Mit anderen Worten ist das stabförmige Element vorzugsweise so ausgebildet, dass es die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil im Endabschnitt zumindest so vollständig ausfüllt, dass kein aushärtbares Material in die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil fließen kann. Je nach Viskosität des aushärtbaren Materials muss das stabförmige Element die Durchgangsöffnung unterschiedlich weit ausfüllen. Zusätzlich ist es beispielsweise möglich, eine Dichtung zwischen einer die Durchgangsöffnung begrenzenden Wandung des zweiten Bauteils und dem stabförmigen Element vorzusehen, die verhindert, dass aushärtbares Material in die Durchgangsöffnung im zweite Bauteil fließen kann. Vorzugsweise liegt das stabförmige Element über die gesamte Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil ringförmig bzw. umlaufend an der Wandung des zweiten Bauteils an, die die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil begrenzt. Die Form der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil, die verbleibt, nachdem das aushärtbare Material ausgehärtet worden ist, wird durch die Form des stabförmigen Elements vorgegeben. Daher kann es auch als formgebendes Element bezeichnet werden. Das bolzenförmige Element kann, sofern die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen nicht ausdrücklich etwas anderes vorsehen, durch die Durchgangsöffnung im ersten Bauteil hindurch in die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil eingeführt werden oder durch die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil hindurch in die Durchgangsöffnung im ersten Bauteil. Selbiges gilt auch für das stabförmige Element.
Als aushärtbares Material kann ein Kunststoff, vorzugsweise ein faserverstärkter Kunststoff, etwa ein Epoxidharz verwendet werden. Das aushärtbare Material soll im ausgehärteten Zustand die Lasten zwischen die Verbindung zusammenhaltendem Bolzenelement, ausgehärtetem Material und Bauteilen aufnehmen können. Vorzugsweise ist das aushärtbare Material auch geeignet, Bohrstaub zu binden.
Durch das Füllen des Freiraums zwischen stabförmigem Element und Wand der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil und Aushärten des aushärtbaren Materials erhält man koaxiale bzw. genau fluchtende Durchgangsöffnungen im ersten und zweiten Bauteil, die genau den seitlichen Abmessungen des verwendeten stabförmigen Elements und damit auch die seitlichen Abmessungen des für die Verbindung zu verwendenden bolzenförmigen Elements haben, so dass eine relative Verlagerung der beiden Bauteile senkrecht zur Längsachse des bolzenförmigen Elements sicher vermieden wird.
Es sei erwähnt, dass beispielweise für die Herstellung einer Durchgangsöffnung im ersten Bauelement zur Aufnahme eines Verbindungselements mit einem Senkkopf, beispielsweise einer Senkkopfschraube oder einem Senkniet, ein Stabelement verwendet werden kann, das an den Abschnitt mit dem Durchmesser der Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil anschließend eine kegelförmige Erweiterung aufweist, die zur Formung der entsprechenden Vertiefung für den Senkkopf im Bereich der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil positioniert wird.
Das Aushärten des aushärtbaren Materials kann, abhängig von den Materialeigenschaften, beispielsweise durch Wärmezufuhr über das stabförmige Element und/oder vorgesehene Abdeckungen der Durchgangsöffnung im ersten Bauelement, durch Bestrahlung mit UV-Licht, einem Laserstrahl oder einfach bei Raumtemperatur erfolgen. Beispielsweise ist es denkbar, das aushärtbare Material mit einem Laserstrahl gezielt lokal auszuhärten. So könnte zum Beispiel zunächst eine erste Schicht aushärtbaren Materials eingespritzt werden, die lokal mit einem Laser ausgehärtet wird, um eine Dichtung zwischen der Durchgangsöffnung im ersten und im zweiten Bauteil zu bilden. Sobald die Dichtung durch Aushärten der ersten Schicht des aushärtbaren Materials ausgebildet worden ist, wird der verbleibende Freiraum zwischen einer Wandung des ersten Bauteils und dem stabförmigen Element mit zusätzlichem aushärtbaren Material aufgefüllt und das zusätzliche aushärtbare Material ausgehärtet. Der Laserstrahl kann dabei beispielsweise durch die Bauteile selbst und/oder das stabförmige Element geleitet werden, wobei letzteres den Vorteil hat, dass der Laserstrahl das stabförmige Element mit erwärmt, was ein lokales Aushärten des aushärtbaren Materials im Übergang zwischen ersten und zweiten Bauteil zusätzlich beschleunigt.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil bei auf diesem positionierten ersten Bauteil durch dessen Durchgangsöffnung hindurch in dieses gebohrt wird, kann als stabförmiges Element der Bohrer verwendet werden, mit dem die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil erzeugt wurde.
In einem solchen Fall kann vorteilhafter Weise an der dem zweiten Bauteil abgewandten Seite des ersten Bauteils eine becherförmige Abdeckung angeordnet werden, deren Boden, durch den sich der Bohrer erstreckt, vom ersten Bauteil entfernt ist, während ihr vom Boden entfernter Rand auf dem ersten Bauteil aufliegt. Das aushärtbare Material kann dann durch eine Öffnung in der Becherwandung oder im Becherboden zugeführt werden. Nach dem Aushärten wird über die Oberfläche des ersten Bauteils eventuell vorstehendes ausgehärtetes Material entfernt, um eine durchgehend glatte Oberflächen zu erhalten.
In Abwandlung dieses Verfahrens kann das aushärtbare Material durch einen koaxialen Hohlraum im Bohrer und eine seitliche Austrittsöffnung in diesem bei abgedecktem Freiraum zwischen Bohrer und Wand der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil in den Freiraum eingebracht werden.
Ist sowohl im ersten als auch im zweiten Bauteil eine Durchgangsöffnung vorgesehen und wird in diese Durchgangsöffnungen ein stabförmiges Element eingesteckt, so kann dieses einen koaxialen Hohlraum und eine seitliche Öffnung aufweisen, die sich bei eingesetztem Element auf Höhe der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil befindet, und es kann dann unter Abdeckung der an dem zweiten Bauteil entfernten Seite des Freiraums zwischen Element und Wand der Durchgangsöffnung des ersten Bauteils durch den Hohlraum und die seitliche Öffnung des Elements aushärtbares Material in den Freiraum eingebracht werden. Die Abdeckung kann vorzugsweise so erfolgen, dass sich an der Oberfläche des ausgehärteten Materials kein vorstehendes ausgehärtetes Material bildet, das nachträglich entfernt werden muss, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.
Bei diesem Verfahren ist es auch möglich, als stabförmiges Element das bolzenförmige Element zur Verbindung der Bauteile zu verwenden.
Im letztgenannten Fall kann das bolzenförmige Element zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung ausgebildet sein, wobei das bolzenförmige Element einen Kopf, eine vom Kopf beabstandete Sollbruchstelle und einen auf der vom Kopf wegweisenden Seite der Sollbruchstelle ausgebildeten vorstehenden Abschnitt aufweist, der einen koaxialen Hohlraum und eine seitliche Öffnung für die Zufuhr von aushärtbarem Material hat. Das bolzenförmige Element wird mit seiner seitlichen Öffnung auf Höhe des Freiraums zwischen dem bolzenförmigen Element und der Wand der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil positioniert und bei abgedecktem Freiraum wird das aushärtbare Material in den Freiraum eingebracht und ausgehärtet. Danach wird das bolzenförmige Element in eine Position zum Verbinden der beiden Bauteile gebracht und der vorstehende Abschnitt des bolzenförmigen Elements an der Sollbruchstelle abgetrennt. Beispielsweise kann das bolzenförmige Element als Schraubenbolzen mit einem Kopf in Form eines Schraubenkopfes oder als Niet mit einem Kopf in Form eines Setzkopfs ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläutert.
1 und 2 zeigen zwei leicht unterschiedliche Verfahren, bei denen die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil mittels eines Bohrers durch die Durchgangsöffnung im ersten Bauteil hergestellt wird.
3 zeigt ein gegenüber den 1 und 2 abgewandeltes Verfahren, bei dem der aushärtbare Kunststoff durch den Bohrerschaft zugeführt wird.
4 zeigt ein Verfahren, bei dem sich ein stabförmiges Element durch die Durchgangsöffnungen in den beiden Bauteilen erstreckt und die Zufuhr des aushärtbaren Materials vergleichbar wie in 3 erfolgt.
5 und 6 zeigen die Verwendung eines speziell ausgebildeten bolzenförmigen Elements, das zum Verbinden der beiden Bauteile dient, als stabförmiges Element.
7 zeigt die nach den Verfahren gemäß 1 und/oder 2 und/oder 3 und/oder 4 und/oder 5 und 6 hergestellte fertige Verbindung.
8 zeigt eine fertige Verbindung, die unter Verwendung eines bolzenförmigen Elementes mit einem Senkkopf hergestellt wurde, das auch als stabförmiges Element dient.
9 zeigt eine fertige Verbindung, die unter Verwendung eines bolzenförmigen Elementes mit einem Senkkopf hergestellt wurde.
1 zeigt schematisch im Schnitt zwei zu verbindende Bauteile A, B, von denen das erste Bauteil A eine Durchgangsöffnung aufweist, auf die eine becherförmige Abdeckung 2 aufgesetzt ist, durch deren Boden sich ein Bohrer 1 erstreckt. Dieser Bohrer hat, wie dargestellt, durch die Durchgangsöffnung im Bauteil A hindurch eine Durchgangsöffnung in das zweite Bauteil B gebohrt und steht mit seinem die Schneidlippen aufweisenden Abschnitt in Eingriff mit der im zweiten Bauteil B herstellten Durchgangsöffnung. Die becherförmige Abdeckung 2 liegt mit ihrem Becherrand auf dem ersten Bauteil A auf, und durch sie hindurch (Zufuhröffnung nicht dargestellt) wird aushärtbares Material C, üblicherweise ein faserverstärkter Kunststoff C in die Durchgangsöffnung im ersten Bauteil A eingebracht, so dass die Durchgangsöffnung vollständig gefüllt ist.
Abhängig von der Art des verwendeten Kunststoffes härtet dieser bei eingesetztem Bohrer 1, etwa durch Wärmezufuhr über den Bohrer 1, durch Bestrahlung mit UV-Licht oder einfach bei Raumtemperatur aus. Ist die Aushärtung erfolgt, werden der Bohrer 1 und die Abdeckung 2 entfernt und überschüssiger Kunststoff entfernt. Die Verbindung kann dann durch Einsetzen eines bolzenförmigen Elements, etwa eines Schraubenbolzens, fertiggestellt werden.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass in allen Figuren die Bauteile A und B sowie der Kunststoff C gleich bezeichnet sind.
Das Verfahren gemäß 2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß 1 lediglich dadurch, dass ein Bohrer 1' verwendet wird, der hinter dem die Schneidlippen aufweisenden Abschnitt einen glatten Schaft hat, und dass dieser glatte Schaft zum Einbringen des Kunststoffs C und dessen Aushärtung in Eingriff mit der vom Bohrer 1' erzeugten Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil B steht.
Eine weitere Modifikation des Verfahrens gemäß 2 ist in 3 gezeigt, gemäß der ein Bohrer 10 verwendet wird, der einen am hinteren Ende offenen koaxialen Hohlraum (nicht gezeigt) und eine mit diesem Hohlraum verbundene seitliche Öffnung 11 hat. Der Bohrer 10 wird von der Abdeckung 14 für den Freiraum zwischen Bohrer 10 und Durchgangsöffnung im ersten Bauteil A geführt, in die in 3 gezeigte Position gebracht, in der am hinteren Ende des Bohrers 10 aushärtbares Material zugeführt und über die auf Höhe des Freiraums zwischen Bohrer 10 und Wand der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil A positionierte seitliche Öffnung 11 in den Freiraum eingebracht, so dass dieser vollständig gefüllt ist. Nach dem Aushärten des aushärtbaren Materials, etwa durch Erwärmen der Abdeckung 14, werden der Bohrer 10 und die Abdeckung 14 entfernt, und die Verbindung mittels des bolzenförmigen Elements kann fertiggestellt werden. Durch die Abdeckung 14 wurde im Übrigen verhindert, dass sich ein Überstand aus ausgehärtetem Kunststoff ergibt.
Wie in 4 dargestellt, wird nach Fertigstellung der Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil B etwa mittels eines Bohrers 1 gemäß 1 eine Abdeckung 25 auf das erste Bauteil A aufgesetzt und von dieser geführt, ein stabförmiges kreiszylindrisches Element 20, dessen Durchmesser mit demjenigen des Durchmessers der Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil B übereinstimmt, in die Durchgangsöffnungen eingesetzt, so dass sich eine seitliche Öffnung 21 im stabförmigen Element 20 auf Höhe des Freiraums zwischen stabförmigem Element und Durchgangsöffnung im ersten Bauteil A befindet. Diese seitliche Öffnung 21 ist über einen konzentrischen Hohlraum im stabförmigen Element 20 mit dessen hinteren Ende verbunden, so dass über ihn und die seitliche Öffnung 21 der Freiraum mit aushärtbarem Material C gefüllt werden kann. Nach dem Aushärten dieses Materials werden das stabförmige Element 20 und die Abdeckung 25 entfernt, und die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen A und B mittels eines bolzenförmigen Elements kann fertiggestellt werden.
5 bis 7 zeigen die Verwendung eines für das erfindungsgemäße Verfahren speziell ausgebildeten Schraubenbolzens 30. Dieser hat einen Schaft 31 mit einem am hinteren Ende vorgesehenen Schraubenkopf 33 und einen im vorderen Bereich ausgebildeten Gewindeabschnitt 32. Über eine Sollbruchstelle 35 setzt sich der Schraubenbolzen 30 in einen kreiszylindrischen Abschnitt 34 nach vorne fort. Am vorderen Ende dieses Abschnitts 34 befindet sich eine Öffnung, die über einen am vorderen Ende des Abschnitts offenen konzentrischen Hohlraum (nicht gezeigt) mit einer seitlichen Öffnung 36 verbunden ist.
Wie in 5 gezeigt, wird der Schraubenbolzen 30 mit seinem glatten kreiszylindrischen Abschnitt 34 von der Abdeckung 38 geführt durch die Durchgangsöffnung in ersten Bauteil A in Eingriff mit der Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil B gebracht, wobei der Durchmesser des Abschnitts 34 mit dem Durchmesser der Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil B übereinstimmt. In der in 5 dargestellten Position befindet sich die seitliche Öffnung 36 auf Höhe des Freiraums zwischen Abschnitt 34 und Wand der Durchgangsöffnung im ersten Bauteil A, so dass mittels der schematisch dargestellten Pumpvorrichtung 39 aushärtbares Material C in den Freiraum gepumpt werden kann, bis dieser gefüllt ist.
Nach dem Aushärten des Materials C wird der Schraubenbolzen 30 in die Stellung gemäß 6 verlagert, in der sein Schraubenkopf 33 auf der Oberseite des ersten Bauteils A und teilweise auf ausgehärtetem Material C aufliegt, während der Gewindeabschnitt 32 über das zweite Bauteil B vorsteht. Nach dem Abtrennen des Abschnitts 34 an der Sollbruchstelle 35 wird auf den Gewindeabschnitt 32 eine Mutter 40 aufgeschraubt (7), so dass die fertige Schraubverbindung der Bauteile A und B erhalten wird, wie sie in 7 dargestellt ist.
Es sei erwähnt, dass selbstverständlich auch nach dem Aushärten des Materials C und dem Entfernen der jeweiligen stabförmigen Elemente gemäß 1 bis 4 dort Verbindungen entsprechend 7 erhalten werden.
8 zeigt eine fertige Verbindung zweier Bauteile A, B mit einem bolzenförmigen Element 41, das auch gleichzeitig als stabförmiges Element 41 verwendet worden ist. Das bolzenförmige Element 41 ist eine Senkkopfschraube 41 mit einem Senkkopf 43. Zum Verbinden der beiden Bauteile A, B wird die Senkkopfschraube 41 zunächst in die Durchgangsbohrungen in den beiden Bauteilen so weit eingesetzt, bis der Senkkopf 43 bündig mit einer Oberfläche des ersten Bauteils A abschließt, die von dem zweiten Bauteil B weg weist. Die seitlichen Abmessungen des zylindrischen Schafts 42 der Senkkopfschraube 41 entsprechen den Abmessungen der Durchgangsbohrung im zweiten Bauteil B und verschließen diese zur Durchgangsbohrung im ersten Bauteil A hin vollständig.
In einem nachfolgenden Schritt wird sodann der Freiraum um die Senkkopfschraube 41 in der Durchgangsbohrung im ersten Bauteil A mit einem aushärtbaren Material C ausgefüllt und das Material C auf eine der zuvor beschriebenen Weisen ausgehärtet. Dabei wird auf besonders vorteilhafte Weise eine der konischen Form des Senkkopf 43 entsprechende Mulde oder Ausnehmung erzeugt, die exakt der Form des Senkkopfes 43 entspricht. So wird eine stabile Lastübertragung von dem bolzenförmigen Element 41 auch im Bereich des Senkkopfs 43 gewährleistet. Zuletzt wird eine Mutter 44 auf ein Gewinde aufgeschraubt, das an einem dem Senkkopf 43 gegenüberliegenden Ende der Senkkopfschraube 41 ausgebildet ist, um die Senkkopfschraube 41 formschlüssig zu sichern.
Eine in 9 dargestellte fertige Verbindung unterscheidet sich von den in den übrigen Figuren dargestellten fertigen Verbindungen darin, dass als bolzenförmiges Element 41 ein Senkkopfniet 41 verwendet wurde, das durch die Durchgangsbohrung im zweiten Bauteil B hindurch in die Durchgangsbohrung im erste Bauteil A eingeführt wurde. Durch diese Anordnung schließt der Senkkopf 43 bündig mit einer Oberfläche des zweiten Bauteils B ab, die vom ersten Bauteil A weg weist. Auf dem aus dem ersten Bauteil herausragenden Abschnitt des bolzenförmigen Elements 41 ist ein Schließkopf 45 formschlüssig verpresst worden. Um diese Verbindung zu sichern, kann der Niet riffelförmige Vorsprünge aufweisen, auf die der Schließkopf 45 verpresst wird. Derartige Niete können auch in allen übrigen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.