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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Montageeinheit.
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Die Fixierung eines Montageteils, beispielsweise eines blechartigen Karosserieteils an einer Grundkonstruktion eines Kraftfahrzeugs, erfolgt vielfach durch Punkt- oder Widerstandsschweißen. Insbesondere im Automobilbau werden etwa aus Gründen der Gewichtseinsparung Montageteile aus leichten Materialien wie Aluminium eingesetzt. Wenn sich dabei ein nicht verschweißbarer Materialmix ergibt, d.h., wenn sich das Material des Montageteils nicht mit dem Material der Grundkonstruktion verschweißen lässt, wird das Montageteil mit einem oder mehreren Schweißelementen bestückt, welche aus einem in schweißtechnischer Hinsicht mit dem Material der Grundkonstruktion kompatiblen Material bestehen. Das Schweißelement ist in einer Durchgangsbohrung des Montageteils fixiert, wobei letzteres eine Montageseite und eine von dieser weg weisende Außenseite besitzt. Wenn die Montageeinheit bzw. das Montageteil an einer im Folgenden mit Gegenfläche bezeichneten Fläche der Grundkonstruktion fixiert ist, ist die Montageseite der Gegenfläche zugewandt.
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Für die Herstellung einer aus
EP 0 967 044 A2 bekannten Montageeinheit ist ein scheibenförmiger selbststanzender Schweißelement-Rohling vorgesehen, d.h., es wird ein Montageteil verwendet, welches noch nicht mit einer Durchgangsbohrung versehen ist. Die Herstellung der Durchgangsbohrung sowie die Fixierung des Schweißelements darin erfolgen vielmehr in einem einzigen Schritt, bei dem der Schweißelement-Rohling in das Montageteil eingestanzt wird und dabei selbst als Stanzwerkzeug dient. Damit der Schweißelement-Rohling bzw. das Schweißelement mit ausreichender Festigkeit in der Durchgangsbohrung gehalten und dabei das Montageteil sicher an der Grundkonstruktion fixiert wird, ist bei dem bekannten Verfahren ein Formschlusselement vorgesehen, welches das Montageteil an seiner Außenseite radial überlappt. Das Formschlusselement weist in diesem Fall einen radial über den Lochrand der Durchgangsbohrung überstehenden Flansch auf. Darüber hinaus ist der Schweißelement-Rohling mit einem aus einer Stirnseite des Schweißelement-Rohlings vorstehenden scharfkantigen Stanzkragen versehen, wobei dieser das Einstanzen erleichtern soll und nach dem Einstanzen unter Bildung eines weiteren Formschlusselements radial nach außen gebogen wird und so das Herausfallen des Schweißelements aus dem Montageteil entgegen der Stanzrichtung verhindert.
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Nachteilig bei der bekannten Montageeinheit ist, dass die Bereitstellung bzw. Erzeugung eines selbststanzenden, einen scharfkantigen Stanzkragen oder einen radial überstehenden Flansch aufweisenden Schweißelement-Rohlings aufwändig ist.
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Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches sich mit geringerem Aufwand durchführen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Danach wird zur Herstellung einer Montageeinheit der eingangs genannten Art zunächst ein Montageteil bereitgestellt, welches noch keine Durchgangsbohrung aufweist. Der zum Einstanzen in das Montageteil vorgesehene scheibenförmige Schweißelement-Rohling, der aufgrund seiner scheibenförmigen Ausgestaltung eine erste und zweite Stirnseite sowie eine Umfangsfläche aufweist, wird aus einem Blechzuschnitt mit Hilfe eines Stempels und einer Lochmatrize ausgestanzt. Der Schweißelement-Rohling ist somit ein Stanzbutzen. Das Ausstanzen wird dabei derart ausgeführt, dass die Umfangsfläche einen sich von der ersten Stirnseite weg erstreckenden zylindrischen Längsabschnitt und einen sich daran anschließenden, sich zur zweiten Stirnseite verjüngenden und mit dieser eine Schneidkante bildenden Konusabschnitt aufweist.
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Bei dem genannten Stanzverfahren entsteht die in Rede stehende Form der Umfangsfläche z.B. dann, wenn die sich quer zur Stanzrichtung erstreckende Querausdehnung des Stempels kleiner ist als die entsprechende Querausdehnung des Matrizenlochs, was weiter unten näher erläutert wird. Bei der Verwendung eines kreisrunden Schweißelement-Rohlings zur Herstellung der Montageeinheit, auf die im Folgenden exemplarisch Bezug genommen wird, ist somit der Durchmesser des Stempels kleiner als der Durchmesser des Matrizenlochs. Es hat sich gezeigt, dass der Übergang zwischen der konischen Umfangsfläche, die auch als Ausbruchfläche bezeichnet wird, und der entsprechenden Stirnseite des Schweißelement-Rohlings eine relativ scharfe Schneidkante bildet, so dass der Schweißelement-Rohling gleichzeitig ein Stanzwerkzeug bildet, ohne dass dazu eine weitere Bearbeitung des Schweißelement-Rohlings erforderlich ist.
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Der auf die genannte Art und Weise erzeugte Schweißelement-Rohling wird mit der Schneidkante voraus in das Montageteil, etwa mit Hilfe eines in einer Hubrichtung bewegten Stempels, eingetrieben. Der sich von der Schneidkante weg erstreckende Konusabschnitt bildet mit dem Montageteil bzw. der entstandenen Durchgangsbohrung einen Formschluss in der genannten Hubrichtung bzw. in einer zur Außenseite des Montageteils weisenden Richtung. Der Formschluss ist dabei bereits für viele Anwendungsfälle ausreichend, so dass in dieser Hinsicht eine weitere Bearbeitung des Schweißelement-Rohlings nicht erforderlich ist, d.h., dieser bildet bereits das fertige Schweißelement.
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Um ein problemloses Einstanzen des Schweißelement-Rohlings in das Montageteil zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn dieser aus einem Material besteht, welches gegenüber dem Material des Montageteils eine größere Härte aufweist.
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Der Schweißelement-Rohling bzw. das Schweißelement ist in der gegen die Einpressrichtung weisenden Gegenrichtung reibschlüssig in der Durchgangsbohrung fixiert. Da der Konusabschnitt des Schweißelements durch einen Materialbruch entstanden ist, weist er eine relativ hohe Rauigkeit auf, was die reibschlüssige Fixierung des Schweißelements erhöht. Die Oberflächenrauigkeit kann dabei derart ausgebildet sein, dass sich ein Mikroformschluss zwischen der Umfangsfläche des Konusabschnitts und der Wand der Durchgangsbohrung ausbildet. Das Schweißelement ist daher so fest entgegen der Stanz- bzw. Einpressrichtung in der Durchgangsbohrung des Montageteils fixiert, dass während des Transports und der Handhabung der Montageeinheit das Schweißelement nicht verloren gehen kann.
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Die Erfindung und weitere in den Unteransprüchen angegebene vorteilhafte Ausgestaltungen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematisierter Querschnittsdarstellung:
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1A–C die Erzeugung eines Schweißelement-Rohlings durch Ausstanzen eines Stanzbutzens aus einem Blechzuschnitt mit Hilfe eines Stempels und einer Lochmatrize,
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2A–C das Einpressen des Schweißelement-Rohlings mit einem Stempel und einer Lochmatrize in ein Montageteil,
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3A–C eine plastische Verformung des Schweißelement-Rohlings zur Herstellung eines axial wirksamen Formschlusses zwischen Schweißelement und Montageteil,
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4A–C eine Variante der in 3A–C gezeigten plastischen Verformung,
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5A, B eine Abwandlung der Variante von 4A–C,
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6A–C das Einpressen des Schweißelement-Rohlings mit einem alternativen Stempel und einer alternativen Lochmatrize in ein Montageteil,
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7A, B das Verschweißen einer Montageeinheit mit einer Grundkonstruktion,
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Zur Herstellung einer Montageeinheit 1, welche ein Montageteil 2 mit wenigstens einer Durchgangsbohrung 3 und ein in dieser fixiertes Schweißelement S umfasst, wird ein Montageteil 2 bereitgestellt, in welchem noch keine Durchgangsbohrung 3 vorhanden ist. Diese bildet sich, wenn ein selbststanzender Schweißelement-Rohling SR in das Montageteil 2 hineingetrieben bzw. eingestanzt wird.
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Die Erzeugung des selbststanzenden Schweißelement-Rohlings SR erfolgt gemäß 1A–C unter Zuhilfenahme eines Stempels 4 und einer von einem Matrizenloch 7 durchsetzten Lochmatrize 5. Die Lochmatrize 5 umfasst eine vorzugsweise ebene Auflagefläche 6, in welche das Matrizenloch 7 mündet. Auf die Auflagefläche 6 der Lochmatrize 5 wird ein Blechzuschnitt 8 so aufgelegt, dass er das Matrizenloch 7 vollständig überdeckt. Das Matrizenloch 7 und der Stempel 4 haben vorzugsweise eine kreisrunde Querschnittsform. Der Stempel 4 wird so auf die der Lochmatrize 5 abgewandten Seite des Blechzuschnitts 8 aufgesetzt, dass er hinsichtlich des Matrizenloches 7 mittig angeordnet ist, d.h., dass seine Mittellängsachse 9 mit der Mittellängsachse 10 des Matrizenloches 7 fluchtet bzw. die genannten Achsen koaxial zueinander verlaufen. Der Durchmesser 13 des Stempels 4 ist kleiner als der Durchmesser 14 des Matrizenloches 7. Die dem Blechzuschnitt 8 zugewandte Stirnseite 15 des Stempels 4 ist eben ausgebildet und liegt, wenn der Stempel 4 in Stanzrichtung 16 vorangetrieben wird, vollflächig an dem Blechzuschnitt 8 an.
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Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser 13, 14 ergibt sich zwischen der zylindrischen Umfangsfläche 17 des Stempels 4 und der Wand 18 des Matrizenlochs 7 ein sogenannter Schneidspalt 19. Der Stempel dringt in einer ersten Phase des Stanzprozesses ein Stück weit in den Blechzuschnitt 8 ein, wobei durch den Stempel 4 verdrängtes Material 22 des Blechzuschnitts 8 in das Matrizenloch 7 hineingedrückt wird. Das Material füllt dabei den Querschnitt des Matrizenlochs 7 vollständig aus. Abhängig von der jeweiligen Dicke 11 und dem Material des Blechzuschnitts 8 sowie der Größe des Schneidspalts 19, kommt es bei einer bestimmten Eindringtiefe 20 des Stempels 4 zu einem Abbruch des Materialbereichs 23 des Blechzuschnitts 8, welcher sich zwischen dem Rand der Stirnseite 15 und der Lochkante 24, welche den Übergang von der Auflagefläche 6 zur Wand 18 des Matrizenlochs bildet, befindet. Die dabei entstehende Abbruchfläche an dem entstandenen Stanzbutzen verjüngt sich in Richtung zum Stempel 4.
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Nach dem genannten Materialabbruch fällt der Schweißelementrohling SR nach unten aus dem Matrizenloch 7 heraus. Aufgrund des beschriebenen Stanzprozesses weist die Umfangsfläche 29 des Schweißelementrohlings einen sich an die erste Stirnfläche 25 anschließenden zylindrischen Längsabschnitt 30 und einen sich zur zweiten Stirnfläche 26 hin verjüngenden Konusabschnitt 33 auf. Der Durchmesser 27 der ersten Stirnseite 25 bzw. des zylindrischen Längsabschnitts 30 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser 14 des Matrizenlochs 7. Der Durchmesser 28 der zweiten Stirnseite 26 ist kleiner als der Durchmesser 27 der ersten Stirnseite 25. Er entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser 13 des Stempels 4. Bedingt durch den oben beschriebenen Materialabriss während des Stanzvorganges bildet sich an dem Übergang zwischen der zweiten Stirnfläche 26 und dem Konusabschnitt 33 eine scharfe Schneidkante 34 aus.
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Zur Herstellung einer Montageeinheit mit Hilfe eines mit der oben beschriebenen Vorgehensweise hergestellten Schweißelementrohlings SR wird die Schneidkante 34 als Stanzkante benutzt, d.h. es wird, wie 2A zu entnehmen ist, der Schweißelementrohling SR mit der Schneidkante 34 voraus in eine der beiden Seiten 37, 39 des Montageteils mit Hilfe eines Stempels 4a so eingestanzt, dass der Schweißelement-Rohling SR bzw. das Schweißelement S das Montageteil 2 unter Bildung der Durchgangsbohrung 3 durchsetzt. Bei diesem Einpressvorgang findet ein Gegenhalter in Form einer Lochmatrize 5a Verwendung, wobei bei der Bildung der Durchgangsbohrung 3 im Montageteil 2 als Abfallprodukt ein Stanzbutzen 35 entsteht, welcher aus dem Matrizenloch 7a herausfällt.
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Die beiden Verfahrensabschnitte, nämlich zum einen die Erzeugung des selbststanzenden Schweißelement-Rohlings SR und zum anderen das Einstanzen des selbststanzenden Schweißelement-Rohlings SR in ein Montageteil 2 zur Herstellung einer Montageeinheit 1, werden vorzugsweise so durchgeführt, dass der aus der Lochmatrize 5 ausgestoßene Schweißelement-Rohling SR (1C) beispielsweise mit Hilfe eines Transportbandes (nicht gezeigt) zu einer Arbeitsstation gem. 2A–C zugeführt wird. Der Schweißelement-Rohling SR liegt dabei in einer definierten Lage vor, in der seine die Schneidkante 34 tragende zweite Stirnseite 26 nach oben weist. Er kann dann entweder in dieser Lage oder umgewendet, d.h. mit nach unten weisender Schneidkante 34, in ein Montageteil 2 eingestanzt werden, wobei im ersten Fall der Schweißelement-Rohling SR unterhalb und im zweiten Fall oberhalb des Montageteil 2 (2A) positioniert ist.
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Am Ende des Einstanzvorganges liegt bereits eine Montageeinheit 1 vor, bei der das Schweißelement S mit einer für viele Anwendungsfälle ausreichenden Festigkeit in der Durchgangsbohrung 3 fixiert ist. Der Schweißelement-Rohling SR bildet in diesen Fällen nach dem Einstanzen in das Montageteil 2 gleich das Schweißelement S, ohne dass hinsichtlich dessen Fixierung in der Durchgangsbohrung 3 weitere Bearbeitungsschritte erforderlich sind. Der Konusabschnitt 33 bzw. die sich von der zweiten Stirnseite 26 in Richtung zur ersten Stirnseite 25 radial erweiternde Umfangsfläche 29 des Schweißelements S bildet ein erstes Formschlusselement F1a, welches einen Formschluss zwischen dem Schweißelement S und dem Montageteil 2 in einer zur ersten Stirnseite 25 des Schweißelements S bzw. zur Außenseite 39 des Montageteils 2 weisenden Richtung R1 bewirkt.
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Das Schweißelement S wird vorzugsweise so in das Montageteil 2 eingestanzt, dass seine zweite Stirnseite 26, deren Durchmesser 28 kleiner ist als der Durchmesser 27 der ersten Stirnseite 25, auf der Montageseite 37 des Montageteils 2 angeordnet ist, wobei sie mit dieser fluchtet oder mit einem Überstand 38 aus dieser vorsteht. Im Endmontagezustand, d.h., wenn das Schweißelement S an der Gegenfläche 55 der Grundkonstruktion angeschweißt ist, verhindert der Formschluss in Richtung R1 durch das erste Formschlusselement F1a, dass das Montageteil 2 bei einer Kraftbeaufschlagung in der Gegenrichtung, also in der Richtung R2, vom Schweißelement S abgezogen werden kann.
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Falls das Schweißelement S mit einem Überstand aus dem Montageteil 2 heraus ragen soll, also mit einem Überstand 38 aus dessen Montageseite 37 und/oder mit einem Überstand 43 aus dessen Außenseite 39, wird ein Schweißelement-Rohling SR verwendet, dessen Dicke 11 größer ist als die Dicke 12 des Montageteils 2 im Lochrandbereich 21 der Durchgangsbohrung 3. Wenn die Montageeinheit 1 an einer Grundkonstruktion 36 fixiert ist, bleibt aufgrund des montageseitigen Überstands 38 zwischen der Gegenfläche 55 der Grundkonstruktion 36 und der Montageseite 37 des Montageteils 2 ein Spalt 31 frei. In dem Spalt 31 bzw. an der Montageseite 37 kann eine Materialschicht 40 beispielsweise zu Dichtungs- oder Isolierzwecken angeordnet werden. Der außenseitige Überstand 43 hat z.B. den Vorteil, dass beim Verschweißen der Montageeinheit 1 mit einer Grundkonstruktion 36 an die erste Stirnseite 25 des Schweißelements S eine Schweißelektrode 44 angesetzt werden kann, ohne dass es zu einem unerwünschten Kontakt mit dem Lochrandbereich 21 der Durchgangsbohrung 3 kommt, was in der eine weitere Ausführungsvariante betreffenden 7A verdeutlicht ist.
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Ein Formschluss zwischen dem Schweißelement S und dem Montageteil 2 kann ganz allgemein auch dadurch erreicht werden, dass Material des Schweißelement-Rohlings SR radial nach außen verdrängt wird und dabei ein den Schweißelement-Rohling SR bzw. das Schweißelement S in der Durchgangsbohrung 3 fixierendes, einen Formschluss in der Richtung R1 oder R2 bewirkendes Formschlusselement entsteht.
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So kann z.B. der oben beschriebene Formschluss in der Richtung R1 verstärkt werden. Zweckmäßigerweise wird dazu die in Rede stehende Materialverdrängung vorgenommen, indem gemäß 3A–C mit Hilfe eines Prägestempels 56 eine randständige Ringnut 57 in den Randbereich der ersten Stirnseite 25 des Schweißelement-Rohlings SR eingebracht wird. Der Schweißelement-Rohling SR stützt sich dabei mit seiner zweiten Stirnseite 26 an einem Gegenhalter 41 ab. Der Prägestempel 56 weist auf seiner im Zuge des Prägevorgangs der Außenseite 39 des Montageteils 2 zugewandten Seite einen zur Ringnut 57 komplementär geformten Ringvorsprung 58 auf. Wenn der Ringvorsprung 58 in Hubrichtung 48 in die erste Stirnseite 25 des Schweißelement-Rohlings SR eingedrückt wird, bildet sich die Ringnut 57 aus, wobei zum zylindrischen Längsabschnitts 30 des Schweißelement-Rohlings SR gehörendes Material radial nach außen verdrängt wird. Das verdrängte Material bildet ein weiteres erstes Formschlusselement F1b, also ein solches, welches das Schweißelement S mit Formschluss in der zur Außenseite 37 des Montageteils 2 weisenden Richtung R1 in der Durchgangsbohrung 3 fixiert.
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Aufgrund der radialen Materialverdrängung bildet die ursprünglich zylindrische Umfangsfläche des Längsabschnitts 30 des Schweißelement-Rohlings SR, die in 3B mit einer gestrichelten Linie 32 angedeutet ist, eine sich zur ersten Stirnseite 25 hin erweiternde Konusfläche. Diese schließt sich praktisch unmittelbar an den Konusabschnitt 33 an. Die Umfangsfläche 29 des Schweißelements S bildet somit insgesamt eine sich zur ersten Stirnseite 25 des Schweißelements S erweiternde Konusfläche. Bei der radialen Verdrängung von Material des zylindrischen Längsabschnitts 30 gibt das gegenüber dem Material des Schweißelement-Rohlings SR weichere Material des Montageteils 2 nach, so dass die Bohrungswand der Durchgangsbohrung 3 ebenfalls insgesamt eine sich zur Außenseite 39 des Montageteils 2 erweiternde Konusfläche bildet.
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Der radial innerhalb des Ringvorsprungs 58 angeordnete Bereich des Prägestempels 56 wird von einer Ausnehmung 60 gebildet. Der den Ringvorsprung 58 radial außen umgrenzende Bereich des Prägestempels 56 ist eine Auflagefläche 59, die parallel zu einer von dem Ringvorsprung 58 aufgespannten Ebene 50 verläuft. Der Ringvorsprung 58 ragt über die Auflagefläche 59, die am Ende des Prägevorgangs an der Außenseite 39 des Montageteils anliegt (3B), hinaus. Die Tiefe 63 der Ausnehmung 60 ist größer als der Überstand 51, mit dem der Ringvorsprung 58 über die Auflagefläche 59 hinaus steht. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass ein radial innerhalb der Ringnut 57 angeordneter Zentralbereich 65 des Schweißelements S unabhängig von der Eindringtiefe des Ringvorsprungs 58 durch den Prägestempel 56 nicht axial gestaucht wird und daher unverändert erhalten bleibt. Dagegen wird der radial nach außen verdrängte Materialbereich bzw. das sich bildende Formschlusselement F1b axial gestaucht, so dass der Zentralbereich 65 mit einem Überstand 68 über das Formschlusselement F1b hinaussteht. Wenn das Formschlusselement F1b mit der Außenseite 39 des Montageteils 2 fluchtet, entspricht der Überstand 68 dem Überstand 43 des Zentralbereichs 65.
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Das Schweißelement S ist bei den bisher beschriebenen Ausführungsvarianten in der zur Montageseite 37 des Montageteils 2 weisenden Richtung R2 im Wesentlichen reibschlüssig in der Durchgangsbohrung 3 fixiert. Eine hinsichtlich der Richtung R2 erhöhte Festigkeit der Verbindung zwischen dem Schweißelement S und dem Montageteil 2 kann nun ebenfalls durch eine radial nach außen gerichtete Materialverdrängung der oben erwähnten Art erreicht werden. Dazu wird gemäß 4A–C vorzugsweise zusätzlich zu der Ringnut 57 in der ersten Stirnseite 25 des Schweißelement-Rohlings SR in dessen zweite Stirnseite 26 eine ebenfalls randständige Ringnut 45 mit Hilfe eines Prägestempels 46 eingebracht.
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Der Prägestempel 46 weist zu diesem Zweck auf seiner im Zuge des Prägevorgangs der Montageseite 37 des Montageteils 2 zugewandten Seite einen zur Ringnut 45 komplementär geformten Ringvorsprung 47 auf. Wenn der Prägestempel 46 in Hubrichtung 48 in die zweite Stirnseite 26 des Schweißelement-Rohlings SR eingedrückt wird, wird ein die Ringnut 45 radial außen umgrenzender Materialbereich des Schweißelement-Rohlings SR radial nach außen verdrängt. Dabei bildet sich ein zweites Formschlusselement F2, also ein solches, welches das Schweißelement S mit einem Formschluss in einer zur Montageseite 37 weisenden Richtung R2 in der Durchgangsbohrung 3 fixiert. Die Materialverdrängung erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass das sich bildende Formschlusselement die Montageseite 37 des Montageteils 2 im Lochrandbereich 21 radial überlappt. Nachdem sich das zweite Formschlusselement F2 gebildet hat, ist der ursprüngliche Konusabschnitt 33 des Schweißelement-Rohlings SR aufgrund der radial nach außen gerichteten Materialverdrängung praktisch nicht mehr vorhanden. Der Formschluss in der Richtung R2 wird nun im Wesentlichen von dem zweiten Formschlusselement F2 gewährleistet.
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Bei der in Rede stehenden Materialverdrängung erfolgt gleichzeitig eine Formgebung des zweiten Formschlusselements F2. Zu diesem Zweck weist der Prägestempel 46 eine den Ringvorsprung 47 konzentrisch umgrenzende ebene Anschlagfläche 49 auf, wobei diese während des Prägevorgangs parallel zur Montageseite 37 des Montageteils 2 beziehungsweise parallel zu einer von dem Ringvorsprung 47 aufgespannten Ebene 52 verläuft. Der zwischen der Anschlagfläche 49 und dem Ringvorsprung 47 vorhandene Bereich des Prägestempels 46 wird von einer ringförmigen Ausnehmung 53 gebildet. Wenn der Prägestempel 46 ausgehend von der in 3A gezeigten Situation in Hubrichtung 48 vorangetrieben wird, wird durch den Ringvorsprung 47 Material des Schweißelement-Rohlings SR in die ringförmige Ausnehmung 53 verdrängt, wobei sich das zweite Formschlusselement F2 mit einer zur ringförmigen Ausnehmung 53 komplementären Form und einem definierten Überstand 38 bildet. Der sich radial innerhalb des Ringvorsprungs 47 befindliche Bereich des Prägestempels 46 ist eine Ausnehmung 66, deren Tiefe 67 größer ist als der Überstand 68, mit dem der Ringvorsprung 47 über die Anschlagfläche 49 hinaus steht. Damit ist gewährleistet, dass ein radial innerhalb der Ringnut 45 angeordneter Zentralbereich 54 des Schweißelements S unabhängig von der Eindringtiefe des Ringvorsprungs 47 durch den Prägestempel 46 nicht beaufschlagt wird und somit unverändert erhalten bleibt.
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Am Ende des Stempelhubs liegt die Anschlagfläche 49 des Prägestempels 46 an der Montageseite 37 des Montageteils 2 an. Der sich radial innerhalb der Ringnut 45 befindliche Zentralbereich 54 der zweiten Stirnseite 26 des Schweißelements S dient als Schweißfläche zur Verschweißung mit der Gegenfläche 55 der Grundkonstruktion 36. Der Zentralbereich 54 fluchtet mit dem zweiten Formschlusselement F2 oder steht geringfügig über dieses hinaus.
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Bei dem in 5A und 5B gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Montageteil 2a verwendet, welches deutlich dünner ist als das Montageteil 2a der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die geringere Dicke 12 des Montageteils 2a führt bei der einheitlichen Dicke 11 des Schweißelement-Rohlings SR dazu, dass dieser nach dem Einpressen in das Montageteil 2a aus dessen Montageund Außenseite 37, 39 mit entsprechend großen Überständen 38´ und 43´ vor steht und außerdem im Falle von sehr dünnen Montageteilen 2a nicht mit ausreichender Festigkeit im Montageteil 2a fixiert ist. Daher wird zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit eine radial nach außen gerichtete Materialverdrängung durchgeführt, bei der die Montage- und Außenseite 37, 39 radial überlappende Formschlusselemente der weiter oben beschriebenen Art gebildet werden. Außerdem wird zur Einstellung eines vorgegebenen montageseitigen, gegenüber dem anfänglichen Überstand 38´ verringerten Überstands 38 das Schweißelements S in der Durchgangsbohrung 3 axial bzw. in der Richtung R2 verschoben.
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Die Erzeugung der Formschlusselemente erfolgt mit Hilfe von Prägestempeln 56 und 46 der bereits in 4A gezeigten Art, welche den Schweißelementrohling SR in Hubrichtung 48 beaufschlagen. Dabei dringen die Vorsprünge 58 und 47 in den Schweißelement-Rohling SR unter radial nach außen gerichteter Materialverdrängung und Bildung eines ersten, in der Richtung R1 wirksamen, ersten Formschlusselements F1c und des zweiten, in der Richtung R2 wirksamen Formschlusselements F2 ein. Dabei wird der Schweißelement-Rohling SR gegenüber dem Montageteil 2a in der Richtung R2 soweit verschoben, dass er am Ende des Prägevorgangs den gewünschten montageseitigen Überstand 38 aufweist. Bei der Bildung des zweiten Formschlusselements F2, wenn also der Ringvorsprung 47 des Prägestempels 46 in den Schweißelement-Rohling SR eindringt, erfolgt auch eine radiale Materialverdrängung innerhalb der Durchgangsbohrung 3. Eine sich aufgrund des in Richtung R2 verschobenen Konusabschnitts 33 ergebende Lockerung des Pressverbunds von Schweißelement-Rohling SR und Montageteil 2a tritt somit nicht auf.
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Die radial nach außen gerichtete Materialverdrängung mit Hilfe des Prägestempels 56 bzw. dessen Ringvorsprungs 58 erfolgt so, dass das erste Formschlusselement F1c die Außenseite 39 des Montageteils 2a im Lochrandbereich 21 nach Art eines Flansches radial überlappt. Während des Prägevorgangs wird das sich bildende erste Formschlusselement F1c von der Auflagefläche 59 des Prägestempels 56 axial gestaucht, so dass der – axial nicht gestauchte – Zentralbereich 65 des Schweißelements S mit einem Überstand 68 über das Formschlusselement F1c hinaus steht. Die Dicke 69 des Formschlusselements F1c hängt von der Dicke 12 des jeweils verwendeten Montageteils 2a ab.
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Bei der in 6A–C gezeigten Verfahrensvariante wird die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Schweißelement S und dem Montageteil 2 zumindest in einer der beiden Richtungen R1, R2 durch eine radial nach innen gerichtete Verdrängung von Material des Montageteils 2 erreicht. Zu diesem Zweck wird in die Außenseite 39 und/oder die Montageseite 37 des Montageteils 2 ein Prägeelement P unter Bildung einer oder mehrerer Ausnehmungen eingedrückt. Das radial nach innen verdrängte Material des Montageteils 2 wird dabei gegen das Schweißelement S gedrückt. Dies führt dazu, dass das Schweißelement S an seiner Umfangsfläche 29 einer erhöhten Druckspannung ausgesetzt ist. Dadurch können über das Schweißelement S in der Richtung R1 und/oder der Richtung R2 größere Kräfte übertragen werden.
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Die in Rede stehende Materialverdrängung wird vorzugsweise im Zuge des Einstanzens des Schweißelement-Rohlings SR in das Montageteil 2 vorgenommen. Ein separater Verfahrensschritt ist bei dieser Vorgehensweise somit nicht erforderlich. Das Prägeelement P ist dabei an dem Stempel 4b und/oder der Lochmatrize 5b vorhanden. Bei der in Rede stehenden Verfahrensvariante weist sowohl der Stempel 4b als auch die Lochmatrize ein Prägeelement P auf. Dieses kann in Form mehrerer Einzelvorsprünge oder vorzugsweise in Form eines Ringvorsprungs 73, 74 ausgebildet sein. In letzterem Fall ist die sich dabei in der Außenseite 39 bzw. in der Montageseite 37 des Montageteils 2 bildende Ausnehmung eine zum Ringvorsprung 73, 74 komplementär geformte Ringnut 71 bzw. 72.
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Der Ringvorsprung 73 des Prägestempels 4b steht aus dessen im Zuge des Einstanzens des Schweißelement-Rohlings SR der Außenseite 39 des Montageteils 2 zugewandten Seite vor. Der Ringvorsprung 73 umgrenzt eine Ausnehmung 75 und hat einen Innendurchmesser 76, der nur geringfügig größer ist als der Durchmesser 77 des zylindrischen Längsabschnitts 30 des Schweißelement-Rohlings SR. Radial nach außen schließt sich an den Ringvorsprung 73 eine Auflagefläche 78 an, welche am Ende des Stanzvorgangs (6B) an der Außenseite 39 des Montageteils 2 anliegt. Die Tiefe der Ausnehmung 75 ist so bemessen, dass ein eventuell vorhandener Überstand 43 (6B), mit dem das Schweißelement S aus der Außenseite 39 vor steht, darin Platz findet.
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Der Ringvorsprung 74 der Lochmatrize 5b steht aus deren während des o.g. Einstanzvorgangs der Montageseite 37 des Montageteils 2 zugewandten Seite hervor. Sein Innendurchmesser 79 entspricht dem Durchmesser 80 des Matrizenloches 7. Die Innenseite 83 des Ringvorsprungs 74 fluchtet somit mit der Wand 18 des Matrizenloches 7. Radial nach außen schließt sich an den Ringvorsprung 74 eine Anschlagfläche 84 an. Diese liegt am Ende des Stanzvorgangs gem. 6B an der Montageseite 37 des Montageteils 2 an.
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Die Innenseite 83 des Ringvorsprungs 74 bildet mit dessen Oberseite 85, die vorzugsweise rechtwinklig zur Mittellängsachse 86 des Matrizenloches 7 verläuft, eine Schneidkante 87. Durch diese Schneidkante 87 und dadurch, dass sich der Ringvorsprung 74 und der Konusabschnitt 33 des Schweißelement-Rohlings SR am Ende des Stanzvorgangs axial überlappen, ist ein problemloser Abriss des Stanzbutzens 35 vom Montageteil 2 gewährleistet.
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Zur Verbindung einer auf die oben beschriebene Weise hergestellten Montageeinheit 1 mit der Grundkonstruktion 36 unter Zuhilfenahme zweier Schweißelektroden 44, 64 wird die Montageeinheit 1 an der Gegenfläche 55 der Grundkonstruktion 36 positioniert (7A). Eine der Schweißelektroden, die oben schon erwähnte Elektrode 44, wird an der ersten Stirnseite 25 bzw. am Zentralbereich 65 des Schweißelements S angesetzt. Da dieser gegenüber der Außenseite 39 des Montageteils 2 einen Überstand 43 und gegenüber dem ersten Formschlusselement F1b einen Überstand 68 aufweist, ist eine seitlich versetzte Position (gestrichelte Linie in 7A) der Schweißelektrode 44 möglich, ohne dass diese mit dem Lochrandbereich 21 der Durchgangsbohrung 3 und dem Formschlusselement F1b in elektrischen Kontakt kommt und dadurch die genannten Bereich in unnötiger Weise thermisch belastet werden. An Ende des Schweißvorgangs hat sich zwischen dem montageseitigen Zentralbereich 54 des Schweißelements S und der Gegenfläche 55 der Grundkonstruktion 36 eine Schweißzone 70 ausgebildet (7B).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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