DE102023004675B3

DE102023004675B3 - Arrangement and method for joining components

Info

Publication number: DE102023004675B3
Application number: DE102023004675.2A
Authority: DE
Inventors: Ingo Seitz
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-11-16
Filing date: 2023-11-16
Publication date: 2025-05-08
Anticipated expiration: 2043-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zum Fügen von Bauteilen (B1, B2) mittels mindestens eines Fügeelementes (2).Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung (1) eine Fügevorrichtung (3), die aufweist:- ein aktorisch angetriebenes Fügewerkzeug (4), welches ausgebildet ist zum Eintreiben des Fügeelementes (2) an einer Fügestelle in die zu fügenden Bauteile (B1, B2), und- eine Laserstrahlerwärmungsvorrichtung (5) oder Plasmastrahlerwärmungsvorrichtung, welche ausgebildet ist zum Erwärmen der Fügestelle vor dem Eintreiben des Fügeelementes (2).Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen (B1, B2).The invention relates to an arrangement (1) for joining components (B1, B2) by means of at least one joining element (2). According to the invention, the arrangement (1) comprises a joining device (3) which has: - an actuator-driven joining tool (4) which is designed to drive the joining element (2) into the components (B1, B2) to be joined at a joining point, and - a laser beam heating device (5) or plasma beam heating device which is designed to heat the joining point before driving in the joining element (2). Furthermore, the invention relates to a method for joining components (B1, B2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement and a method for joining components according to the features of the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind, wie in der EP 1 269 029 B1 beschrieben, ein Verfahren zum Setzen eines Blindniets bekannt. Der Blindniet besteht aus einem eine Sollbruchstelle aufweisenden Nietdorn, einem Nietkopf, einem becher- oder hülsenförmig ausgebildeten Nietschaft, einem auf der Sollbruchstellenseite des Nietdorns befindlichen Stangenkopf und einem Nietkopfkragen zur Anlage an ein Werkstück. Das Setzen des Blindniets erfolgt mittels einer dafür geeigneten Vorrichtung, durch welche die auf den Nietdorn in Setzrichtung wirkenden Kräfte der Vorrichtung in Richtung und entlang der Nietdornmittelachse geleitet werden, so dass der angetriebene Blindniet nietschaftseitig voran ein oder mehrere zu verbindende Werkstücke bis zum Anschlag durchbohrt, um dann im nächsten Verfahrensschritt bei gleichzeitiger Gegenhaltung des Nietkopfes den Nietdorn entgegen der Setzrichtung zu ziehen, wobei sich bis zur Abtrennung des Nietdorns aufgrund der Überschreitung der für die Sollbruchstelle vorgegebenen Kraft auf der dem Nietkopf gegenüberliegenden Seite des Nietschaftes eine verbindungsschaffende Aufweitung bildet.The state of the art, as described in the EP 1 269 029 B1 described, a method for setting a blind rivet is known. The blind rivet consists of a rivet mandrel with a predetermined breaking point, a rivet head, a cup-shaped or sleeve-shaped rivet shank, a rod head located on the predetermined breaking point side of the rivet mandrel, and a rivet head collar for contact with a workpiece. The blind rivet is set using a suitable device through which the forces of the device acting on the rivet mandrel in the setting direction are directed in the direction of and along the rivet mandrel center axis, so that the driven blind rivet, on the rivet shank side first, pierces one or more workpieces to be joined up to the stop, in order to then, in the next process step, pull the rivet mandrel against the setting direction while simultaneously counter-holding the rivet head, whereby a connection-creating widening forms on the side of the rivet shank opposite the rivet head until the rivet mandrel is severed due to the force specified for the predetermined breaking point being exceeded.

Des Weiteren wird in der DE 10 2016 210 115 A1 ein Verfahren zum Herstellen einer Nietverbindung eines Faserverbundbauteils beschrieben. Ein erstes Bauteil, welches einen Faserverbundwerkstoff enthält, wird in einem Überlappstoß mit einem zweiten Bauteil positioniert. Durch Laserstrahlbohren wird ein gemeinsames Durchgangsloch zumindest in dem ersten Bauteil erzeugt. Ein Niet wird in das Durchgangsloch eingesetzt. Der Niet wird mit dem ersten und mit dem zweiten Bauteil befestigt.Furthermore, the DE 10 2016 210 115 A1 A method for producing a riveted joint of a fiber composite component is described. A first component containing a fiber composite material is positioned in a lap joint with a second component. Laser drilling creates a common through-hole at least in the first component. A rivet is inserted into the through-hole. The rivet is fastened to the first and second components.

Zudem ist aus der EP 0 894 986 B1 ein Blindniet bekannt.In addition, the EP 0 894 986 B1 a blind rivet is known.

Aus der DE 41 14377 A1 ist ein Handgerät zum Setzen eines selbstbohrenden Blindnietbefestigers bekannt, der eine Antriebsvorrichtung und ein an diese ankuppelbares Gehäuse umfasst.From the DE 41 14377 A1 A hand-held device for setting a self-drilling blind rivet fastener is known, which comprises a drive device and a housing that can be coupled to it.

Aus der WO 2015107350 A1 ist ein Verfahren zum Einsetzen eines Niets in ein Werkstück bekannt. Der Niet wird beim Kontakt zum Werkstück relativ zum Werkstück um seine Längsachse gedreht. Die Geschwindigkeit dieser Drehung oder die Geschwindigkeit der Bewegung entlang der Längsachse des Niets wird mindestens einmal geändert, bevor das Eintreiben des Niets in das Werkstück abgeschlossen ist.From the WO 2015107350 A1 A method for inserting a rivet into a workpiece is known. Upon contact with the workpiece, the rivet is rotated relative to the workpiece about its longitudinal axis. The speed of this rotation, or the speed of movement along the rivet's longitudinal axis, is changed at least once before the rivet is completely driven into the workpiece.

Die DE 10 2017 114 560 A1 offenbart einen Niet mit einem im Wesentlichen zylindrischen oder konischen Schaft und einem Kopf, der auf der zum Schaft hin befindlichen Oberfläche des Kopfes eine Beschichtung mit thermoplastischem Material aufweist, und die restliche Oberfläche des Niets im Wesentlichen frei von einer Beschichtung mit thermoplastischem Material ist.The DE 10 2017 114 560 A1 discloses a rivet having a substantially cylindrical or conical shank and a head having a coating of thermoplastic material on the surface of the head facing the shank, and the remaining surface of the rivet being substantially free of a coating of thermoplastic material.

Die DE 10 2021 121 084 A1 beschreibt eine Fügewerkzeugeinheit mit einem Niederhalter und einem linear bewegbaren Werkzeug und einem Werkzeuggegenelement, wobei der Niederhalter und das Werkzeuggegenelement sich gegenüberliegend vorhanden sind. Der Niederhalter weist ein Lichtleitungssystem auf, das einen Lichtstrahl auf die Fügestelle des Werkstücks leitet. Das Lichtleitungssystem ist derart am Niederhalter angeordnet, dass der Lichtstrahl ausschließlich in einem Winkel größer 0° zu einer Bewegungsachse des linear bewegbaren Werkzeugs auf die Fügestelle einstrahlt.The DE 10 2021 121 084 A1 describes a joining tool unit with a hold-down device, a linearly movable tool, and a tool counter-element, wherein the hold-down device and the tool counter-element are arranged opposite one another. The hold-down device has a light guide system that directs a light beam onto the joining point of the workpiece. The light guide system is arranged on the hold-down device in such a way that the light beam shines onto the joining point exclusively at an angle greater than 0° to a movement axis of the linearly movable tool.

Aus der DE 11 2007 001 331 B4 ist ein Verfahren zum Verbinden von Elementen bekannt, welches das Verbessern der Formbarkeit mindestens eines Abschnitts mindestens eines der Elemente unter Verwendung eines Lasers umfasst. Das Verbinden der Elemente erfolgt unter Verwendung eines selbstdurchstoßenden Niets, wobei die Laserstrahlerzeugungseinrichtung in einem Abstand von den zu verbindenden Elementen angeordnet ist.From the DE 11 2007 001 331 B4 A method for joining elements is known, which comprises improving the formability of at least a portion of at least one of the elements using a laser. The elements are joined using a self-piercing rivet, with the laser beam generating device arranged at a distance from the elements to be joined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anordnung und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Fügen von Bauteilen anzugeben.The invention is based on the object of providing an arrangement and a method for joining components that is improved compared to the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zum Fügen von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 6.The object is achieved according to the invention by an arrangement for joining components having the features of claim 1 and a method for joining components having the features of claim 6.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Eine Anordnung zum Fügen von Bauteilen mittels mindestens eines Fügeelementes weist eine Fügevorrichtung auf. Die Fügevorrichtung weist ein aktorisch angetriebenes Fügewerkzeug auf, welches ausgebildet ist zum Eintreiben des Fügeelementes an einer Fügestelle in die zu fügenden Bauteile, d. h. insbesondere in ein Bauteilmaterial der zu fügenden Bauteile. Des Weiteren weist die Fügevorrichtung eine Laserstrahlerwärmungsvorrichtung oder Plasmastrahlerwärmungsvorrichtung auf, welche ausgebildet ist zum Erwärmen der Fügestelle vor dem Eintreiben des Fügeelementes.An arrangement for joining components using at least one joining element comprises a joining device. The joining device comprises an actuator-driven joining tool, which is designed to drive the joining element into the components to be joined at a joining point, i.e., in particular into a component material of the components to be joined. Furthermore, the joining device comprises a laser beam heating device or plasma beam heating device, which is designed to heat the joining point before driving in the joining element.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fügen von Bauteilen mittels dieser Anordnung wird die Fügestelle mittels der Laserstrahlerwärmungsvorrichtung oder Plasmastrahlerwärmungsvorrichtung erwärmt und anschließend wird das Fügeelement mittels des Fügewerkzeugs an der Fügestelle in die zu fügenden Bauteile eingetrieben, d. h. insbesondere in das erwärmte Bauteilmaterial der zu fügenden Bauteile eingetrieben.In a method according to the invention for joining components by means of this arrangement, the joining point is heated by means of the laser beam heating device or plasma beam heating device and then the joining element is driven into the components to be joined by means of the joining tool at the joining point, ie in particular into the heated component material of the components to be joined.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht insbesondere ein automatisiertes Fügen von Bauteilen.The solution according to the invention enables, in particular, automated joining of components.

Durch das Eintreiben des Fügeelementes ist es nicht erforderlich, zunächst ein Loch in die Bauteile einzubringen, diese danach aufwändig exakt übereinander zu positionieren, so dass sich die Löcher in den Bauteilen überdecken, und dann das Fügeelement in die Löcher einzuführen.By driving in the joining element, it is not necessary to first make a hole in the components, then laboriously position them precisely on top of each other so that the holes in the components overlap, and then insert the joining element into the holes.

Durch das erfindungsgemäße Erwärmen der Fügestelle und somit des Bauteilmaterials wird das Bauteilmaterial duktiler und somit umformbarer. Dadurch wird das darauf folgende Eintreiben des Fügeelementes erheblich erleichtert. Beispielsweise wird es dadurch auch ermöglicht, Bauteile aus höherfestem, insbesondere hochfestem oder höchstfestem, Material, auf die beschriebene Weise zu fügen. Beispielsweise können Bauteile aus höchstfestem Stahl und/oder Bauteile aus sprödem Aluminiumdruckguss auf die beschriebene Weise gefügt werden. Bei dem spröden Aluminiumdruckguss bestünde bei einem Eintreiben des Fügeelementes in das kalte Material die Gefahr von Abplatzungen am Bauteil. Auch hier hat die Erwärmung einen positiven Einfluss auf die Umformeigenschaften, so dass diese Gefahr vermieden oder zumindest erheblich reduziert wird.By heating the joint and thus the component material according to the invention, the component material becomes more ductile and thus more formable. This significantly facilitates the subsequent driving in of the joining element. For example, it also makes it possible to join components made of higher-strength, in particular high-strength or ultra-high-strength, material in the manner described. For example, components made of ultra-high-strength steel and/or components made of brittle die-cast aluminum can be joined in the manner described. With brittle die-cast aluminum, driving the joining element into the cold material would pose a risk of spalling on the component. Here, too, heating has a positive influence on the forming properties, so that this risk is avoided or at least significantly reduced.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit insbesondere das Fügen von Bauteilen aus Materialien, die im kalten Zustand, d. h. insbesondere bei Raumtemperatur, aufgrund physikalischer Grenzen bei einer Anlagetechnik und beim verwendeten Fügeelement nicht mittels Eintreiben des Fügeelementes gefügt werden können, so dass stets vor dem Fügen das Einbringen eines Lochs für das Fügeelement in das jeweilige Bauteil, das exakte Positionieren der Löcher der Bauteile übereinander und das Einführen des Fügeelementes in die Löcher erforderlich wäre. Dies ist jedoch insbesondere im Fahrzeugbau zu aufwändig und kostenintensiv.The solution according to the invention thus enables, in particular, the joining of components made of materials that cannot be joined by driving the joining element in the cold state, i.e., particularly at room temperature, due to physical limitations of the system technology and the joining element used. This would always require the drilling of a hole for the joining element in the respective component, the precise positioning of the holes in the components one above the other, and the insertion of the joining element into the holes prior to joining. However, this is too complex and cost-intensive, particularly in vehicle construction.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird dies vermieden, so dass die erfindungsgemäße Lösung sich insbesondere zum einseitigen Fügen von Bauteilen im Fahrzeugkarosseriebau eignet, insbesondere zum Fügen von artfremden Verbindungen, beispielsweise zum Fügen eines Bauteils aus Stahl und eines Bauteils aus Aluminium. Dies wird auch als Mischbau bezeichnet.The solution according to the invention avoids this, making it particularly suitable for one-sided joining of components in vehicle body construction, especially for joining dissimilar materials, for example, joining a steel component and an aluminum component. This is also referred to as mixed construction.

Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung das Fügen von Bauteilen aus höherfesten Materialien und somit das Erschließen neuer Leichtbaupotentiale. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden insbesondere Anpassungen, Veränderungen und Umkonstruktionen von Bauteilen vermieden, die bisher nicht einseitig gefügt werden konnten und daher geändert werden mussten, um andere Fügeverfahren zu ermöglichen. Solche Anpassungen, Veränderungen und Umkonstruktionen von Bauteilen sind nachteilig hinsichtlich der Anforderungen an den Leichtbau und somit nachteilig hinsichtlich eines Fahrzeuggewichts, und zudem nachteilig hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit. Die mittels der erfindungsgemäßen Lösung ermöglichte Erhöhung des realisierbaren Leichtbaus ermöglicht eine Gewichtsreduktion und somit eine Reduktion eines Energieverbrauchs des Fahrzeugs.The inventive solution enables the joining of components made of higher-strength materials and thus opens up new potential for lightweight construction. The inventive solution, in particular, avoids adaptations, modifications, and redesigns of components that previously could not be joined on one side and therefore had to be modified to enable other joining methods. Such adaptations, modifications, and redesigns of components are disadvantageous with regard to lightweight construction requirements and thus disadvantageous with regard to vehicle weight, as well as disadvantageous with regard to cost-effectiveness. The increase in achievable lightweight construction enabled by the inventive solution enables a reduction in weight and thus a reduction in the vehicle's energy consumption.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht insbesondere

- das einseitige Fügen der Bauteile,
- das Fügen ins Volle, d. h. das Eintreiben des Fügeelementes und somit das Vermeiden des Einbringens eines Vorlochs für das Fügeelement,
- ausschließlich lineare Bewegungen während des Fügens und somit das Vermeiden überlagerter Drehbewegungen, wie dies beispielsweise beim Schrauben erfolgen würde, und somit eine Komplexitätsreduktion in der Anlagentechnik,

- vorteilhafterweise ein Heranziehen der zu fügenden Bauteile aneinander, um Spalte zwischen den Bauteilen zu vermeiden, insbesondere durch die im Folgenden beschriebene Verwendung eines Blindniets als Fügeelement,
- das Fügen von höherfesten oder höchstfesten Stählen von beispielsweise größer als 600MPa sowie
- das Fügen von sprödem Guss, welcher beispielsweise einen Biegewinkel von kleiner als 60° aufweist, d. h. insbesondere das Fügen von spröden Aluminium-Druckgusslegierungen.

The solution according to the invention enables in particular

- one-sided joining of components,
- joining into the solid, i.e. driving in the joining element and thus avoiding the need to create a pilot hole for the joining element,
- exclusively linear movements during joining and thus avoiding superimposed rotary movements, as would occur, for example, when screwing, and thus a reduction in complexity in the system technology,

- advantageously, pulling the components to be joined together to avoid gaps between the components, in particular by using a blind rivet as a joining element as described below,
- joining of high-strength or ultra-high-strength steels of, for example, greater than 600MPa and
- the joining of brittle cast iron which, for example, has a bending angle of less than 60°, i.e. in particular the joining of brittle aluminium die-cast alloys.

Für die erfindungsgemäße Lösung ist zudem keine Lärmschutzkabine erforderlich, welche für einige aus dem Stand der Technik bekannte Fügeverfahren erforderlich ist. Dadurch wird eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erreicht, denn eine solche Lärmschutzkabine ist mit hohen Kosten verbunden und verringert zudem eine Flexibilität einer Gestaltung einer Fertigungshalle im Fahrzeugbau.Furthermore, the solution according to the invention eliminates the need for a noise-protection booth, which is required for some prior art joining processes. This improves cost-effectiveness, as such a noise-protection booth is associated with high costs and also reduces the flexibility of designing a production hall in vehicle manufacturing.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Vergrößerung des Verfahrensbereichs, da nun auch Bauteile auf die beschriebene Weise einseitig gefügt werden können, bei denen dies bisher nicht oder nur mit wesentlich größerem Aufwand möglich war.The solution according to the invention enables an increase in the process range, since components can now also be joined on one side in the manner described, for which this was previously not possible or only possible with considerably greater effort.

Wie bereits erwähnt, ist das mindestens eine Fügeelement insbesondere als ein Blindniet ausgebildet, wobei ein Nietdornkopf eines Nietdorns des Blindnietes spitz ausgebildet ist. D. h. dasjenige Ende des Nietdorns, welches beim Eintreiben in die Bauteile zuerst in diese eindringt, ist als Spitze ausgebildet. Dadurch wird das Eindringen in die Bauteile und somit das Eintreiben des als Blindniet ausgebildeten Fügeelementes erleichtert, da ein geringerer Kraftaufwand erforderlich ist. Zudem wird dadurch eine Richtungsstabilität während des Eintreibens erreicht. Des Weiteren wird dadurch, insbesondere in Verbindung mit dem vorhergehenden Erwärmen des Fügebereichs, eine Deformation der Bauteile verringert.As already mentioned, the at least one joining element is designed in particular as a blind rivet, wherein a mandrel head of a mandrel of the blind rivet is pointed. This means that the end of the mandrel that penetrates the components first when driven into them is designed as a point. This facilitates penetration into the components and thus the driving in of the joining element designed as a blind rivet, since less force is required. In addition, directional stability is achieved during driving in. Furthermore, this reduces deformation of the components, particularly in conjunction with the prior heating of the joining area.

Das Fügewerkzeug ist dann insbesondere als eine aktorisch angetriebene Blindnietzange ausgebildet oder weist eine solche aktorisch angetriebene Blindnietzange auf.The joining tool is then designed in particular as an actuator-driven blind riveting tool or has such an actuator-driven blind riveting tool.

Im Verfahren ist dann insbesondere vorgesehen, dass als Fügeelement der Blindniet an der Fügestelle in die zu fügenden Bauteile eingetrieben wird, wobei der spitze Nietdornkopf von einer Vorderseite bis zu einer Rückseite der Fügestelle durch die zu fügenden Bauteile hindurchgetrieben wird und der Blindniet derart weit eingetrieben wird, bis ein auch als Nietkopf bezeichneter Setzkopf des Blindniets an der Vorderseite der Fügestelle anliegt und anschließend ein an der Rückseite der Fügestelle überstehender Bereich eines auch als Niethülse bezeichneten Nietschaftes des Blindniets durch Ziehen des Nietdorns mittels der Blindnietzange verformt wird. Das Ziehen des Nietdorns mittels der Blindnietzange erfolgt insbesondere bis zu einem Abbrechen eines von der Blindnietzange ergriffenen Abschnitts des Nietdorns an einer im Nietdorn ausgebildeten Sollbruchstelle.The method then provides, in particular, that the blind rivet, as the joining element, is driven into the components to be joined at the joint, wherein the pointed rivet mandrel head is driven through the components to be joined from a front side to a back side of the joint, and the blind rivet is driven in until a setting head of the blind rivet, also referred to as the rivet head, rests against the front side of the joint, and then a region of a rivet shank, also referred to as the rivet sleeve, of the blind rivet projecting at the back of the joint is deformed by pulling the rivet mandrel using the blind rivet pliers. The pulling of the rivet mandrel using the blind rivet pliers takes place, in particular, until a section of the rivet mandrel gripped by the blind rivet pliers breaks off at a predetermined breaking point formed in the rivet mandrel.

Die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung ist seitlich neben dem Fügewerkzeug und/oder seitlich neben einer Führung für das Fügewerkzeug angeordnet. Dabei weist die Anordnung, insbesondere die Fügevorrichtung und/oder die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung, insbesondere mindestens einen Umlenkspiegel zum Umlenken eines Laserstrahls der Laserstrahlerwärmungsvorrichtung in Richtung der Fügestelle auf. Die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung weist insbesondere eine Laserquelle und ein Faserkabel zum Führen des Laserstrahls von der Laserquelle zum Umlenkspiegel oder zumindest in Richtung des Umlenkspiegels auf.The laser beam heating device is arranged laterally next to the joining tool and/or laterally next to a guide for the joining tool. The arrangement, in particular the joining device and/or the laser beam heating device, comprises, in particular, at least one deflecting mirror for deflecting a laser beam from the laser beam heating device in the direction of the joining point. The laser beam heating device comprises, in particular, a laser source and a fiber cable for guiding the laser beam from the laser source to the deflecting mirror or at least in the direction of the deflecting mirror.

Die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung ist derart angeordnet, dass eine Strahlrichtung des Laserstrahls bis zum Umlenkspiegel, zumindest im Wesentlichen, parallel zu einem Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs verläuft oder, zumindest im Wesentlichen, senkrecht zum Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs verläuft.The laser beam heating device is arranged such that a beam direction of the laser beam up to the deflection mirror runs at least substantially parallel to a joining movement path of the joining tool or at least substantially perpendicular to the joining movement path of the joining tool.

Der Umlenkspiegel ist beispielsweise außerhalb des Fügebewegungsweges des Fügewerkzeugs fest angeordnet und derart ausgerichtet, dass der Laserstrahl in Richtung der Fügestelle umlenkbar ist. Dies betrifft insbesondere die Ausführungsform, bei welcher die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung derart angeordnet ist, dass die Strahlrichtung des Laserstrahls bis zum Umlenkspiegel, zumindest im Wesentlichen, parallel zum Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs verläuft. Bei dieser Ausführungsform ist der Umlenkspiegel somit vorteilhafterweise stationär und örtlich stets gleichbleibend an der Fügevorrichtung angeordnet. Er ist somit insbesondere fest und unbeweglich an der Fügevorrichtung installiert.The deflecting mirror is, for example, fixedly arranged outside the joining movement path of the joining tool and aligned such that the laser beam can be deflected toward the joining point. This particularly applies to the embodiment in which the laser beam heating device is arranged such that the beam direction of the laser beam up to the deflecting mirror runs, at least substantially, parallel to the joining movement path of the joining tool. In this embodiment, the deflecting mirror is thus advantageously arranged stationary and always at the same location on the joining device. It is thus, in particular, fixedly and immovably installed on the joining device.

Der Laserstrahl wird bei dieser Ausführungsform seitlich um eine den Fügebewegungsweg definierende Fügeachse und somit seitlich um den Fügebewegungsweg geführt. Er wird mittels des Umlenkspiegels insbesondere schräg in Richtung der Fügestelle umgelenkt. Bei dieser Ausführungsform ist die Fügevorrichtung, insbesondere die Führung für das Fügewerkzeug, beispielsweise etwas breiter als bei einer herkömmlichen Blindnietvorrichtung, da die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung und der Umlenkspiegel seitlich daran angeordnet sind.In this embodiment, the laser beam is guided laterally around a joining axis defining the joining movement path, and thus laterally around the joining movement path. It is deflected by the deflecting mirror, particularly obliquely toward the joining point. In this embodiment, the joining device, in particular the guide for the joining tool, is somewhat wider than in a conventional blind riveting device, for example, because the laser beam heating device and the deflecting mirror are arranged laterally.

Alternativ ist der Umlenkspiegel beispielsweise derart schwenkbar angeordnet, dass er zum Umlenken des Laserstrahls in Richtung der Fügestelle in den Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs schwenkbar ist und aus dem Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs herausschwenkbar ist. Der Umlenkspiegel ist beispielsweise schwenkbar an einer Seitenwand der Führung für das Fügewerkzeug angeordnet und aus dem Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs heraus in eine Aufnahmeausnehmung in der Seitenwand schwenkbar. Dies betrifft insbesondere die Ausführungsform, bei welcher die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung derart angeordnet ist, dass die Strahlrichtung des Laserstrahls bis zum Umlenkspiegel, zumindest im Wesentlichen, senkrecht zum Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs verläuft. Der Umlenkspiegel ist bei dieser Ausführungsform somit beweglich und, insbesondere durch Schwenken, örtlich veränderbar angeordnet. Dadurch wird es ermöglicht, den Laserstrahl mittels des Umlenkspiegels in die Fügeachse, d. h. in den Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs, hinein umzulenken, so dass er senkrecht auf die Fügestelle auftreffen kann.Alternatively, the deflecting mirror is arranged so as to be pivotable, for example, such that it can be pivoted into the joining movement path of the joining tool in order to deflect the laser beam in the direction of the joining point and can be pivoted out of the joining movement path of the joining tool. The deflecting mirror is arranged, for example, so as to be pivotable on a side wall of the guide for the joining tool and can be pivoted out of the joining movement path of the joining tool into a receiving recess in the side wall. This particularly applies to the embodiment in which the laser beam heating device is arranged such that the beam direction of the laser beam up to the deflecting mirror runs at least substantially perpendicular to the joining movement path of the joining tool. In this embodiment, the deflecting mirror is thus arranged so as to be movable and, in particular by pivoting, can be changed locally. This makes it possible to direct the laser beam into the joining axis, i.e. into the joining movement path of the joining tool, so that it can hit the joining point perpendicularly.

Bei dieser Ausführungsform muss die Fügevorrichtung, insbesondere die Führung für das Fügewerkzeug, nicht breiter sein als eine herkömmliche Blindnietvorrichtung, da die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung beispielsweise separat davon angeordnet sein kann und deren Laserstrahl senkrecht auf die Fügevorrichtung, insbesondere auf die Führung für das Fügewerkzeug und somit auf den Fügebewegungsweg ausgerichtet sein kann. Durch das Schwenken des Umlenkspiegels aus der Aufnahmeausnehmung in der Seitenwand in eine Umlenkposition, insbesondere in die Führung für das Fügewerkzeug hinein, wird der Laserstrahl dann in Richtung der Fügestelle umgelenkt. Aufgrund des schwenkbaren Umlenkspiegels ist der Aufbau dieser Ausführungsform etwas komplexer als bei der oben beschriebenen Ausführungsform mit unbeweglichem Umlenkspiegel.In this embodiment, the joining device, in particular the guide for the joining tool, does not need to be wider than a conventional blind riveting device, since the laser beam heating device can, for example, be arranged separately from it and its laser beam can be aligned perpendicularly to the joining device, in particular to the guide for the joining tool and thus to the joining movement path. By pivoting the deflecting mirror from the receiving recess in the side wall into a deflection position, in particular into the guide for the joining tool, the laser beam is then deflected in the direction of the joining point. Due to the pivotable deflecting mirror, the structure of this embodiment is somewhat more complex than the embodiment described above with a stationary deflecting mirror.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

1 schematisch eine Längsschnittdarstellung einer Ausführungsform einer Anordnung zum Fügen von Bauteilen,
2 schematisch eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene II-II in 1,
3 schematisch eine Längsschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Anordnung zum Fügen von Bauteilen,
4 schematisch eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene IV-IV in 3,
5 schematisch eine Ausführungsform eines als Blindniet ausgebildeten Fügeelementes, und
6 schematisch eine weitere Ausführungsform des als Blindniet ausgebildeten Fügeelementes.

Showing:

1 schematically a longitudinal sectional view of an embodiment of an arrangement for joining components,
2 schematically a sectional view according to the section plane II-II in 1 ,
3 schematically a longitudinal sectional view of a further embodiment of the arrangement for joining components,
4 schematically a sectional view according to the section plane IV-IV in 3 ,
5 schematically an embodiment of a joining element designed as a blind rivet, and
6 schematically shows another embodiment of the joining element designed as a blind rivet.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.

Die 1 und 2 sowie 3 und 4 zeigen beispielhaft und stark schematisch vereinfacht zwei Ausführungsformen einer Anordnung 1 zum Fügen von Bauteilen B1, B2 mittels mindestens eines Fügeelementes 2. Dabei zeigen die 1 und 3 die jeweilige Ausführungsform im Längsschnitt und die 2 und 4 zeigen die jeweilige Ausführungsform im Querschnitt an der Schnittebene II-II bzw. IV-IV. Die 5 und 6 zeigen beispielhaft zwei als Blindniet ausgebildete Fügeelemente 2. Das jeweilige mindestens eine Fügeelement 2 und/oder die Bauteile B1, B2 können beispielsweise ebenfalls Bestandteile der Anordnung 1 sein. Beispielsweise ist das erste Bauteil B1 aus Stahl ausgebildet und das zweite Bauteil B2 ist aus Aluminium ausgebildet, oder umgekehrt. Es sind auch andere Materialien und/oder Materialkombinationen möglich.The 1 and 2 and 3 and 4 show, by way of example and in a highly schematically simplified manner, two embodiments of an arrangement 1 for joining components B1, B2 by means of at least one joining element 2. 1 and 3 the respective design in longitudinal section and the 2 and 4 show the respective embodiment in cross-section at the section plane II-II or IV-IV. 5 and 6 show, by way of example, two joining elements 2 designed as blind rivets. The respective at least one joining element 2 and/or the components B1, B2 can, for example, also be components of the arrangement 1. For example, the first component B1 is made of steel and the second component B2 is made of aluminum, or vice versa. Other materials and/or material combinations are also possible.

Die Anordnung 1 weist eine Fügevorrichtung 3 mit einem aktorisch angetriebenen Fügewerkzeug 4 auf, welches ausgebildet ist zum Eintreiben des Fügeelementes 2 an einer Fügestelle in die zu fügenden Bauteile B1, B2, d. h. insbesondere in ein Bauteilmaterial der zu fügenden Bauteile B1, B2. Des Weiteren weist die Fügevorrichtung 3 in den dargestellten Ausführungsformen eine Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 oder in anderen Ausführungsformen eine Plasmastrahlerwärmungsvorrichtung auf. Die jeweilige Erwärmungsvorrichtung ist ausgebildet zum Erwärmen der Fügestelle vor dem Eintreiben des Fügeelementes 2. The assembly 1 comprises a joining device 3 with an actuator-driven joining tool 4, which is designed to drive the joining element 2 into the components B1, B2 to be joined at a joining point, i.e., in particular into a component material of the components B1, B2 to be joined. Furthermore, the joining device 3 comprises, in the illustrated embodiments, a laser beam heating device 5 or, in other embodiments, a plasma beam heating device. The respective heating device is designed to heat the joining point before driving in the joining element 2.

In einem Verfahren zum Fügen von Bauteilen B1, B2 mittels dieser Anordnung 1 wird die Fügestelle mittels der Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 oder in anderen Ausführungsformen mittels der Plasmastrahlerwärmungsvorrichtung erwärmt und anschließend wird das Fügeelement 2 mittels des Fügewerkzeugs 4 an der Fügestelle in die zu fügenden Bauteile B1, B2 eingetrieben, d. h. insbesondere in das erwärmte Bauteilmaterial der zu fügenden Bauteile B1, B2 eingetrieben.In a method for joining components B1, B2 by means of this arrangement 1, the joining point is heated by means of the laser beam heating device 5 or, in other embodiments, by means of the plasma beam heating device and then the joining element 2 is driven into the components B1, B2 to be joined at the joining point by means of the joining tool 4, i.e. in particular into the heated component material of the components B1, B2 to be joined.

Die beschriebene Lösung ermöglicht insbesondere ein automatisiertes Fügen der Bauteile B1, B2.The described solution enables, in particular, automated joining of components B1 and B2.

Durch das Eintreiben des Fügeelementes 2 ist es nicht erforderlich, zunächst ein Loch in die Bauteile B1, B2 einzubringen, diese danach aufwändig exakt übereinander zu positionieren, so dass sich die Löcher in den Bauteilen B1, B2 überdecken, und dann das Fügeelement 2 in die Löcher einzuführen.By driving in the joining element 2, it is not necessary to first make a hole in the components B1, B2, then to position them precisely one above the other in a time-consuming manner so that the holes in the components B1, B2 overlap, and then to insert the joining element 2 into the holes.

Durch das Erwärmen der Fügestelle und somit des Bauteilmaterials wird das Bauteilmaterial duktiler und somit umformbarer. Dadurch wird das darauf folgende Eintreiben des Fügeelementes 2 erheblich erleichtert. Die beschriebene Lösung ermöglicht somit insbesondere das Fügen von Bauteilen B1, B2 aus Materialien, die im kalten Zustand, d. h. insbesondere bei Raumtemperatur, aufgrund physikalischer Grenzen bei einer Anlagetechnik und beim verwendeten Fügeelement 2 nicht mittels Eintreiben des Fügeelementes 2 gefügt werden können, so dass stets vor dem Fügen das Einbringen eines Lochs für das Fügeelement 2 in das jeweilige Bauteil B1, B2, das exakte Positionieren der Löcher der Bauteile B1, B2 übereinander und das Einführen des Fügeelementes 2 in die Löcher erforderlich wäre. Dies ist jedoch insbesondere im Fahrzeugbau zu aufwändig und kostenintensiv.By heating the joint and thus the component material, the component material becomes more ductile and thus more formable. This significantly facilitates the subsequent driving in of the joining element 2. The described solution thus enables, in particular, the joining of components B1, B2 made of materials that cannot be joined by driving in the joining element 2 in the cold state, i.e., particularly at room temperature, due to physical limitations of the system technology and the joining element 2 used. This would always require, prior to joining, the drilling of a hole for the joining element 2 in the respective component B1, B2, the precise positioning of the holes in the components B1, B2 one above the other, and the insertion of the joining element 2 into the holes. However, this is too complex and cost-intensive, particularly in vehicle construction.

Durch die beschriebene Lösung wird dies vermieden, so dass diese Lösung sich insbesondere zum einseitigen Fügen von Bauteilen B1, B2 im Fahrzeugkarosseriebau eignet, insbesondere zum Fügen von artfremden Verbindungen. Dies wird auch als Mischbau bezeichnet. Dabei ermöglicht die beschriebene Lösung das Fügen von Bauteilen B1, B2 aus höherfesten Materialien und somit das Erschließen neuer Leichtbaupotentiale.The described solution avoids this, making it particularly suitable for one-sided joining of components B1 and B2 in vehicle body construction, especially for joining dissimilar materials. This is also referred to as mixed construction. The described solution enables the joining of components B1 and B2 made of higher-strength materials, thus opening up new potential for lightweight construction.

Wie bereits erwähnt, ist das Fügeelement 2 in den hier beschriebenen Ausführungsformen als ein Blindniet ausgebildet, wobei ein Nietdornkopf 6 eines Nietdorns 7 des Blindnietes spitz ausgebildet ist, wie in den 5 und 6 gezeigt. D. h. dasjenige Ende des Nietdorns 7, welches beim Eintreiben in die Bauteile B1, B2 zuerst in diese eindringt, ist als Spitze ausgebildet. Dadurch wird das Eindringen in die Bauteile B1, B2 und somit das Eintreiben des als Blindniet ausgebildeten Fügeelementes 2 erleichtert, da ein geringerer Kraftaufwand erforderlich ist. Zudem wird dadurch eine Richtungsstabilität während des Eintreibens erreicht. Des Weiteren wird dadurch, insbesondere in Verbindung mit dem vorhergehenden Erwärmen des Fügebereichs, eine Deformation der Bauteile B1, B2 verringert.As already mentioned, the joining element 2 in the embodiments described here is designed as a blind rivet, wherein a rivet mandrel head 6 of a rivet mandrel 7 of the blind rivet is pointed, as in the 5 and 6 shown. This means that the end of the rivet mandrel 7 that penetrates components B1, B2 first when driven into them is designed as a point. This facilitates penetration into components B1, B2 and thus the driving in of the joining element 2, designed as a blind rivet, since less force is required. Furthermore, this achieves directional stability during driving in. Furthermore, this reduces deformation of components B1, B2, particularly in conjunction with the prior heating of the joining area.

Das Fügewerkzeug 4 ist somit in den hier beschriebenen Ausführungsformen als eine aktorisch angetriebene Blindnietzange ausgebildet oder weist eine solche aktorisch angetriebene Blindnietzange auf. In den 1 und 3 ist das Fügewerkzeug 4 schematisch stark vereinfacht dargestellt als Fügeelementhalter und/oder Stempel, so dass das Eintreiben des Fügeelementes 2 damit ermöglicht ist. Für die nicht dargestellte Blindnietzangenfunktion weist das Fügewerkzeug 4 zusätzlich Mittel zum Greifen eines vom Nietdornkopf 6 abgewandten Abschnitts des Nietdorns 7 auf, um diesen nach dem Eintreiben des Blindniets relativ zu einem Nietschaft 8 zu ziehen. Um ein besonders sicheres Greifen und rutschhemmendes Ziehen des Nietdorns 7 zu ermöglichen, kann der Nietdorn 7 in diesem Abschnitt eine Riffelung 9 aufweisen, wie in den 5 und 6 gezeigt. Des Weiteren wird es dadurch beispielsweise ermöglicht, die Bauteile B1, B2 bei einer durch das Eintreiben des Fügeelementes 2 eventuell auftretenden Verformung wieder zurück in die ursprüngliche Lage/Form zu ziehen.The joining tool 4 is thus designed in the embodiments described here as an actuator-driven blind riveting tool or has such an actuator-driven blind riveting tool. 1 and 3 The joining tool 4 is shown schematically in a highly simplified manner as a joining element holder and/or punch, so that the driving in of the joining element 2 is thereby enabled. For the blind rivet pliers function (not shown), the joining tool 4 additionally has means for gripping a section of the rivet mandrel 7 facing away from the rivet mandrel head 6 in order to pull this section relative to a rivet shank 8 after the blind rivet has been driven in. In order to enable a particularly secure grip and slip-resistant pulling of the rivet mandrel 7, the rivet mandrel 7 can have a serration 9 in this section, as shown in the 5 and 6 shown. Furthermore, this makes it possible, for example, to pull the components B1, B2 back into their original position/shape in the event of any deformation that may occur due to the driving in of the joining element 2.

Im Verfahren ist somit insbesondere vorgesehen, dass als Fügeelement 2 der Blindniet an der Fügestelle mittels des Fügewerkzeugs 4 in die zu fügenden Bauteile B1, B2 eingetrieben wird, wobei der spitze Nietdornkopf 6 von einer dem Fügewerkzeug 4 zugewandten Vorderseite bis zu einer vom Fügewerkzeug 4 abgewandten Rückseite der Fügestelle durch die zu fügenden Bauteile B1, B2 hindurchgetrieben wird und der Blindniet derart weit eingetrieben wird, bis ein auch als Nietkopf bezeichneter Setzkopf 10 des Blindniets an der Vorderseite der Fügestelle anliegt und anschließend ein an der Rückseite der Fügestelle überstehender Bereich des auch als Niethülse bezeichneten Nietschaftes 8 des Blindniets durch Ziehen des Nietdorns 7 mittels der Blindnietzange verformt wird. Das Ziehen des Nietdorns 7 mittels der Blindnietzange erfolgt insbesondere bis zu einem Abbrechen des von der Blindnietzange ergriffenen Abschnitts des Nietdorns 7 an einer im Nietdorn 7 ausgebildeten Sollbruchstelle 11. Wie oben bereits erwähnt, ist das Fügewerkzeug 4 bei den hier beschriebenen Ausführungsformen als Blindnietzange ausgebildet oder weist eine solche Blindnietzange auf.In the method it is therefore provided in particular that as joining element 2 the blind rivet is driven into the components B1, B2 to be joined at the joint by means of the joining tool 4, wherein the pointed rivet mandrel head 6 is driven through the components B1, B2 to be joined from a front side facing the joining tool 4 to a rear side of the joint facing away from the joining tool 4 and the blind rivet is driven in so far until a setting head 10 of the blind rivet, also referred to as rivet head, rests on the front side of the joint and then a region of the rivet shank 8 of the blind rivet, also referred to as rivet sleeve, which protrudes at the rear side of the joint is deformed by pulling the rivet mandrel 7 using the blind rivet pliers. The pulling of the rivet mandrel 7 by means of the blind rivet pliers takes place in particular until the section of the rivet mandrel 7 gripped by the blind rivet pliers breaks off at a predetermined breaking point 11 formed in the rivet mandrel 7. As already mentioned above, the joining tool 4 in the embodiments described here is designed as a blind rivet pliers or has such a blind rivet pliers.

Die Ausführungsform des als Blindniet ausgebildeten Fügeelementes 2 gemäß 5 weist beispielhaft zwei geschwächte Wandbereiche 17 des Nietschafts 8 auf. Im dargestellten Beispiel ist einer der geschwächten Wandbereiche 17 an einem dem Nietdornkopf 6 zugewandten Ende des Nietschafts 8 ausgebildet und der andere geschwächte Wandbereich 17 ist davon beabstandet etwas darüber ausgebildet. Durch diese geschwächten Wandbereiche 17 wird beispielsweise das Verformen des Nietschafts 8 während des Ziehens des Nietdorns 7 erleichtert und/oder eine gezielte Verformung in einem vorgegebenen Bereich des Nietschafts 8 erreicht. In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere solche geschwächte Wandbereiche 17 im unteren und/oder oberen Bereich und/oder über den gesamten Bereich des Nietschafts 8 ausgebildet sein, wobei die Schwächung der Wand des Nietschafts 8 jeweils außen und/oder innen ausgebildet sein kann.The embodiment of the joining element 2 designed as a blind rivet according to 5 has, for example, two weakened wall regions 17 of the rivet shank 8. In the example shown, one of the weakened wall regions 17 is formed at an end of the rivet shank 8 facing the rivet mandrel head 6, and the other weakened wall region 17 is formed slightly above it at a distance therefrom. These weakened wall regions 17 facilitate, for example, the deformation of the rivet shank 8 during the pulling of the rivet mandrel 7 and/or achieve a targeted deformation in a predetermined region of the rivet shank 8. In other embodiments, one or more such weakened wall regions 17 can be formed in the lower and/or upper region and/or over the entire region of the rivet shank 8, wherein the weakening of the wall of the rivet shank 8 can be formed on the outside and/or inside.

Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Nietschaft 8 keinen geschwächten Wandbereich 17 aufweist, wie bei der Ausführungsform gemäß 6.Alternatively, it can be provided, for example, that the rivet shank 8 does not have a weakened wall region 17, as in the embodiment according to 6 .

In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann der Nietschaft 8 an der Außenseite seiner Wand eine Nietschaftriffelung aufweisen.In an embodiment not shown here, the rivet shank 8 can have a rivet shank serration on the outside of its wall.

Die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 ist insbesondere seitlich neben dem Fügewerkzeug 4 und/oder seitlich neben einer auch als Mundstück bezeichneten Führung 12 für das Fügewerkzeug 4 angeordnet. Dabei weist die Anordnung 1, insbesondere die Fügevorrichtung 3 und/oder die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5, in den dargestellten Ausführungsformen einen Umlenkspiegel 13 zum Umlenken eines Laserstrahls LS der Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 in Richtung der Fügestelle auf. Die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 weist insbesondere eine in den Figuren nicht dargestellte Laserquelle und ein in den Figuren ebenfalls nicht dargestelltes Faserkabel zum Führen des Laserstrahls LS von der Laserquelle zum Umlenkspiegel 13 oder zumindest in Richtung des Umlenkspiegels 13 auf. Mittels eines Pfeils P ist in den 1 und 3 schematisch angedeutet, aus welcher Richtung der Laserstrahl LS von der Laserquelle kommt.The laser beam heating device 5 is arranged, in particular, laterally next to the joining tool 4 and/or laterally next to a guide 12, also referred to as a mouthpiece, for the joining tool 4. In the illustrated embodiments, the arrangement 1, in particular the joining device 3 and/or the laser beam heating device 5, comprises a deflecting mirror 13 for deflecting a laser beam LS of the laser beam heating device 5 in the direction of the joining point. The laser beam heating device 5 comprises, in particular, a laser source (not shown in the figures) and a fiber cable (also not shown in the figures) for guiding the laser beam LS from the laser source to the deflecting mirror 13 or at least in the direction of the deflecting mirror. 13. By means of an arrow P in the 1 and 3 schematically indicated from which direction the laser beam LS comes from the laser source.

Bei der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 ist die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 derart angeordnet, dass eine Strahlrichtung des Laserstrahls LS bis zum Umlenkspiegel 13 parallel zu einem Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4 verläuft. Bei der Ausführungsform gemäß den 3 und 4 ist die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 derart angeordnet, dass die Strahlrichtung des Laserstrahls LS bis zum Umlenkspiegel 13 senkrecht zum Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4 verläuft.In the embodiment according to the 1 and 2 the laser beam heating device 5 is arranged such that a beam direction of the laser beam LS up to the deflection mirror 13 runs parallel to a joining movement path of the joining tool 4. In the embodiment according to the 3 and 4 the laser beam heating device 5 is arranged such that the beam direction of the laser beam LS up to the deflection mirror 13 is perpendicular to the joining movement path of the joining tool 4.

Bei der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 ist der Umlenkspiegel 13 außerhalb des Fügebewegungsweges des Fügewerkzeugs 4 fest angeordnet und derart ausgerichtet, dass der Laserstrahl LS in Richtung der Fügestelle umlenkbar ist, wie in 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der Umlenkspiegel 13 somit stationär und örtlich stets gleichbleibend an der Fügevorrichtung 3 angeordnet. Er ist somit fest und unbeweglich an der Fügevorrichtung 3 installiert. Der Laserstrahl LS wird bei dieser Ausführungsform seitlich um eine den Fügebewegungsweg definierende Fügeachse und somit seitlich um den Fügebewegungsweg geführt. Er wird mittels des Umlenkspiegels 13 schräg in Richtung der Fügestelle umgelenkt. Um dies zu ermöglichen, ist im dargestellten Beispiel seitlich außen an der Führung 12 für das Fügewerkzeug 4 ein Kanal 14 für den Laserstrahl LS ausgebildet. In einem Bodenbereich dieses Kanals 14 ist der Umlenkspiegel 13 angeordnet. Die Führung 12 weist in diesem Bodenbereich des Kanals 14 eine Einstrahlöffnung 15 für den Laserstrahl LS auf.In the embodiment according to the 1 and 2 the deflection mirror 13 is fixedly arranged outside the joining movement path of the joining tool 4 and is aligned in such a way that the laser beam LS can be deflected in the direction of the joining point, as in 1 shown. In this embodiment, the deflecting mirror 13 is thus arranged stationary and always at the same location on the joining device 3. It is thus fixed and immovable on the joining device 3. In this embodiment, the laser beam LS is guided laterally around a joining axis defining the joining movement path and thus laterally around the joining movement path. It is deflected obliquely in the direction of the joining point by means of the deflecting mirror 13. To make this possible, in the example shown, a channel 14 for the laser beam LS is formed on the outside of the guide 12 for the joining tool 4. The deflecting mirror 13 is arranged in a bottom region of this channel 14. The guide 12 has an input opening 15 for the laser beam LS in this bottom region of the channel 14.

Bei dieser Ausführungsform ist die Fügevorrichtung 3, insbesondere die Führung 12 für das Fügewerkzeug 4, insbesondere durch den seitlich daran angeordneten Kanal 14 beispielsweise etwas breiter als bei einer herkömmlichen Blindnietvorrichtung, da die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 und der Umlenkspiegel 13 seitlich an der Führung 12 für das Fügewerkzeug 4 angeordnet sind.In this embodiment, the joining device 3, in particular the guide 12 for the joining tool 4, is somewhat wider than in a conventional blind riveting device, in particular due to the channel 14 arranged laterally thereon, since the laser beam heating device 5 and the deflecting mirror 13 are arranged laterally on the guide 12 for the joining tool 4.

Bei der Ausführungsform gemäß den 3 und 4 ist der Umlenkspiegel 13 derart schwenkbar angeordnet, dass er zum Umlenken des Laserstrahls LS in Richtung der Fügestelle in den Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4 schwenkbar ist und aus dem Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4 herausschwenkbar ist. In 3 ist der Umlenkspiegel 13 in den Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4 hineingeschwenkt. In 4 ist der Umlenkspiegel 13 aus dem Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4 herausgeschwenkt, so dass der Fügebewegungsweg frei ist zum Eintreiben des Fügeelementes 2 mittels des Fügewerkzeugs 4.In the embodiment according to the 3 and 4 the deflection mirror 13 is arranged to be pivotable in such a way that it can be pivoted into the joining movement path of the joining tool 4 in order to deflect the laser beam LS in the direction of the joining point and can be pivoted out of the joining movement path of the joining tool 4. In 3 the deflection mirror 13 is pivoted into the joining movement path of the joining tool 4. In 4 the deflecting mirror 13 is pivoted out of the joining movement path of the joining tool 4, so that the joining movement path is free for driving in the joining element 2 by means of the joining tool 4.

Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß den 3 und 4 ist der Umlenkspiegel 13 um eine Schwenkachse SA schwenkbar an einer Seitenwand der Führung 12 für das Fügewerkzeug 4 angeordnet und aus dem Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4 heraus in eine Aufnahmeausnehmung 16 in der Seitenwand schwenkbar und von dort wieder zurück in den Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4 schwenkbar, wie durch einen Schwenkpfeil SP schematisch dargestellt. Der Umlenkspiegel 13 ist bei dieser Ausführungsform somit beweglich und, insbesondere durch Schwenken, örtlich veränderbar angeordnet. Dadurch wird es ermöglicht, den Laserstrahl LS mittels des Umlenkspiegels 13 in die Fügeachse, d. h. in den Fügebewegungsweg des Fügewerkzeugs 4, hinein umzulenken, so dass er senkrecht auf die Fügestelle auftreffen kann, wie in 3 gezeigt.In the illustrated embodiment according to the 3 and 4 The deflecting mirror 13 is arranged on a side wall of the guide 12 for the joining tool 4 so as to be pivotable about a pivot axis SA and is pivotable out of the joining movement path of the joining tool 4 into a receiving recess 16 in the side wall and from there back into the joining movement path of the joining tool 4, as schematically illustrated by a pivot arrow SP. The deflecting mirror 13 is thus arranged so as to be movable and, in particular by pivoting, can be spatially changed. This makes it possible to deflect the laser beam LS by means of the deflecting mirror 13 into the joining axis, i.e., into the joining movement path of the joining tool 4, so that it can impinge perpendicularly on the joining point, as in 3 shown.

Bei dieser Ausführungsform muss die Fügevorrichtung 3, insbesondere die Führung 12 für das Fügewerkzeug 4, nicht breiter sein als eine herkömmliche Blindnietvorrichtung, da die Laserstrahlerwärmungsvorrichtung 5 beispielsweise separat davon angeordnet sein kann und deren Laserstrahl LS senkrecht auf die Fügevorrichtung 3, insbesondere auf die Führung 12 für das Fügewerkzeug 4 und somit auf den Fügebewegungsweg ausgerichtet sein kann. Im dargestellten Beispiel weist die Führung 12 für das Fügewerkzeug 4 in ihrer Seitenwand auf Höhe des Umlenkspiegels 13 die Einstrahlöffnung 15 für den Laserstrahl LS auf. Durch das Schwenken des Umlenkspiegels 13 aus der Aufnahmeausnehmung 16 in der Seitenwand in die Führung 12 für das Fügewerkzeug 4 hinein in eine Umlenkposition wird der Laserstrahl LS dann in Richtung der Fügestelle umgelenkt. Aufgrund des schwenkbaren Umlenkspiegels 13 ist der Aufbau dieser Ausführungsform etwas komplexer als bei der oben beschriebenen und in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform mit unbeweglichem Umlenkspiegel 13.In this embodiment, the joining device 3, in particular the guide 12 for the joining tool 4, does not need to be wider than a conventional blind riveting device, since the laser beam heating device 5 can, for example, be arranged separately therefrom and its laser beam LS can be directed perpendicularly to the joining device 3, in particular to the guide 12 for the joining tool 4 and thus to the joining movement path. In the example shown, the guide 12 for the joining tool 4 has the irradiation opening 15 for the laser beam LS in its side wall at the level of the deflection mirror 13. By pivoting the deflection mirror 13 from the receiving recess 16 in the side wall into the guide 12 for the joining tool 4 into a deflection position, the laser beam LS is then deflected in the direction of the joint. Due to the pivotable deflection mirror 13, the structure of this embodiment is somewhat more complex than that described above and in the 1 and 2 illustrated embodiment with immovable deflecting mirror 13.

Claims

Arrangement (1) for joining components (B1, B2) by means of at least one joining element (2), characterized by a joining device (3) which has: - an actuator-driven joining tool (4) which is designed to drive the joining element (2) into the components (B1, B2) to be joined at a joining point, and - a laser beam heating device (5) or plasma beam heating device which is designed to heat the joining point before driving in the joining element (2), so that the Component material becomes more ductile and formable, wherein the laser beam heating device (5) is arranged laterally next to the joining tool (4) and/or laterally next to a guide (12) for the joining tool (4), wherein at least one deflecting mirror (13) is provided for deflecting a laser beam (LS) of the laser beam heating device (5) in the direction of the joining point, and wherein the laser beam heating device (5) is arranged such that a beam direction of the laser beam (LS) up to the deflecting mirror (13) runs at least substantially parallel to a joining movement path of the joining tool (4), or runs perpendicular to the joining movement path of the joining tool (4). characterized in that it is arranged to be pivotable in such a way that it can be pivoted into the joining movement path of the joining tool (4) in order to deflect the laser beam (LS) in the direction of the joining point and can be pivoted out of the joining movement path of the joining tool (4).

Arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the at least one joining element (2) is a blind rivet, wherein a rivet mandrel head (6) of a rivet mandrel (7) of the blind rivet is pointed.

Arrangement (1) according to Claim 2 , characterized in that the joining tool (4) is designed as an actuator-driven blind riveting pliers or has an actuator-driven blind riveting pliers.

Arrangement (1) according to Claim 3 , characterized in that the deflecting mirror (13) is pivotably arranged on a side wall of the guide (12) for the joining tool (4) and can be pivoted out of the joining movement path of the joining tool (4) into a receiving recess (16) in the side wall.

Arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam heating device (5) has a laser source and a fiber cable for guiding the laser beam (LS) from the laser source to the deflection mirror (13) or at least in the direction of the deflection mirror (13).

Method for joining components (B1, B2) by means of an arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the joining point is heated by means of the laser beam heating device (5) or plasma beam heating device and then the joining element (2) is driven into the components (B1, B2) to be joined at the joining point by means of the joining tool (4).

Procedure according to Claim 6 , characterized in that the blind rivet is driven as a joining element (2) into the components to be joined (B1, B2) at the joint, the pointed rivet mandrel head (6) being driven through the components to be joined (B1, B2) from a front side to a back side of the joint and the blind rivet is driven in so far until a setting head (10) of the blind rivet rests on the front side of the joint and then a region of a rivet shank (8) of the blind rivet projecting at the back side of the joint is deformed by pulling the rivet mandrel (7) using the blind rivet pliers.