) kegelförmig ausgebildet ist.
  10. Schweißnietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißniet (1) als Hohlniet ausgebildet ist und entweder eine zur Stirnfläche (9) des Schaftes (4) oder eine zum Kopf (3) hin offene Sacköffnung aufweist.
  11. Schweißnietverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (4) des Schweißniets (1) als Rohrkörper ausgebildet ist.
  12. Schweißnietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Schaft (4) abgewandten Seite des Kopfes (3) des Schweißniets (1) ein Gewindebolzen (12) angeordnet ist.
  13. Schweißnietverbindung (2) eines oder mehrerer Bauteile (6) mit einem Grundbauteil (7), wobei das oder die Bauteile (6) eine Bohrung (8) aufweisen, durch welche ein Schweißniet (1) mit seinem Schaft (4) hindurchragt, wobei der Schaft (4) des Schweißniets (1) mit einer Stirnfläche (9) mit der Oberfläche des Grundbauteils (4) verschweißt und plastisch verformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißniet (1) als kopfloser Zylinderbolzen ausgebildet ist, wobei der Kopf (3) des Schweißniets (1) erst durch eine plastische Verformung beim Nieten in eine entsprechend geformte Bohrung (8) hergestellt ist.
  14. Schweißnietverbindung (2) eines Turbinenrades mit einer dieses tragenden Welle (15), wobei das Turbinenrad eine Bohrung (8) aufweist, durch welche ein Axialfortsatz (14) der Welle (15) zumindest teilweise hindurchragt, wobei ein Schweißniet (1) mit seiner Stirnfläche (9) mit der Stirnfläche des Axialfortsatzes (14) verschweißt und plastisch verformt ist.
  15. Schweißnietverbindung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißniet (1) als Nietkopf (3) mit einer der Stirnfläche des Axialfortsatzes (14) der Welle (15) zugewandten Wulstkammer (16) ausgebildet ist.
  16. Schweißnietverbindung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißniet (1) als Hohl- oder als Vollniet ausgebildet ist und mit seiner Stirnfläche (9) mit einer Stirnfläche des Axialfortsatzes (14) verschweißt ist.
  17. Schweißnietverbindung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, – dass die Welle (15) aus einem anderen Material besteht als der Schweißniet (1), und/oder – dass die Welle (15) aus Stahl und der Schweißniet (1) aus einer nickelbasierten Stahllegierung besteht.
  18. Schweißnietverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (4) des Schweißniets (1) eine polygonale Querschnittsform aufweist.
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