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DE102016102846B4 - Systeme und Verfahren zum Verbinden von Komponenten durch Wärmekontaktnieten - Google Patents

Systeme und Verfahren zum Verbinden von Komponenten durch Wärmekontaktnieten Download PDF

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DE102016102846B4
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bolt
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opening
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Bradley J. Blaski
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GM Global Technology Operations LLC
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Abstract

Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks (110) mit einem zweiten Werkstück (120), wobei das erste Werkstück (110) eine erste Oberfläche (112), eine der ersten Oberfläche (112) gegenüberliegende zweite Oberfläche (114) und einen Durchbruch (115) mit einer ersten Breite aufweist, wobei das zweite Werkstück (120) eine dritte Oberfläche (122) und einen von der dritten Oberfläche (122) ausgehenden Bolzen (125) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:Positionieren des ersten Werkstücks (110) dem zweiten Werkstück (120) benachbart, wobei die zweite Oberfläche (114) die dritte Oberfläche (122) berührt, wo sich der Bolzen (125) durch den Durchbruch (115) erstreckt;Positionieren, axial zu einer Mittellinie des Bolzens (125), einer Stempelvorrichtung (130) mit (i) einer ersten Elektrode (140), die angeordnet und dafür eingerichtet ist, die erste Oberfläche (112) dem Durchbruch (115) benachbart und dem Bolzen (125) benachbart zu berühren, (ii) einer zweiten Elektrode (150), die von der ersten Elektrode (140) elektrisch isoliert ist und angeordnet und dafür eingerichtet ist, die erste Oberfläche (112) dem Durchbruch (115) benachbart und dem Bolzen (125) benachbart zu berühren, und (iii) einem Stempel (170), der zwischen der ersten Elektrode (140) und der zweiten Elektrode (150) beweglich positioniert ist;Anwenden von Energie unter Verwendung der ersten Elektrode (140) und der zweiten Elektrode (150), um Material des Bolzens (125) durch Erwärmen des ersten Werkstücks (110) zu erweichen; undKomprimieren, unter Verwendung der Stempelvorrichtung (130), des erweichten Materials des Bolzens (125), was einen Niet (127) ergibt, der eine Verbindung schafft, die das erste Werkstück (110) und das zweite Werkstück (120) verbindet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Verbinden von Komponenten durch Wärmekontaktnieten.
  • HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
  • Verbinden von Werkstücken mit ähnlichen oder unterschiedlichen Materialeigenschaften wird zunehmend wichtig, da Industrien nach reduziertem Gewicht und verbesserter Leistung von technischen Strukturen wie unter anderem kraftfahrzeugtechnischen, luftfahrttechnischen oder nautischen anstreben. Vernieten (engl.: staking) kann unterschiedliche Kunststoffe miteinander verbinden oder Kunststoffe mit anderen Materialien (zum Beispiel Metall) verbinden. Vernieten hat gegenüber anderen mechanischen Verbindungsverfahren den Vorteil, dass der Bedarf an zusätzlichen Komponenten wie zum Beispiel Nieten bzw. Kerbstiften und Schrauben eliminiert wird.
  • Herkömmliches Vernieten verbindet Werkstücke, indem ein Eingriff mit einem ein Loch enthaltenden ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück geschaffen wird, das einen Bolzen aufweist, der in das Loch des ersten Werkstücks einrückt. Ein Nietstempel (engl. staking punch) wird dann verwendet, um den Bolzen axial zu komprimieren, was Material innerhalb des Bolzens in einen Niet (engl.: stake) umformt, der die Werkstücke ohne die Verwendung zusätzlicher Komponenten wie zum Beispiel Schrauben und Nieten permanent verbindet.
  • Ähnlich einem herkömmlichen Vernieten beginnt ein Wärmekontaktnieten damit, dass ein Kunststoffbolzen auf einem zweiten Werkstück in ein innerhalb des ersten Werkstücks gelegenes Loch eingesetzt wird. Beim Wärmekontaktnieten wird jedoch Material innerhalb des Kunststoffbolzens unter Verwendung gesteuerter Wärme- und Schmelzvorgänge umgeformt, um einen Niet herzustellen, der die Werkstücke ohne die Verwendung zusätzlicher Komponenten wie etwa Schrauben und Nieten mechanisch miteinander verbindet bzw. koppelt.
  • Eine Umformung des Kunststoffbolzens wird herkömmlicherweise erreicht, indem Material des Kunststoffbolzens unter Verwendung überhitzter Luft oder einer Thermode über eine dem Material zugeordnete Glasübergangstemperatur erwärmt wird, was ein erweichtes Material schafft. Danach wird Druck auf das erweichte Material angewendet, um den Niet zu schaffen.
  • Eine Verwendung überhitzter Luft, um das Material des Kunststoffbolzens zu erwärmen, erfordert die Verwendung heißer Luftströme, welche oft im Laufe der Zeit zu einer teuren Wartung von Komponenten wie zum Beispiel einzelner Durchflussmessgeräte, die mit den heißen Luftströmen zugeordnet sind, führen. Auch eine Verwendung einer Thermode, um das Material des Kunststoffbolzens zu erwärmen, kann zusätzliche Verarbeitungszeit für jeden Niet erfordern, da die Thermode für jede Verbindung erwärmt und abgekühlt wird. Außerdem können heiße Luftströme und eine Verwendung mehrerer Thermoden für mehrere Verbindungen lange Zeiten für einen Werkzeugwechsel erfordern.
  • Die Druckschrift DE 10 2014 111 257 A1 beschreibt ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken mittels Hybrid-Widerstandsschweißen mit einem mechanischen Verbinder. Die Druckschrift DE 16 58 883 A beschreibt ein Verfahren zum Befestigen einer Deck- oder Isolationsfolie. Die Druckschrift DE 22 49 003 A beschreibt einen elektrischen Schneidkopf zum Schneiden von Löchern. Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die US 6 298 533 B1 verwiesen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Aufgrund der oben erwähnten Mängel besteht ein Bedarf an Systemen und Verfahren, um durch Wärmekontaktnieten Werkstücke, die unterschiedliche Materialien enthalten, ohne Verwendung eines anderen Materials als des Materials der Werkstücke sicher zu verbinden, um die Verbindung zu schaffen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf gerecht zu werden.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
  • Die vorgeschlagenen Systeme und Verfahren verbinden die Werkstücke, indem die Materialien der Werkstücke unter Ausnutzung einer Erwärmung eines Werkstückes (einseitiges Erwärmen) oder Erwärmung von zwei Werkstücken (doppelseitiges Erwärmen) mechanisch miteinander gekoppelt bzw. verbunden werden.
  • Die vorliegende Technologie schließt ein System ein, das ein erstes Werkstück mit einem zweiten Werkstück unter Verwendung eines in einen fertigen Niet umgeformten Bolzens verbindet. Das erste Werkstück enthält einen Durchbruch, und das zweite Werkstück enthält den Bolzen, der dafür eingerichtet ist, von dem Durchbruch innerhalb des ersten Werkstücks aufgenommen zu werden. Wenn die Werkstücke zum Verbinden positioniert werden, wird der Bolzen von dem Durchbruch des ersten Werkstücks aufgenommen, wobei er in den Durchbruch an einer ersten Öffnung in einer ersten Oberfläche des ersten Werkstücks eintritt und eine endgültige Position erreicht, in der der Bolzen aus dem ersten Werkstück durch eine zweite Öffnung in einer zweiten Oberfläche des ersten Werkstücks, die der ersten Oberfläche im Wesentlichen gegenüberliegt, herausragt. In der endgültigen Position ragt dann ein Abschnitt des Bolzens aus der zweiten Oberfläche des ersten Werkstücks vor.
  • Das erste Werkstück und das zweite Werkstück werden unter Verwendung einer Stempelanordnung verbunden, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode enthält, welche voneinander elektrisch isoliert sind. Jede Elektrode ist dafür eingerichtet, Energie direkt zu zumindest einem Abschnitt des ersten Werkstücks zu übertragen und Energie indirekt zu zumindest einem Abschnitt des Bolzens, der auf dem zweiten Werkstück gelegen ist, zu übertragen und ihn zu erweichen, wenn die Werkstücke zum Verbinden positioniert sind.
  • In einigen Ausführungsformen sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode unter Verwendung eines Isolators elektrisch isoliert. Der Isolator reduziert Strom zwischen Elektroden oder verhindert diesen.
  • Die Stempelanordnung schließt auch einen Stempel ein, der zwischen den Elektroden positioniert ist. Der Stempel enthält eine Sondenspitze mit einer vorbestimmten Geometrie, welche eine Form eines Abschnitts des fertigen Niets bestimmt. Die vorbestimmte Geometrie kann eine Form und Größe aufweisen, die für eine gewünschte Anwendung geeignet ist.
  • In einigen Ausführungsformen wird die Sondenspitze des Stempels beim Formen des Niets beim Verbinden der Werkstücke vor und während oder zumindest während einer Kompression des Bolzens erwärmt. Wo die Sondenspitze erwärmt wird, wird zusätzlich zu der durch die Elektroden erzeugten thermischen Energie thermische Energie zum Material des Bolzens übertragen, was bei einer Umformung hilft.
  • In einigen Ausführungsformen schließt das erste Werkstück ein Muster ein, das dafür eingerichtet ist, eine Koppelung bzw. Verbindung zwischen erweichtem Material des Bolzens und dem ersten Werkstück zu verbessern. Das Muster kann Vorsprünge innerhalb der ersten Oberfläche des ersten Werkstücks einschließen. Das Muster weist zusätzlich oder alternativ Taschen auf der zweiten Oberfläche des ersten Werkstücks auf, die den Vorsprüngen auf der ersten Oberfläche des ersten Werkstücks entsprechen. Die Taschen bilden einen Leerraum innerhalb der zweiten Oberfläche des ersten Werkstücks, der von Material des zweiten Werkstücks während eines Wärmekontaktnietens gefüllt wird.
  • Das Muster ist in einer bestimmten Ausführungsform in das Werkstück geprägt. Das Muster kann nahe dem Durchbruch oder ihm benachbart gelegen sein und umgibt in einigen Ausführungen den Durchbruch vollständig oder zumindest teilweise.
  • Andere Aspekte der vorliegenden Technologie werden im Folgenden zum Teil ersichtlich sein und zum Teil aufgezeigt werden.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung eines beispielhaften Verbindungssystems, um unter Verwendung einer Stempelanordnung eine mittels Wärmekontaktnieten geschaffene Verbindung herzustellen, um ein erstes Werkstück und ein zweites Werkstück zu verbinden.
    • 2 veranschaulicht eine Draufsicht und eine entsprechende perspektivische Ansicht der Stempelanordnung von 1 in einer Anfangsposition und einer eingesetzten Position.
    • 3 veranschaulicht eine Querschnittansicht eines Prozesses eines Wärmekontaktnietens unter Verwendung eines Teils des Verbindungssystems von 1.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Wie erforderlich werden hierin ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart.
  • Die Figuren sind nicht notwendiger maßstabsgetreu, und einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um so Details bestimmter Komponenten zu zeigen. In einigen Fällen wurden wohlbekannte Komponenten, Systeme, Materialien oder Verfahren nicht im Detail beschrieben, um eine Verwirrung in der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden.
  • Überblick der Technologie - Fig. 1 und 2
  • 1 veranschaulicht ein Verbindungssystem 100, das ein erstes Werkstück 110 und ein zweites Werkstück 120 einschließt. Das erste Werkstück 110 umfasst eine erste Oberfläche 112 und eine zweite Oberfläche 114, die der ersten Oberfläche 112 gegenüberliegt. Ähnlich umfasst das zweite Werkstück 120 eine erste Oberfläche 122 und eine zweite Oberfläche 124, die der ersten Oberfläche 122 gegenüberliegt. Die zweite Oberfläche 114 des ersten Werkstücks 110 und die erste Oberfläche 122 des zweiten Werkstücks 120 berühren einander als ein Ergebnis einer Verbindung.
  • In einigen Ausführungsformen enthält das erste Werkstück 110 einen Leerraum, Hohlraum bzw. eine Mulde oder einen Durchbruch 115. Obgleich der Ausdruck Loch in erster Linie hierin der Einfachheit halber verwendet wird, soll der Ausdruck den Umfang der Technologie nicht beschränken, da wie oben erwähnt stattdessen andere Ausdrücke verwendet werden können.
  • Der Durchbruch 115 erstreckt sich zwischen einer ersten Öffnung in der ersten Oberfläche 112 der ersten Werkstücke 110 und einer zweiten Öffnung in der zweiten Oberfläche 114 des ersten Werkstücks 110. Der Durchbruch 115 hat eine Tiefe, die einer Dicke 116 des ersten Werkstücks 110 äquivalent ist, zumindest in Ausführungsformen, in denen das erste Werkstück eine konstante Dicke aufweist.
  • Der Durchbruch 115 ist auf dem ersten Werkstück 110 ausgebildet und positioniert, und der Bolzen 125 ist auf dem zweiten Werkstück 120 ausgebildet und positioniert, so dass der Bolzen 125 von dem Durchbruch 115 aufgenommen werden kann. Der Durchbruch 115 sollte so bemessen und geformt sein, dass der Bolzen 125 in den Durchbruch 115 aufgenommen werden kann. In einer Ausführungsform sind der Durchbruch 115 und der Bolzen 125 so bemessen und geformt, dass sich ein Eingriff oder eine gute Passform zwischen dem Bolzen 125 und der Wand (den Wänden) des Durchbruchs 115 ergibt.
  • Obgleich der Durchbruch 115 eine beliebige einer großen Vielfalt an Formen aufweisen kann, hat in einer Ausführungsform der Durchbruch 115 eine im Wesentlichen kreisförmige Form, wie in den Figuren dargestellt ist. In einer Ausführungsform hat der Durchbruch 115 eine im Wesentlichen ovale Form. In verschiedenen Ausführungsformen weist der Durchbruch 115 eine andere Form wie zum Beispiel ein Quadrat oder ein anderes Rechteck oder ein anderes Polygon auf.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Werkstück 110 zusätzlich eine Prägung 118 im Allgemeinen nahe dem Durchbruch 115. Die Prägung 118 kann an der ersten Oberfläche 112 und/oder der zweiten Oberfläche 114 des ersten Werkstücks 110 (veranschaulicht in 1 und 3) aufgebracht oder hinzugefügt, darin ausgeformt oder anders vorgesehen sein.
  • Die Prägung 118 kann ein Muster bilden, das Vorsprünge innerhalb der ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 und/oder Taschen (oder Vertiefungen) auf der zweiten Oberfläche 114 des ersten Werkstücks 110 entsprechend den Vorsprüngen auf der ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 aufweisen kann. Die Prägung 118 kann eine beliebige einer großen Vielfalt an Formen, Größen und Mustern einschließen, die in einem vorbestimmten Muster ausgebildet sein können, das als Design auf der (die) Oberfläche(n) des ersten Werkstücks 110 eingeschnitten, geformt oder gestanzt wurde.
  • Die Vorsprünge und/oder die Taschen können eine Koppelung bzw. Verzahnung der Werkstücke 110, 120 während und nach einem Verbinden verbessern. Konkret verbessern die Vorsprünge auf der ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 eine Koppelung zwischen dem ersten Werkstück 110 und dem erweichten Material des Bolzens 125, wenn beispielsweise ein Kopf 129 eines fertigen Niets 127 geformt wird (am besten in 3 dargestellt). Zusätzlich können die Taschen eine Koppelung der zweiten Oberfläche 114 des ersten Werkstücks 110 und der ersten Oberfläche 122 des zweiten Werkstücks 120 verbessern, indem ein Leerraum innerhalb der zweiten Oberfläche 114 des ersten Werkstücks 110 ausgebildet ist, der während eines Wärmekontaktnietens zumindest teilweise durch Material des zweiten Werkstücks 120 gefüllt wird (dargestellt in 3).
  • In einigen Ausführungsformen sieht das zweite Werkstück 120 den Bolzen 125 vor, der dafür eingerichtet ist, in den Durchbruch 115 des ersten Werkstücks 110 eingesetzt zu werden. Eine Ausführung des Bolzens 125 kann von beliebigen mehrerer Entwurfs- bzw. Designfaktoren abhängen wie zum Beispiel (i) ob eine verhältnismäßig hohe Rückhaltung zwischen den Werkstücken 110, 120 benötigt wird, gegenüber Situationen, in denen eine grundlegende Ausrichtung und/oder ein leichtes Sichern des ersten Werkstücks 110 an dem zweiten Werkstück 120 erforderlich ist, und/oder (ii) ob relevante Designbeschränkungen wie zum Beispiel aufgrund Beschränkungen im Teileabstand existieren.
  • Der Bolzen 125 kann eine beliebige einer großen Vielfalt an Formen und Geometrien aufweisen, einschließlich indem er im Wesentlichen oder vollständig massiv, teilweise oder im Wesentlichen hohl oder anders ist. Zum Beispiel kann der Bolzen 125 einen hohlen Abschnitt, herkömmlicherweise um eine in Längsrichtung verlaufende Mittelachse des Bolzens 125, enthalten, um Einfallstellen auf der zweiten Oberfläche 124 des zweiten Werkstücks 120 nach einem Verbinden zu vermeiden, oder wo eine Demontage/erneute Montage der mittels Wärmekontaktnieten geschaffenen Verbindung wünschenswert ist.
  • Der Bolzen 125 hat, vor einem Verbinden, eine Bolzenhöhe 126 und einen Bolzendurchmesser 128, die für eine bestimmte Anwendung (zum Beispiel Presspassung) bemessen sind. Die Bolzenhöhe 126 ist größer als die Dicke 116 des ersten Werkstücks 110, so dass, wenn das erste Werkstück 110 auf den Bolzen 125 gesetzt ist, ein Abschnitt des Bolzens 125 freigelegt bleibt. Zusätzlich kann die Bolzenhöhe 126 dem Bolzendurchmesser 128 direkt entsprechen. Beispielsweise kann die Bolzenhöhe 126 ungefähr 1,5- bis 5-mal die Abmessung des Bolzendurchmessers 128 betragen.
  • In einer Ausführungsform kann der Bolzen 125 Gussformmaterial sein, welches direkt auf die erste Oberfläche 122 des zweiten Werkstücks 120 geformt werden kann. In einer anderen Ausführungsform kann der Bolzen 125 ein separates Material sein, das während eines Herstellprozesses an die erste Oberfläche 122 des zweiten Werkstücks 120 angebracht wird. Alternativ dazu kann das separate Material während eines Verbindens in den Durchbruch 115 eingeführt werden.
  • Der Bolzen 125 ist so ausgebildet, dass er bei einer mit dem Material verbundenen vorbestimmten Glasübergangstemperatur weich wird. Thermoplastische Materialien haben zum Beispiel ein Arbeitstemperaturfenster ungefähr zwischen -125°C und 300°C, wenn sie zusammengesetzt mit dem Verbindungssystem 100 verwendet werden. Das Verbindungssystem 100 kann erfordern, dass die Temperatur von Material innerhalb des Bolzens 125 hoch genug ist, um das Material zu erweichen, aber nicht so hoch, um das Material zu schmelzen.
  • Das erste Werkstück 110 und das zweite Werkstück 120 können im Materialaufbau ähnlich sein. Zum Beispiel können das erste Werkstück 110 und das zweite Werkstück 120 beide aus einem Polymerverbundmaterial bestehen. Umgekehrt kann das erste Werkstück 110 aus einem unterschiedlichen Material als das zweite Werkstück 120 bestehen. Zum Beispiel kann das erste Werkstück 110 ein Verbundmaterial sein, während das zweite Werkstück 120 eine Aluminiumlegierung sein kann.
  • In einigen Ausführungsformen schließt zumindest eines der Werkstücke 110, 120 ein Polymer wie zum Beispiel Polycarbonat, Polyolefin (zum Beispiel Polyethylen und Polypropylen), Polyamid (zum Beispiel Nylons), Polyacrylat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol ein.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst zumindest eines der Werkstücke 110, 120 einen Verbundstoff wie zum Beispiel einen verstärkten thermoplastischen Kunststoff. Der Kunststoff kann ein beliebiges der oben aufgelisteten beispielhaften Polymere enthalten, und die Verstärkung kann eines oder mehrere von Lehm, Glas, Kohlenstoff, Polymer in Form eines partikularen Stoffs, Fasern (kurz oder lang), Plättchen und haarartigen Auswüchsen bzw. Whiskern unter anderem einschlie-ßen.
  • Zumindest eines der Werkstücke 110, 120 kann synthetische oder anorganische Moleküle enthalten. Obgleich eine Verwendung sogenannter Biopolymere (oder grüner Polymere) zunimmt, sind mineralölbasierte Polymere noch weitaus üblicher. Material von einem der Werkstücke 110, 120 oder beiden kann recyceltes Material wie zum Beispiel Polybutylenterephthalat-(PBT-)Polymer enthalten, welches zu etwa 85 % Nach-Gebrauchs-Polyethylenterephthalat (PET) ist. In einer Ausführungsform enthält eines der Werkstücke 110, 120 oder beide eine gewisse Art von Kunststoff. In einer Ausführungsform enthält das Material einen thermoplastischen Kunststoff.
  • In einer Ausführungsform enthält eines der Werkstücke 110, 120 oder beide einen Verbundstoff. Zum Beispiel enthält in einer Ausführungsform eines der Werkstücke 110, 120 oder beide einen faserverstärkten Polymer-(FRP-)Verbundstoff wie zum Beispiel ein kohlenfaserverstärktes Polymer (CFRP) oder ein glasfaserverstärktes Polymer (GFRP). Der Verbundstoff kann beispielsweise ein Glasfaserverbundstoff sein. In einer Ausführungsform ist der FRP-Verbundstoff ein Hybrid-Kunststoff-Metall-Verbund (zum Beispiel ein Kunststoffverbund, der metallverstärkte Fasern enthält). Das Material in einigen Ausführungen enthält ein Polymer vom Polyamidtyp, auf welches allgemein als ein Polyamid verwiesen werden kann. In einer Ausführungsform enthält das Material von einem der Werkstücke 110, 120 oder beiden Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). In einer Ausführungsform enthält das Material von einem der Werkstücke 110, 120 oder beiden ein Polycarbonat (PC). Material von einem der Werkstücke 110, 120 oder beiden kann auch einen Harztyp aufweisen. Beispielhafte Harze schließen ein glasfaserverstärktes Polypropylen-(PP-)Harz, ein PC/PBT-Harz und ein PC/ABS-Harz ein.
  • Material des Bolzens 125 wird unter Verwendung einer Stempelanordnung 130 erweicht und umgeformt und verbunden. 2 veranschaulicht eine Draufsicht und entsprechende perspektivische Ansicht der Stempelanordnung 130 in einer Anfangsposition 210 und einer eingesetzten Position 220.
  • Die Stempelanordnung 130 umfasst eine erste Elektrode 140 und eine zweite Elektrode 150, die durch einen Isolator 160 gegen Kontakt getrennt sind. In der Stempelanordnung 130 ist auch ein Stempel 170 enthalten. Die Stempelanordnung 130 kann die Elektroden 140, 150, den Isolator 160 und den Stempel 170 unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Befestigungsmitteln wie zum Beispiel Industriekleber, Schweißen und mechanisches Verbinden unter anderem anbringen.
  • Die Elektroden 140, 150 nutzen eine Joulesche Erwärmung, um einseitige Widerstandswärme dem ersten Werkstück 110 zu beaufschlagen, statt wie bei einem herkömmlichen Wärmekontaktnieten Wärme direkt auf den Bolzen 125 anzuwenden. In einigen Ausführungsformen kann ein doppelseitiges Widerstandsheizen auf Werkstücke 110, 120 angewendet werden. Beim doppelseitigen Widerstand beaufschlagen eine oder mehr Elektroden eine Erwärmung auf die erste Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 und die zweite Oberfläche 124 des zweiten Werkstücks 120.
  • Bei einem einseitigen Widerstand fließt elektrischer Strom zwischen den Elektroden 140, 150, was für eine Leitung innerhalb der Elektroden 140, 150 sorgt. Konkret fließt elektrischer Strom von der ersten Elektrode 140 durch das erste Werkstück 110 und zu der zweiten Elektrode 150. Die Elektroden 140, 150 ermöglichen, dass elektrischer Strom durch das erste Werkstück 110 fließt, was eine Erwärmung des Materials des ersten Werkstücks 110 bewirkt. Eine Erwärmung des ersten Werkstücks 110 wiederum erweicht einen Teil des Materials des Bolzens 125, was eine Ausbildung eines fertigen Niets 127 erlaubt.
  • Wo auf dem ersten Werkstück 110 eine Prägung 118 vorhanden ist, sind die Elektroden 140, 150 außerhalb der auf der ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 gelegenen Vorsprünge positioniert, was einen Stromfluss durch das erste Werkstück 110 ermöglicht.
  • Die Elektroden 140, 150 können so geformt und bemessen sein, dass sie für die Anwendung passen. Zum Beispiel können die Elektroden 140, 150 als flache Platten geformt und linear (zum Beispiel gestapelt oder Seite an Seite) angeordnet sein. Alternativ dazu können die Elektroden 140, 150 zylindrisch geformt und konzentrisch angeordnet sein, was erlaubt, dass die erste Elektrode 140 in einen innerhalb der zweiten Elektrode 150 ausgebildeten Hohlraum aufgenommen wird.
  • Eine gezielte Wärmeübertragung auf Material des ersten Werkstücks 110 erweicht Material des Bolzens 125 durch konduktive Erwärmung. Die konduktive Erwärmung des Materials des Bolzens 125 erleichtert ein Erweichen dieses Materials, welches dann umgeformt werden kann, um den fertigen Niet 127 herzustellen, der die Werkstücke 110, 120 verbindet.
  • Die Elektroden 140, 150 können aus einer Kombination von Basismetallen wie unter anderem zum Beispiel Eisen, Nickel und Zink bestehen. Alternativ dazu oder zusätzlich können die Elektroden 140, 150 korrosions- oder oxidationsbeständige Materialien wie zum Beispiel, nicht aber darauf beschränkt, Kupfer, Silber und Gold enthalten.
  • Der Isolator 160 ist dafür eingerichtet, die erste Elektrode 140 von der zweiten Elektrode 150 elektrisch zu isolieren, ohne einen Strom durch den Isolator 160 selbst zu erlauben. Der Isolator 160 ist so ausgebildet, dass er einen Teil der Stempelanordnung 130 (zum Beispiel eine Sondenspitze, veranschaulicht in 2 und unten beschrieben) umgibt, um zu verhindern, dass elektrischer Strom durch einen Teil der Stempelanordnung 130 (zum Beispiel einen Schaft, veranschaulicht in 2 und unten beschrieben) in Verbindung mit einem Betriebsmechanismus (zum Beispiel Roboter) gelangt.
  • Der Isolator 160 kann eine beliebige Anzahl Materialien enthalten, die Strom unzureichend leiten. Zum Beispiel kann der Isolator 160 Materialien wie etwa Glas, Keramik (zum Beispiel gesintertes Aluminiumoxid), Porzellan, Gummi, Kunststoff und andere Materialien umfassen, die der Temperaturerhöhung des Materials der Stempelanordnung 130 und der Werkstücke 110, 120 während eines Wärmekontaktnietens standhalten können.
  • Der Stempel 170 umfasst einen Schaft 172, der eine Sondenspitze 174 enthält, welche aneinander befestigt und zwischen den Elektroden 140, 150 und dem Isolator 160 positioniert sind. Der Stempel 170 schafft in einigen Ausführungsformen (veranschaulicht in 3) den fertigen Niet 127, der den Kopf 129 aufweist.
  • Der Schaft 172 liefert ein Mittel zum Steuern der Bewegung und Richtung der Sondenspitze 174 während eines Stanzens. In einigen Ausführungsformen ist der Schaft 172 eine in der Hand gehaltene Vorrichtung, die von einem Bediener während eines Stanzens benutzt wird. In solchen Ausführungsformen kann der Schaft 172 Elemente wie zum Beispiel Handgriffe oder andere Merkmale, um einen einfachen Einsatz zu erleichtern, einschließen. In einigen Ausführungsformen ist der Schaft 172 eine Vorrichtung, die in einen Roboter oder eine andere Betriebsvorrichtung eingesetzt ist, welche eine Bewegung des Schafts 172 während des Stanzens ausführt.
  • Die Sondenspitze 174 schließt ein Formstück (engl. molding) ein, das die Geometrie des fertiggestellten Niets 127 erzeugt. Zum Beispiel weist die in 1 und 2 veranschaulichte Sondenspitze 174 eine Kuppelgeometrie auf. In solchen Ausführungsformen ist der Stempel 170 derart ausgelegt, dass während Werkzeugwechsel der Stempel 170 durch eine beliebige Sondenspitze 174, die für eine gewünschte Anwendung geeignet ist, bequem ersetzt werden kann. Zum Beispiel kann eine Sondenspitze mit Kuppelkopf schnell ohne zusätzliche Zeit, um die gesamte Stempelanordnung 130 auszuwechseln, gegen eine Sondenspitze mit Rosettenkopf ausgetauscht werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Sondenspitze 174 während einer Kompression erwärmt werden. Wo die Sondenspitze 174 erwärmt wird, wird zusätzliche thermische Energie zum Material des Bolzens 125 übertragen, was beim Umformen hilft. Zusätzliche thermische Energie kann wünschenswert sein, wo ein Erwärmen des ersten Werkstücks 110 eine Verformung an dem Material oder dem Loch hervorrufen kann. Wo zum Beispiel die Glasübergangstemperatur des Bolzens 125 höher als diejenige des ersten Werkstücks 110 ist, kann ein Erwärmen der Sondenspitze 174 wünschenswert sein.
  • In der (im Detail nicht dargestellten) in Betracht gezogenen Ausführungsform wird Material des Bolzens 125 durch Energie von der Sondenspitze 174 wie unter anderem zum Beispiel Ultraschallenergie und Laserenergie erwärmt. Wo der Bolzen 125 durch Kontakt mit der Sondenspitze 174 erweicht wird, mögen die Elektroden 140, 150 nicht erforderlich sein. Stattdessen erzeugt die Energie von der Sondenspitze 174, zum Beispiel als Sonotrode dienend, ausreichend Energie, um das Material des Bolzens 125 zu erweichen. Der Stempel 170 formt dann das erweichte Material des Bolzens 125, was den fertiggestellten Niet 127 bildet.
  • Der Kopf 129 des fertiggestellten Niets 127 kann für eine bestimmte Anwendung bemessen und geformt sein. Zum Beispiel kann die Sondenspitze 174 dafür eingerichtet sein, eine Geometrie wie unter anderem zum Beispiel einen Kuppelkopf, einen ausgehöhlten Niet und einen Senkniet, einen Rosettenkopf zu erzeugen. Die Form des Kopfes 129 kann in Bezug auf die erste Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 ein Hochprofil oder Niederprofil einschließen.
  • Die Anfangsposition 210 der Sondenspitze 174 ist ungefähr bündig mit einer Oberseite der Elektroden 140, 150 positioniert. In dieser Position wurde die Sondenspitze 174 nicht komprimiert, um den Bolzen 125 zu berühren.
  • In der eingesetzten Position 220 wird der Stempel 170 komprimiert, um Material des Bolzens 125 umzuformen, was den fertigen Niet 127 erzeugt. Die Sondenspitze 174 bewegt sich entlang einem Hohlraum, der durch die Elektroden 140, 150 und den Isolator 160 gebildet wird.
  • In einigen Ausführungsformen ist, wo das erste Werkstück 110 und das zweite Werkstück 120 aus ähnlichen, nicht leitfähigen Materialien bestehen, eine Unterlegscheibe 180 vorhanden, um während eines Wärmekontaktnietens für Leitfähigkeit zu sorgen. Wenn zum Beispiel die Werkstücke 110, 120 beide ein Polymerverbundmaterial sind, kann die Unterlegscheibe 180 vorhanden sein, um für Leitfähigkeit zu sorgen. Die Unterlegscheibe 180 ist auf der ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 (wie in 1 und 3 veranschaulicht) positioniert.
  • Die Unterlegscheibe 180 besteht aus einem leitfähigen Material (zum Beispiel Metall oder Metallverbundmaterial). Wo das den Durchbruch 115 enthaltende Werkstück (zum Beispiel erstes Werkstück 110) aus einem leitfähigen Material besteht, kann ein Wärmekontaktnieten ohne die Unterlegscheibe 180 stattfinden. Wo zum Beispiel das erste Werkstück 110 eine Legierung (zum Beispiel Aluminiumlegierungen) ist und das zweite Werkstück 120 ein thermoplastischer Kunststoff (zum Beispiel kohlefaserverstärktes/Nylonverbundmaterial) ist, kann die Formgebung bzw. Ausbildung des fertiggestellten Niets 127 ohne das Vorhandensein der Unterlegscheibe 180 stattfinden, da das Legierungsmaterial des zweiten Werkstücks 120 eine leitfähige Funktion ähnlich der Unterlegscheibe 180 erfüllt.
  • Wo die Unterlegscheibe 180 nicht vorhanden ist, soll die Erweichungstemperatur für das zweite Werkstück 120 die Schmelztemperatur des ersten Werkstücks 110 nicht überschreiten. In dem obigen Beispiel, in dem das erste Werkstück 110 eine Legierung und das zweite Werkstück 120 ein thermoplastischer Kunststoff ist, hat das Legierungsmaterial des ersten Werkstücks 110 eine höhere Schmelztemperatur als diejenige des thermoplastischen Kunststoffs des zweiten Werkstücks 120.
  • Verfahren zum Verbinden - Figur 3
  • 3 veranschaulicht ein Verbinden des ersten Werkstücks 110 und des zweiten Werkstücks 120 unter Verwendung der Stempelanordnung 130 zum Wärmekontaktnieten. Das Wärmekontaktnieten ist vorteilhaft, da eine lokale Erwärmung einen geringen oder keinen Schaden an umgebenden Komponenten zur Folge hat.
  • Obgleich das Hauptbeispiel hierin ein Verbinden des ersten Werkstücks 110 und des zweiten Werkstücks 120 beschreibt, kann die Technologie auch verwendet werden, um drei oder mehr Werkstücke zu verbinden. Jedes zusätzliche Werkstück enthält Durchbrüche 115, welche eine Aufnahme des Bolzens 125 erlauben. Jedes zusätzliche Werkstück kann ähnliche Charakteristiken (zum Beispiel Materialzusammensetzung) und Merkmale (zum Beispiel Prägung) des ersten Werkstücks 110 aufweisen. Wo zusätzliche Werkstücke verbunden werden, ist die Höhe 126 des Bolzens 125 so verlängert, dass ein Teil des Bolzens 125 aus der ersten Oberfläche des ersten Werkstücks 110 vorsteht, um einen Kontakt mit der Stempelanordnung 130 zur Ausbildung des fertigen Niets 127 zu ermöglichen.
  • Bei Schritt 310 wird der Durchbruch 115 des ersten Werkstücks 110 positioniert, um den Bolzen 125 des zweiten Werkstücks 120 aufzunehmen. Der Bolzen 125 des zweiten Werkstücks 120 steht durch den Durchbruch 115 in dem ersten Werkstück 110 vor, das an Ort und Stelle gekoppelt bzw. verbunden werden soll. Die Werkstücke 110, 120 werden zum Verbinden mit einer Klemmkraft positioniert, die auf die Werkstücke 110, 120 beaufschlagt wird. Komponenten wie unter anderem zum Beispiel Federkolben können dafür ausgelegt sein, die Stempelanordnung 130 auf die erste Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 zu komprimieren und einen geeigneten Kontakt zwischen den Werkstücken 110, 120 sicherzustellen.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann, wo das erste Werkstück 110 und das zweite Werkstück 120 beide aus nicht leitfähigen Materialien bestehen, die Unterlegscheibe 180 vorhanden sein, um während eines Wärmekontaktnietens für Leitfähigkeit zu sorgen. Wo jedoch das den Durchbruch 115 enthaltende Werkstück (zum Beispiel erste Werkstücke 110) ein leitfähiges Material enthält, kann ein Wärmekontaktnieten ohne das Vorhandensein der Unterlegscheibe 180 stattfinden, da das Material des Werkstücks eine leitfähige Funktion ähnlich der Unterlegscheibe 180 erfüllt.
  • Bei Schritt 320 wird auf die erste Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 Energie angewendet. In einigen Ausführungsformen wird Energie (zum Beispiel elektrischer Strom) unter Verwendung der Elektroden 140, 150, die oben beschrieben wurden, auf das erste Werkstück 110 angewendet. Ein Energieübertragungsbereich 325 (der als ein durch einen Satz gestrichelter Linien definierter Bereich veranschaulicht ist) bildet sich anfangs, wo die Elektroden 140, 150 mit der ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 in Kontakt stehen. Der Wärmeübertragungsbereich 325 dehnt sich in Richtung des Bolzens 125 aus, während die Elektroden 140, 150 weiter arbeiten. Anders gesagt findet ein indirektes Erwärmen des Bolzens 125 mittels konduktiver Energieübertragung zwischen dem Material des ersten Werkstücks 110 und dem Material des Bolzens 125 statt. Ein indirektes Erwärmen erweicht Material des Bolzens 125, was letztendlich erlaubt, dass sich der fertiggestellte Niet 127 während eines Stanzens ausbildet.
  • In einigen Ausführungsformen wird zusätzlich zur ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 oder stattdessen Energie auf den Stempel 170 angewendet. Während die Elektroden 140, 150 die Temperatur des Stempels 170 erhöhen, erweicht ein direktes Erwärmen von Material innerhalb des Bolzens 125, was letztendlich erlaubt, dass sich der fertiggestellte Niet 127 während eines Stanzens ausbildet. Andere oder komplementäre Ausführungsformen können heiße Luft (Heißluftnieten), ein geheiztes Werkzeug (thermisches Nieten), Ultraschall (Ultraschallnieten) oder Infrarotlicht (unter Verwendung von Strahlung als Wärmeübertragungsmodus) nutzen, um den Stempel 170 zu erwärmen.
  • Bei Schritt 330 beginnt eine Ausbildung des fertigen Niets 127 durch Kompressionskraft (veranschaulicht als ein Pfeil), die auf die Stempelanordnung 130 ausgeübt wird. Die Stempelanordnung 130 wird für eine vorbestimmte Haltezeit auf den Bolzen 125 gedrückt, um den fertigen Niet 127 auszubilden. Fortschreitendes Erweichen von Material des Bolzens 125 unter kontinuierlichem Druck bildet den den Kopf 129 enthaltenden fertigen Niet 127. Konkret berührt die Sondenspitze 174 Material des Bolzens 125, welches weich wird und einen innerhalb der Sondenspitze 174 (zum Beispiel einen Kuppelhohlraum wie veranschaulicht) ausgebildeten Hohlraum füllt.
  • Während eines Formens dehnt sich der Energieübertragungsbereich 325 aus, so dass er zusätzliches Material des ersten Werkstücks 110 einschließt. Eine Ausdehnung des Energieübertragungsbereichs 325 (veranschaulicht als dunkle Linien) bildet einen Hochtemperaturbereich 335 an der Grenzfläche des Durchbruchs 115 und des Bolzens 125. Der Hochtemperaturbereich 335 schafft eine indirekte Erwärmung des Materials des Bolzens 125, was bei einer Ausbildung des fertiggestellten Niets 127 während einer Kompression durch den Stempel 170 hilft.
  • Eine Ausbildung des Niets kann unter geringer Einwirkung (zum Beispiel eine Kraft von 15 - 25 Pfund) stattfinden, wo der Bolzen 125 gleichmäßig durch eine direkte Erwärmung oder indirekte Erwärmung erwärmt und eine geringe Kraft aufgewendet wird. Während einer Ausbildung unter geringer Einwirkung bezieht sich der Betrag der Kraft, die bei einer Ausbildung des fertiggestellten Niets 127 erforderlich ist, direkt auf das Material und Durchmesser 128 des Bolzens 125. Zusätzlich kann eine Ausbildung unter geringer Einwirkung vorteilhaft sein, um eine Schädigung an Komponenten in der Nähe eines durch Wärmekontaktnieten beeinflussten Bereichs zu verhindern.
  • In einigen Ausführungsformen wird der Stempel 170 durch die Elektroden 140, 150 erwärmt und mit dem Material des Bolzens 125 komprimiert, das durch den Durchbruch 115, über die erste Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110 hinaus vorsteht. Am Ende des Erwärmungszyklus werden die Elektroden 140, 150 abgeschaltet, und der Kolben 170 wird aktiviert, welcher über erweichtem Material des Bolzens 125 formt.
  • In einigen Ausführungsformen schließt die vorbestimmte Haltezeit ein Kühlen des Kolbens 170 ein. Kühlen kann nützlich sein, wo das Material des Bolzens 125 durch den Stempel 170 direkt erwärmt wird. In diesen Ausführungsformen kann der Stempel 170 auf dem erweichten Material des Bolzens 125 gehalten werden, bis das Material den fertiggestellten Niet 127 ausbildet. Alternativ dazu oder in Kombination damit kann der Stempel 170 gekühlt (zum Beispiel gekühlte Luft) werden, bis das Material den fertiggestellten Niet 127 ausbildet.
  • Während einer Formgebung kann auch die Prägung 118 eine zusätzliche Koppelung bzw. Verzahnung schaffen. Die Prägung 118 auf der ersten Oberfläche 112 des ersten Werkstücks 110, in Kontakt mit der Stempelanordnung 130, beginnt, Material des Bolzens 125, das der Kopf 125 wird, zu verformen, abzuflachen und/oder sich damit zu verbinden, während die Stempelanordnung 130 eine Erwärmung und Kompressionskraft erzeugt. Die Prägung 118 auf der zweiten Oberfläche des ersten Werkstücks 110, in Kontakt mit dem zweiten Werkstück 120, beginnt, sich zu verformen, abzuflachen und mit Material von dem zweiten Werkstück 120 zu füllen, um eine Koppelung zwischen den Werkstücken 110, 120 zu verbessern.
  • Bei Schritt 340 zieht sich, nachdem die vorbestimmte Haltezeit abgelaufen ist, die Stempelanordnung 130 entweder manuell oder automatisch zurück. Wenn verbunden, bildet der Bolzen 125 den fertiggestellten Niet 127, der den Kopf 129 in einigen Ausführungsformen einschließt.
  • Merkmale der vorliegenden Technologie auswählen
  • Viele Merkmale der vorliegenden Technologie sind hierin oben beschrieben. Der vorliegende Abschnitt präsentiert zusammengefasst einige ausgewählte Merkmale der vorliegenden Technologie. Der vorliegende Abschnitt hebt nur einige der vielen Merkmale der Technologie hervor.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Technologie besteht darin, dass die Werkstücke unter Ausnutzung einer einseitigen oder doppelseitigen Erwärmung einer Stempelanordnung verbunden werden. Die Stempelanordnung enthält zwei oder mehr Elektroden, die für eine vorbestimmte Zeitspanne, während der ein Stempel in Material eines Bolzens gedrückt wird, in einen leitfähigen Zustand geschaltet werden.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Technologie besteht darin, dass das Verbindungssystem eine indirekte Erwärmung des Bolzens nutzt, um den Niet auszubilden. Das Wärmekontaktnieten wird durch konduktives Erwärmen eines Bolzenmaterials über indirekte Erwärmung eines Werkstückmaterials geschaffen. Eine gezielte Wärmeübertragung auf Material des ersten Werkstücks macht Material des Bolzens durch konduktive Erwärmung weich, was somit eine Wärmeübertragung auf den Bolzen minimiert. Das konduktive Erwärmen des Materials des Bolzens erleichtert ein Erweichen dieses Materials, welches dann umgeformt werden kann, um den fertiggestellten Niet herzustellen, der die Werkstücke verbindet.
  • Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Technologie besteht darin, dass die Stempelanordnung dafür eingerichtet ist, verschiedene Nietgeometrien auszubilden. Der Stempel innerhalb der Stempelanordnung ist so entworfen, dass der Stempel gegen verschiedene Sondenspitzen, die für eine gewünschte Anwendung geeignet sind, während Werkzeugwechsel ausgetauscht werden kann.
  • Schlussfolgerung
  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind nur Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen in Kombination davon verkörpert werden können.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks (110) mit einem zweiten Werkstück (120), wobei das erste Werkstück (110) eine erste Oberfläche (112), eine der ersten Oberfläche (112) gegenüberliegende zweite Oberfläche (114) und einen Durchbruch (115) mit einer ersten Breite aufweist, wobei das zweite Werkstück (120) eine dritte Oberfläche (122) und einen von der dritten Oberfläche (122) ausgehenden Bolzen (125) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Positionieren des ersten Werkstücks (110) dem zweiten Werkstück (120) benachbart, wobei die zweite Oberfläche (114) die dritte Oberfläche (122) berührt, wo sich der Bolzen (125) durch den Durchbruch (115) erstreckt; Positionieren, axial zu einer Mittellinie des Bolzens (125), einer Stempelvorrichtung (130) mit (i) einer ersten Elektrode (140), die angeordnet und dafür eingerichtet ist, die erste Oberfläche (112) dem Durchbruch (115) benachbart und dem Bolzen (125) benachbart zu berühren, (ii) einer zweiten Elektrode (150), die von der ersten Elektrode (140) elektrisch isoliert ist und angeordnet und dafür eingerichtet ist, die erste Oberfläche (112) dem Durchbruch (115) benachbart und dem Bolzen (125) benachbart zu berühren, und (iii) einem Stempel (170), der zwischen der ersten Elektrode (140) und der zweiten Elektrode (150) beweglich positioniert ist; Anwenden von Energie unter Verwendung der ersten Elektrode (140) und der zweiten Elektrode (150), um Material des Bolzens (125) durch Erwärmen des ersten Werkstücks (110) zu erweichen; und Komprimieren, unter Verwendung der Stempelvorrichtung (130), des erweichten Materials des Bolzens (125), was einen Niet (127) ergibt, der eine Verbindung schafft, die das erste Werkstück (110) und das zweite Werkstück (120) verbindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Stempel (170) eine Sondenspitze mit einem Hohlraum einer ersten vorbestimmten Geometrie enthält, die in dem Niet (127) einen konvexen Kopf (129) entsprechend der ersten vorbestimmten Geometrie ausbildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Werkstück (110), den Durchbruch (115) zumindest teilweise umgebend, ein geprägtes Muster (118) mit Vorsprüngen auf der ersten Oberfläche (112) und Vertiefungen auf der zweiten Oberfläche (114) umfasst, wobei die Vorsprünge dafür eingerichtet sind, eine Koppelung zwischen der ersten Oberfläche (112) und dem erweichten Material des Bolzens (125) zu verbessern, und die Vertiefungen dafür eingerichtet sind, eine Koppelung zwischen der zweiten Oberfläche (114) und der dritten Oberfläche (122) zu verbessern.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Positionieren, zwischen der ersten Oberfläche (112) und einem Rand einer Sondenspitze, einer Unterlegscheibe (180), um die erste Oberfläche (112) zu berühren.
  5. Durch Wärmekontaktnieten verbundenes System (100), mit: einem ersten Werkstück (110) mit einer ersten Oberfläche (112), einer der ersten Oberfläche (112) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (114) und einem Durchbruch (115) mit einer ersten Breite; und einem zweiten Werkstück (120) mit einer dritten Oberfläche (122), die die zweite Oberfläche (114) berührt, wobei das zweite Werkstück (120) mit dem ersten Werkstück (110) durch einen Niet (127) verbunden ist, der sich von der dritten Oberfläche (122) durch den Durchbruch (115) an der zweiten Oberfläche (114) und aus dem Durchbruch (115) an der ersten Oberfläche (112) erstreckt und einen Kopf (129) außerhalb des Durchbruchs (115) aufweist, der eine zweite Breite größer als die erste Breite hat, wodurch der Niet (127), und so das zweite Werkstück (120), an dem ersten Werkstück (110) befestigt wird, wobei das System (100) geschaffen wird durch: Positionieren des ersten Werkstücks (110) dem zweiten Werkstück (120) benachbart, wobei die zweite Oberfläche (114) die dritte Oberfläche (122) berührt, wo sich der Bolzen (125) durch den Durchbruch (115) erstreckt; Positionieren, axial zu einer Mittellinie des Bolzens (125), einer Stempelvorrichtung (130) mit (i) einer ersten Elektrode (140), die angeordnet und dafür eingerichtet ist, die erste Oberfläche (112) dem Durchbruch (115) benachbart und dem Bolzen (125) benachbart zu berühren, (ii) einer zweiten Elektrode (150), die von der ersten Elektrode (140) elektrisch isoliert und angeordnet und dafür eingerichtet ist, die erste Oberfläche (112) dem Durchbruch (115) benachbart und dem Bolzen (125) benachbart zu berühren, und (iii) einem Stempel (170), der zwischen der ersten Elektrode (140) und der zweiten Elektrode (150) beweglich positioniert ist; Anwenden von Energie unter Verwendung der ersten Elektrode (140) und der zweiten Elektrode (150), um Material des Bolzens (125) durch Erwärmen des ersten Werkstücks (110) zu erweichen; und Komprimieren, unter Verwendung der Stempelvorrichtung (170), des erweichten Materials des Bolzens (125), was einen Niet (127) ausbildet, der eine Verbindung schafft, die das erste Werkstück (110) und das zweite Werkstück (120) verbindet.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6006822B2 (ja) * 2015-03-19 2016-10-12 富士重工業株式会社 樹脂部材
DE102016213501A1 (de) * 2016-07-22 2018-01-25 Continental Automotive Gmbh Füllstandsgeber
DE102016118109A1 (de) 2016-09-26 2018-03-29 Newfrey Llc Fügeverfahren zum vorlochfreien Verbinden von wenigstens einem ersten Bauteil mit einem zweiten Bauteil
US11046015B2 (en) * 2017-05-31 2021-06-29 Yibo Su System and apparatus for fiber reinforced thermoplastics joiner
US20180345586A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 Yibo Su System and Apparatus for Fiber Reinforced Thermoplastics Joiner
KR20190007259A (ko) 2017-07-12 2019-01-22 현대자동차주식회사 초음파 융착형 휠 공명기
DE102017008170A1 (de) * 2017-08-31 2019-02-28 Webasto SE Kunststoffbauteil mit daran verankertem Anbauteil
US10688731B2 (en) * 2018-01-30 2020-06-23 Te Connectivity Corporation System and method for bonding structural components
DE102018002085A1 (de) * 2018-03-15 2019-09-19 bdtronic GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Vernieten von Bauteilen
US10968873B2 (en) * 2019-06-10 2021-04-06 Mann+Hummel Gmbh Hydrocarbon adsorber apparatus and fixation method thereof
DE102019126027A1 (de) * 2019-09-26 2021-04-01 Georg Emeis Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Widerstandserwärmung
DE102020109908A1 (de) * 2020-04-08 2021-10-14 Preh Gmbh Fügeverfahren unter Herstellung einer verbesserten heißverstemmten Nietverbindung
JP7248620B2 (ja) * 2020-05-15 2023-03-29 矢崎総業株式会社 基板支持構造および基板支持構造の形成方法
DE102020130999B4 (de) 2020-11-24 2022-06-30 Minebea Mitsumi Inc. Thermode
JP7588845B2 (ja) 2021-07-14 2024-11-25 ムネカタインダストリアルマシナリー株式会社 熱カシメ発熱体、熱カシメユニット、および熱カシメ装置
DE102024206898A1 (de) * 2024-07-23 2026-01-29 Aumovio Autonomous Mobility Germany Gmbh Kamerasystem mit athermalisiertem Fokus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1658883A1 (de) 1966-09-07 1971-10-28 Ironflex Ag Verfahren zum Befestigen einer Deck- oder Isolationsfolie
DE2249003A1 (de) 1972-10-06 1973-10-18 Zaengl Gmbh Elektrischer schneidkopf zum schneiden von loechern
US6298533B1 (en) 1998-12-02 2001-10-09 Sony Corporation Assembling device for disc cartridge
DE102014111257A1 (de) 2013-08-08 2015-02-12 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Systeme und verfahren zum fügen von polymer- verbundwerkstoffen mithilfe einer leitfähigen tinte und eines leitfähigen niets

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2103002C (en) * 1993-11-12 2000-10-24 Ernest R. Bodnar Hot rolled beam and method of manufacture
DE10038158C5 (de) * 2000-08-04 2007-09-20 Kiefel Ag Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Gegenständen mittels plastisch verformbarer Verbindungskörper
JP2002187207A (ja) * 2000-12-22 2002-07-02 Kasai Kogyo Co Ltd 部品取付け用ブラケットの固定構造
US20020187020A1 (en) * 2001-06-11 2002-12-12 Julien Gerald J. Nitinol washers
CN100377861C (zh) * 2004-09-21 2008-04-02 光宝科技股份有限公司 组装结构
US9403318B2 (en) * 2013-02-07 2016-08-02 GM Global Technology Operations LLC Heat stake joining of adhesively bonded thermoplastic components

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1658883A1 (de) 1966-09-07 1971-10-28 Ironflex Ag Verfahren zum Befestigen einer Deck- oder Isolationsfolie
DE2249003A1 (de) 1972-10-06 1973-10-18 Zaengl Gmbh Elektrischer schneidkopf zum schneiden von loechern
US6298533B1 (en) 1998-12-02 2001-10-09 Sony Corporation Assembling device for disc cartridge
DE102014111257A1 (de) 2013-08-08 2015-02-12 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Systeme und verfahren zum fügen von polymer- verbundwerkstoffen mithilfe einer leitfähigen tinte und eines leitfähigen niets

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CN105922562B (zh) 2018-10-16
US10099423B2 (en) 2018-10-16
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US20160250804A1 (en) 2016-09-01

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