WO2003046390A2

WO2003046390A2 - Verfahren zum befestigen eines einsatzes an einem bauteils aus einem leichtbau-werkstoff

Info

Publication number: WO2003046390A2
Application number: PCT/DE2002/004227
Authority: WO
Inventors: Michael Schlimmer; Marc Siebert
Original assignee: Universität Kassel
Priority date: 2001-11-17
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2003-06-05
Also published as: AU2002351673A1; AU2002351673A8; WO2003046390A3

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Befestigen eines als Montageelement verwendbaren Einsatzes (6) an einem Bauteil (1) aus einem Leichtbau-Werkstoff, insbesondere einem metallischzellularen Werkstoff, beschrieben. Das Bauteil (1) wird dazu mit einer Aussparung (2) versehen, in die ein Körper (5) aus thermoplastischem Material eingebracht wird. Der Einsatz (6) wird zum Einführen in die Aussparung (2) an einer Sonotrode (9) befestigt, die zum Plastifizieren des thermoplastischen Materials und dadurch zur festen stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung des Einsatzes (6) mit dem Bauteil (1) im Bereich der Aussparung (2) verwendet wird .

Description

Verfahren zum Befestigen eines Einsatzes an einem Bauteil aus einem Leichtbau- Werkstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bauelemente aus Leichtbau- Werkstoffen, insbesondere Metallschäumen und anderen (metallisch-) zellularen Werkstoffen, werden zunehmend im Fahrzeugbau genutzt, um bei hinreichender Festigkeit und Steifϊgkeit die Bauteilmasse zu verringern. Sie finden aber auch in weiten Bereichen des Maschinenbaus Anwendung und zeichnen durch die Auflösung der kompakten und massiven Struktur in eine offen- oder geschlossenporige zellulare Struktur aus. Für den industriellen (Groß-) Einsatz derartiger Werkstoffe oder mit diesen hergestellter Werkstoffverbunde ist es erforderlich, sie mit vorzugsweise aus Metall gefertigten Montageelementen wie z. B. Schrauben, Bolzen, Stiften od. dgl. zu versehen. Dazu werden geeignete Fügeverfahren benötigt, da die Montageelemente nicht ohne weiteres dauerhaft fest an den Bauteilen befestigt werden können.

Als grundsätzlich geeignete Fügeverfahren haben sich das Kleben, Schrauben, Löten und spezielle Schweißverfahren erwiesen. Dies gilt allerdings nicht uneingeschränkt.

Beim direkten Schweißen von Metallschäumen treten Probleme auf, welche schaumseitig auf die sehr geringe und vor allem ungleichmäßige Dicke der zu verschweißenden Bereiche zurückzuführen sind. Die relativ hohe Schweißtemperatur impliziert Eigenspannungen in der Wärmeeinflußzone und führt meistens zu Verzug.

Beim Löten von Schaumwerkstoffen können aufgrund des Eindringens von Lötflußmitteln in die poröse Schaumstruktur Korrosionsprobleme sowie Beeinflußungen der Eigenschaften des zellularen Werkstoffs im Kontaminationsbereich auftreten. Weiterhin ist die Festigkeit gelöteter Verbindungen oft erheblich geringer als die technische Streckgrenze des Schaumwerkstoffs bei gleicher Dichte.

Das ausschließlich kraftschlüssige Fügeverfahren "Schrauben" ist aufgrund unzureichender Festigkeit der Schaumstruktur kaum einsetzbar.

Ideal wäre ein flächen- bzw. volumenhaftes und stoffschlüssiges Fügeverfahren. Dieser Forderung entspricht das Kleben als Fügetechnik. Nahezu alle Werkstoffgruppen lassen sich miteinander verbinden, ohne daß die Werkstoffeigenschaften der Fügeteile unzulässig verändert werden. Das Kleben zählt zu den wärmearmen Fügeverfahren, bei dem keine lokale Schwächung der Fügezone sondern eine flächenhafte stoffschlüssige Verbindung der Fügeteile erfolgt. Deren Festigkeit 'ist in der Regel höher als die des zellularen Werk- Stoffs. Weiterhin kann das Fügeverfahren "Kleben" insbesondere bei Mischbauweise, d. h. bei Verwendung unterschiedlicher metallischer und/oder nichtmetallischer Werkstoffe multifunktionale Eigenschaften aufweisen und zusätzlich Aufgaben wie elektrochemische Isolation und Dichtfunktion übernehmen. Nachteilig bezüglich der Verfahrensgeschwindigkeit sind die bei Raumtemperatur oft mehrere Stunden dauernden Aushärtungszeiten geeigneter, insbesondere duroplastischer Reaktionsklebstoffe. Eine Verkürzung der

Aushärtungszeiten wäre zwar durch eine Erhöhung der Aushärtungstemperatur möglich, erfordert aber weiteren apparativen Aufwand und finanziellen Einsatz.

Im Falle des Einbringens von Montageelementen in Form von Einsätzen, mit denen Schrauben, Stifte, Muttern od. dgl. fest verbunden werden könnten, erlauben metallisch zellulare Werkstoffe (z. B. Metallschäume) das Ein- oder Umschäumen dieser Einsätze direkt beim Herstellungsprozeß. Hierfür kommen jedoch nur Kompaktwerkstoffe in Frage, welche einen höheren Schmelzpunkt als die herrschenden Prozeßtemperaturen beim Schäumen aufweisen. Die Verwendung solcher Einsätze aus Kompaktwerkstoff erfordert wegen der erheblichen thermischen Belastung ein größeres Volumen und widerspricht damit dem Leichtbaugedanken, der hinter dem Einsatz von zellularen Werkstoffen steht. Andererseits ist durch das Umschäumen die Position des Befestigungselements eindeutig festgelegt, und etwaige Toleranzüberlagerungen können unter Umständen nicht mehr ausgeglichen werden.

Daneben ist es zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen einem Bauteil aus einem zellularen Material und einem Bauteil aus einem kompakten Material bekannt (DE 199 17 132 AI), die beiden Bauteile aneinander zu legen und dann durch Ultraschallschweißen miteinander zu verbinden. Zur Herstellung fester und dauerhafter Verbindungen sind allerdings verhältnismäßig große Kontaktflächen erforderlich, die nicht immer erwünscht sind und auch nicht immer zur Verfugung stehen.

Zur Verbindung von plattenförmigen Bauteilen wäre es weiterhin möglich, die eine Platte mit einer Aussparung zu versehen, in diese einen hülsenförmigen Einsatz einzusetzen und dessen Boden dann durch Ultraschallschweißen mit der anderen Platte zu verbinden (DE 196 10 636 C2). Eine solche Befestigungsart setzt allerdings voraus, daß zumindest der Einsatz aus einem durch Ultraschallenergie schweißfähigen Material besteht, was aus Stabilitätsgründen nicht immer erwünscht ist. Außerdem steht bei einer solchen Verfahrensweise mit dem Boden des Einsatzes nur eine vergleichsweise kleine Kontaktfläche für die herzustellende, kraftschlüssige Verbindung zur Verfügung.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (US-PS 4 817 264) werden mit Flanschen versehene, nietartige Einsätze verwendet, die in durchgehende Bohrungen der Bauteile eingesetzt und auf der von den Flanschen entfernten, aus den Bohrungen herausragenden Enden durch Ultraschallenergie plastifiziert und zu Nietköpfen verformt werden, wie dies beim Ultraschallschweißen allgemein üblich ist. Die Fügung erfolgt hier ausschließlich durch Formschluß und setzt eine das Bauteil vollständig durchsetzende Aussparung voraus. Ist stattdessen eine Aussparung in Form einer Blindbohrung erwünscht, dann muß erst einmal ein Aufnahmekörper aus thermoplastischem Material in der Aussparung befestigt werden, was in einem besonderen Arbeitsgang durch Bildung einer Kleb- und Schnappverbindung verfolgt. Danach wird der eigentliche Einsatz durch Ultraschallenergie im Aufhahmekörper befestigt, so daß sich ein vergleichsweise aufwändiges und nur mit geeigneten, am Bauteil befestigten Deckschichten durchfuhrbares Fügeverfahren ergibt.

Schließlich ist ein Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung bekannt (DE 695 03 284 T2), bei dem ein plattenförmiges, aus Schaumstoff oder Wabenmaterial bestehendes Bauteil auf gegenüber liegenden Breitseiten mit Deckschichten oder thermoplastischem Material belegt und mit einer zur Aufnahme eines Einsatzes bestimmten Aussparung versehen wird. Der Einsatz besteht aus thermoplastischem Material und weist an seinen axialen Enden sogenannte Opferränder auf, die durch Ultraschallschwingungen plastifiziert und mit den an die Aussparung grenzenden Rändern der beiden Deckschichten ver- schmolzen werden. Dieses Verfahren ist daher nur anwendbar, wenn sowohl die Einsätze als auch die Deckschichten aus einem thermoplastischen Material bestehen oder die Einsätze in einem aufwendigen Verfahrensschritt mit thermoplastischen Opferrändern versehen werden.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, das

Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung so weiterzuentwickeln, daß es sich auch zur Verbindung von metallischen Einsätzen an Bauteilen aus metallisch-zellularen Werkstoffen oder daraus hergestellten Verbundwerkstoffen eignet, auf einfache Weise eine dauerhaft gute Befestigung der Einsätze in den Bauteilen ermöglicht und vom Prinzip her weder Deckschichten noch durchgehende Aussparungen für die Einsätze erfordert.

Zur Lösung dieses Problems dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß durch das zusätzliche Einbringen eines Körpers aus thermoplastischem Material ein aus Metall bestehender Einsatz durch

Ultraschallenergie mit einem ebenfalls aus Metall bestehenden Bauteil verbunden werden kann. Die Verbindung muß dabei nicht flächig durch Kontaktierung des Einsatzes mit dem Bauteil an dafür vorgesehenen Breitseiten erfolgen, sondern kann vielmehr im wesentlichen volumenhaft in der Aussparung selbst mit Hilfe einer Zwischenschicht aus thermoplastischem Material vorgenommen werden. Wird ein Bauteil aus einem (metallisch-) zellularen Werkstoff verwendet, dann ergibt sich der weitere Vorteil, daß das thermoplastische Material tief in die Poren des Werkstoffs eindringen und dadurch eine formschlüssige Verbindung mit diesem eingehen kann. Dasselbe gilt auf der Seite des Einsatzes, wenn dieser an seiner in die Aussparung ragende Außenfläche mit zur Aufnahme des thermoplastischen Materials geeigneten Vertiefungen versehen wird. Das erfindungs- gemäße Fügeverfahren erfordert außerdem weder eine das Bauteil durchsetzende Aussparung noch irgendwelche Deckschichten und ist weitgehend unabhängig von den für das Bauteil und den Einsatz vorgesehenen Materialien durchführbar.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeoen sich aus den Unteransprüchen,

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein mit einem Einsatz zu versehendes Bauteil in einer ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 bis 4 der Fig. 1 entsprechende Ansichten von weiteren Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht in Vergrößerung; und

Fig. 6 und 7 der Fig. 1 entsprechende Ansichten bei Anwendung von alternativen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 ist ein Bauteil 1 mit einer z. B. zylindrischen Aussparung 2 vorgesehen, die von einer Breitseite 3 her eingearbeitet und nach Art einer Blindbohrung ausgebildet ist. Die Aussparung 2 weist eine Mittelachse 4 auf, die im Ausführungsbeispiel im wesentlichen senkrecht zur Breitseite 3 verläuft. In der Aussparung 2 ist ein Körper 5 aus einem thermoplastischen Material angeordnet, der im Ausführungsbeispiel als hülsenföπniger bzw. hohlzylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist und eine axiale Höhe besitzt, die zweckmäßig gleich der Tiefe der Aussparung 2 ist. Im eingesetzten Zustand nach Fig. 1 schließt der Körper 5 daher bündig mit der Breitseite 3 ab.

Ein Einsatz 6 ist dazu vorgesehen, in die Aussprung 2 eingebracht und fest mit dem Bauteil 1 verbunden zu werden. Der Einsatz 6 weist an seinem oberen Ende, wie insbesondere Fig. 4 zeigt, eine mit einem Innengewinde 7 versehene, axiale Bohrung 8 auf. In diese Bohrung 8 kann nach der Befestigung des Einsatzes 6 am Bauteil 1 eine Befestigungsschraube od. dgl. eingedreht werden, wodurch der Einsatz 6 ein Montageelement bildet, mittels dessen an sich beliebige weitere Bauteile fest mit dem Bauteil 1 verbunden werden können.

Die Bohrung 8 dient, wie Fig. 1 bis 3 zeigen, bei der Durchführung des erfindungs- gemäßen Fügeverfahrens außerdem zur Aufnahme des freien Endes einer Sonotrode 9, das mit einem in das Innengewinde 7 passenden Außengewinde versehen ist und fest in die Bohrung 8 eingedreht werden kann.

Die Befestigung des Einsatzes 6 in der Aussparung 2 erfolgt erfindungsgemäß z. B. dadurch, daß zunächst der Körper 5 aus thermoplastischem Material in die Aussparung 2 eingebracht und dann der vorher an die Sonotrode 9 angeschraubte Einsatz 9 in Richtung des eingezeichneten Pfeils der Aussparung 2 koaxial zur Mittelachse 4 angenähert wird (Fig. 1). Sobald das untere Ende des Einsatzes 6 den Körper 5 erreicht hat (Fig. 2), wird die Sonotrode 9 so lange aktiviert bzw. in mechanische Ultraschallschwingungen versetzt, bis das thermoplastische Material des Körpers 5 weitgehend oder vollständig plastifiziert ist und sich dadurch dicht an die die Aussparung 2 umschließende Umfangs and des Bauteils 1 sowie die ihr gegenüber liegende äußere Mantelfläche des Einsatzes 6 anschmiegt. Natürlich kann die Sonotrode 9 je nach Bedarf auch kurz vor oder nach dem Inberührungbringen des Einsatzes 6 mit dem Körper 5 aktiviert werden.

Der Einsatz 6 wird nach seinem Aufsetzen auf den Körper 5 kontinuierlich oder schrittweise mit einer Kraft F in Pfeilrichtung weiter vorgeschoben, bis er vorzugsweise auf dem Boden der Aussparung 2 aufliegt (Fig. 3) und das plastifizierte thermoplastische Material 10 des Körpers 5 (Fig. 3 und 4) vollständig in den Zwischenraum zwischen der Umfangs- wand der Aussparung 2 und der Mantelfläche des Einsatzes 6 eingetreten und gleichförmig in diesem verteilt ist. Anschließend wird die Sonotrode 9 aus der Bohrung 8 herausgedreht und entfernt (Fig. 4). Das erkaltete thermoplastische Material 10 stellt dann eine innige und feste Verbindung des Einsatzes 6 mit dem Bauteil 1 her. Das gesamte Fügeverfahren einschließlich des Erkaltens des thermoplastischen Materials dauert nur wenige Sekunden.

Zur Einführung des Einsatzes 6 in die Aussparung 2 ist die Sonotrode 9 zweckmäßig an einem nicht dargestellten Konverter befestigt, der z. B. als piezoelektrischer Schwingungs- erzeuger ausgebildet und seinerseits mit einer motorisch, hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Vorschubeinheit gekoppelt ist. Hierfür geeignete Vorrichtungen sind z. B. bei Geräten zur Ultraschallschweißung allgemein bekannt.

Für die Durchführung des beschriebenen Fügeverfahrens ist es zweckmäßig, wenn der Körper 5 einen Außenquerschnitt K^ (Fig. 5) besitzt, der geringfügig kleiner als der

Innenquerschnitt A; der Aussparung 2 ist, und daher mit einem geringen Spaltmaß leicht in die Aussparung 2 eingeführt werden kann. Dagegen sollte der z. B. zylindrische Einsatz 6 einen Außenquerschnitt E_a aufweisen, der etwas größer als der Innenquerschnitt K_; des Körpers 5 ist. Dadurch wird erreicht, daß der zwischen dem Einsatz 6 und der Umfangs- wand der Aussparung 2 gebildete Hohlraum ein etwas kleineres Volumen als der Körper 5 aufweist und das thermoplastische Material daher beim Einführen des Einsatzes 6 und beim Schmelzen radial zur Mittelachse 4 verdrängt wird. Überschüssiges thermoplastisches Material kann daher insbesondere in offene Poren und sonstige in der Umfangswand der Aussparung 2 ausgebildete Kavitäten eintreten, wie sie insbesondere bei Anwendung von metallisch-zellularen Werkstoffen und anderen Leichtbau- Werkstoffen vorhanden sind, und auf diese Weise parallel zur Mittelachse 4 eine formschlüssige Verbindung mit der Umfangswand der Aussparung 2 eingehen.

Der vorzugsweise aus einem harten, festen Metall bestehende Einsatz 6 ist bei einem besonders bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung an seiner äußeren, ursprünglich zylindrischen Mantelfläche mit wenigstens einer Vertiefung 11 (Fig. 5) versehen, die z. B. durch eine umlaufende, in die Mantelfläche eingearbeitete Kerbe, Rille, Nut oder sonstige Ausnehmung gebildet ist und neben sich entsprechende Rippen 12 mit dem Maß E_a stehen läßt. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl derartiger Vertiefungen 11 vorgesehen. Dadurch kann das thermoplastische Material 10, wie Fig. 3 und 4 zeigen, beim Schmelzvorgang auch in die Vertiefungen 11 eindringen, um eine formschlüssige Verbindung mit der äußeren Mantelfläche des Einsatzes 6 einzugehen. Nach dem Erkalten bildet das thermoplastische Material 10 dann einen harten Pfropfen, der den Einsatz 6 nicht nur stoffschlüssig, sondern auch formschlüssig mit dem Bauteil 1 verbindet und daher in Richtung der Mittelachse 4 nur mit einer sehr hohen Abzugskraft wieder entfernt werden könnte.

Wie Fig. 5 weiter zeigt, ist der Einsatz 6 an seinem unteren Ende mit einer Fase 14 versehen, die bei seiner Einführung in die Aussparung 2 bzw. den Körper 5 als Ein- führungsschräge und Zentriermittel dienen und die radiale Verdrängung des plastifizierten Materials des Körpers 5 fördern kann. Außerdem ist es möglich, den Einsatz 6 an einem _υ axialen Ende bzw. in einem Bereich, der oberhalb seines in der Aussparung 2 zu liegen kommenden Teilstücks angeordnet ist, mit einem umlaufenden Flansch 15 zu versehen, der einen größeren Außenquerschnitt besitzt, als dem Maß E_a in Fig. 5 entspricht, und sich beim Befestigungsvorgang auf die Breitseite 3 des Bauteils 1 auflegt. Dadurch kann die Dauerfestigkeit der Verbindung gegenüber Kippbewegungen quer zur Mittelachse 4 beim späteren Gebrauch verbessert werden. Außerdem kann der Flanseh 15 den Verbindungsspalt abdecken und gegebenenfalls das seitliche Ausfließen von plastifiziertem Material vor der endgültigen Aushärtung verhindern.

Fig. 6 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel, bei dem ein Einsatz 16 an seinem oberen Ende einen mit einem Außengewindeabschnitt versehenen, axial vorstehenden Ansatz 17 aufweist, auf den eine mit einem entsprechenden Innengewinde versehene Sonotrode 18 aufgeschraubt wird. Nach dem Fügeyerfahren und nach dem Entfernen der Sonotrode 18 bildet der Einsatz 16 daher ein Montageelement, an dessen Ansatz 17 z. B. eine Mutter oder ein mit einem entsprechenden Innengewinde versehenes weiteres Bauteil befestigt werden kann. Dabei ist klar, daß auch die Bohrung 8 und das Innengewinde 7 (Fig. 4) an einem über das Bauteil 1 vorstehenden Ansatz des Einsatzes 6 ausgebildet sein könnten. Im übrigen entsprechen die Anordnung und die Verfahrensweise beim Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 6 denen nach Fig. 1 bis 5.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 besteht ein Unterschied zu Fig. 1 bis 5 darin, daß ein Bauteil 19 aus einer Verbundkonstruktion verwendet wird, bei dem z. B. ein metallisch-zellularer Werkstoff 20 beidseitig mit je einer Deckschicht 21 aus Metall oder einem anderen Material belegt ist. Im übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem nach Fig. 1 bis 5.

Die Einsätze 6, 16 können alternativ anstelle eines Innen- oder Außengewindeabschnitts auch Innenbohrungen mit parallel zur Mittelachse 4 verlängerten Nuten zur Aufnahme von Federstiften oder nach Art von Stehbolzen mit zylindrischen Ansätzen versehen sein, die Querbohrungen zur Aufnahme von Paßstiften oder dgl. aufweisen. Die jeweilige Form des Einsatzes 6, 16 richtet sich nach den Bedürfhissen des Einzelfalls. Außerdem ist klar, daß die für das Fügeverfahren wichtigen, oben erläuterten Eigenschaften bzw. Merkmale des Einsatzes 6, 16 (z. B. Außenquerschnitt E_a in Fig. 5) nur das in die Aussparung 2 einzubringende bzw. in dieser zu liegen kommende Teilstück betreffen, während ein zusätzlicher, nach Beendigung des Fügeverfahrens aus der Aussparung 2 herausragender Abschnitt des Einsatzes 6 im wesentlichen frei gestaltet werden kann. Wie Fig. 4 zeigt, kann der Einsatz 6 allerdings auch so kurz sein, daß er völlig in der Aussparung 2 verschwindet, insbesondere wenn er keinen Flansch 15 aufweist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Aussparung 2 und/oder zumindest die äußere Mantelfläche des in der Aussparung 2 befindlichen Teilstücks des Einsatzes 6, 16 unrund (z. B. oval oder eckig) auszubilden, um dadurch gegenüber einer rotationssymmetrischen Formgebung eine erhöhte Verdrehsicherung zu erreichen. Außerdem könnte die Aussparung 2 das Bauteil 1 völlig durchsetzen, in welchem Fall das Bauteil 1 bei der Durchführung des Fügeverfahrens auf einer geeigneten Unterlage abgelegt werden müßte, die einen der Kraft F entgegengerichteten Gegendruck erzeugt.

Das Bauteil 1 und der Werkstoff 20 des Bauteils 19 können vor allem aus für Leichtbauten geeigneten Werkstoffen wie z. B. Aluminium-, Stahl- und Magnesiumschäumen und anderen Metallen mit großer Porigkeit hergestellt werden. Aber auch andere Materialien sind brauchbar, sofern diese durch die mit Ultraschallschwingungen auf sie einwirkenden Sonotroden 9, 18 nicht ungünstig beeinflußt werden. Dagegen werden für den Körper 5 vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe wie z. B. Polyamid (PA), Polycarbonat (PC) oder Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS) verwendet, die durch Ultraschallenergie leicht plastifizierbar sind. Die Einsätze 6, 16 sollten schließlich aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen, obwohl auch andere, ausreichend harte und nicht thermoplastisch schmelzbare Kunststoffe geeignet wären.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere für die beschriebenen Abmessungen und geometrischen Formen der verschiedenen Teile. Außerdem ist zu beachten, daß die Außenkontur des in die Aussparung 2 eingeführten Teilstücks des Einsatzes 6, 16 nicht mit der Innenkontur der die Aussparung 2 umgebenden Umfangs- wand identisch übereinstimmen muß. Es ist nur erforderlich, daß der Körper 5 ein ausreichend großes Volumen besitzt, um den Zwischenraum zwischen der Aussparungswand und der äußeren Mantelfläche des Einsatzes 6, 16 möglichst vollständig, d. h. volumenhaft auszufüllen. Dazu wäre es auch möglich, den Körper 5 im wesentlichen massiv auszubilden und stattdessen den Einsatz 6, 16 zumindest an seiner Unterseite als Hohlkörper auszubilden, damit überschüssiges thermoplastisches Material in einem Hohlraum des Einsatzes aufgenommen werden kann. Außerdem könnte die axiale Höhe des Körpers 5 auch kleiner als die Tiefe der Aussparung 2 sein. Weiter wäre es möglich, den Körper 5 und den Einsatz 6, 16 gleichzeitig in die Aussparung 2 einzufuhren, indem der Körper 5 z. B. als Hohlkörper ausgebildet und gegebenenfalls mit leichtem Preßsitz auf den Einsatz 6, 16 aufgeschoben wird, bis er z. B. von unten her gegen den Flansch 15 (Fig. 5) anstößt. In diesem Fall wäre es sogar möglich, das Maß K^ (Fig. 5) geringfügig größer als das Maß A; zu wählen. Auch Kombinationen dieser beiden Varianten sind möglich. Möglich wäre es natürlich auch, die axiale Länge des in der Aussparung zu liegen kommenden Teilstücks des Einsatzes 6 kürzer als die in axialer Richtung gemessene Tiefe der Aussparung 2 zu bemessen. Weiter könnte die Sonotrode 9, 18 mit anderen, als den beschriebenen Mitteln mit dem Einsatz 6, 16 gekoppelt werden. Schließlich vesteht sich, daß die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen angewendet werden können.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Befestigen eines als Montageelement verwendbaren Einsatzes (6, 16) an einem Bauteil (1, 19) aus einem Leichtbau- Werkstoff, insbesondere einem metallischzellularen Werkstoff, indem das Bauteil (1, 19) mit einer Aussparung (2) versehen, der Einsatz (6, 16) zumindest teilweise in die Aussparung (2) eingeführt und das Bauteil (1, 19) und der Einsatz (6, 16) dann durch Anwendung von Ultraschallenergie fest miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (6, 16) bzw. ein in die Aussparung (2) eingebrachtes Teilstück des Einsatzes (6, 16) mit Hilfe eines ebenfalls in die Aussparung (2) eingebrachten und durch die Ultraschallenergie plastifizierten Körpers (5) aus thermoplastischem Material stoff- und/oder formschlüssig mit der die Aussparung (2) begrenzenden Umfangswand des Bauteils (1, 19) verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus thermoplastischem Material bestehende Körper (5) in die Aussparung (2) eingebracht, der Einsatz (6, 16) an einer Sonotrode (9, 18) befestigt und mit dieser in Richtung der Aussparung (2) vor- geschoben und die Sonotrode (9, 18) zum Plastifizieren des Körpers (5) in Ultraschallschwingungen versetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus thermoplastischem Material bestehende Körper (5) mit einem solchen Übermaß versehen wird, das beim Eiiiführen des Einsatzes (6, 16) oder eines Teilstücks desselben in die Aussparung (2) plastifiziertes thermoplastisches Material radial in Kavitäten der Umfangswand des Bauteils (1, 19) verdrängt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (6, 16) an seiner äußeren Mantelfache mit wenigstens einer zur Aufnahme von thermoplastischem Material bestimmten Vertiefung (11) versehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (11) durch eine in die Mantelfäche eingearbeitete Kerbe, Nut oder Ausnehmung gebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus thermoplastischem Material bestehende Körper (5) als hülsenförmiger Hohlkörper ausgebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein in die Aussparung (2) einzuführendes Teilstück des Einsatzes (6, 16) als hülsenförmiger Hohlkörper ausgebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (6) eine zur Aufnahme eines Befestigungsmittels und/oder der Sonotrode (9) bestimmte, axiale Ausnehmung (8) aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (16) einen axial vorstehenden, zur Aufnahme eines Befestigungsmittels und/oder der Sonotrode (19) bestimmten Ansatz (17) aufweist.