Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fügeelement aus Formgedächtnisstahl zur Herstellung einer lösbaren Fügeverbindung und ein Verfahren zum Herstellen und Lösen einer Fügeverbindung unter Verwendung eines solchen Fügeelements.

In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, zwei Bauelemente miteinander zu verbinden. Klassische mechanische Fügeverfahren sind beispielsweise das Nieten, Krimpen oder Verbinden mittels Schließringbolzen um Bauelemente mechanisch zuverlässig miteinander zu verbinden. Derartige Verfahren sind bekannt für ihre Irreversibilität, da darin verwendete Fügepartner durch Pressvorgänge plastisch verformt werden und somit ein unumkehrbarer Fügeprozess stattfindet. Dies verhindert sowohl die einfache, zerstörungsfreie Demontage solcher Fügeverbindungen als auch die einfache Recyclebarkeit der Bauelemente und Fügepartner.

In jüngster Zeit stehen wirtschaftliche Aspekte der Demontage und der Wiederverwendbarkeit von Rohstoffen im Fokus. Mit anderen Worten die Recyclebarkeit und Demontage darf nicht nur bei Produkten mit sehr wertvollen Rohstoffen wirtschaftlich sein. In der Forschung wurde das Thema bereits in verschiedenen Ansätzen betrachtet. Einige Ideen basieren darauf Aktoren aus Formgedächtniswerkstoffen in Produkte zu integrieren. Den Formgedächtniswerkstoffen ist gemein, dass sie bei Über- bzw. Unterschreiten eines bestimmten Schaltsignals von einer ersten Festkörperphase in eine zweite von der ersten verschiedenen Festkörperphase schalten. Durch ein Schaltsignal, wie beispielsweise durch ein Überschreiten einer Schalttemperatur kann ein vorangegangen plastisch verformtes Formgedächtnismaterial in ihre Ursprungsform gebracht werden. Somit kann, von außen getriggert, eine Aktivierung erfolgen, um ein Bauelement beispielsweise durch Erwärmung in einen Zustand rückzuführen, der eine einfachere Demontage ermöglicht.

Beschreibung des Stands der Technik

Fügeverfahren mit lösbaren Fügeelementen, welche die Demontage der verfügten Bauelemente erleichtern, sind im Stand der Technik bekannt. Patentdokument DE 101 09222 zeigt ein Fügeelement zum Verbinden zweier Gegenstände, wobei das Fügeelement teilweise aus einer Formgedächtnislegierung besteht und im Ausgangszustand eine erste Form und in der Montageendstellung eine zweite die Gegenstände mechanisch verbindende Form aufweist. Durch Aktivierung der Formgedächtnislegierung durch hinreichende Abkühlung auf die Schalttemperatur kann das Fügeelement wieder in den Ausgangszustand rückverformt werden. Dies erleichtert die Demontage nach abgeschlossener Verwendung des Fügeelements.

Oben beschriebenes Fügeelement bringt allerdings auch einige Nachteile mit sich: Die klassischen Formgedächtnislegierungen sind thermoelastisch. Thermoelastizität beschreibt die Eigenschaft eines Materials zwischen zwei Festkörperphasen reversibel zu sein und die Festkörperphase nur durch Änderung der Temperatur wechseln zu können. Dabei wird die Phase, die im kalten Zustand vorliegt, Martensit und die Warmphase Austenit genannt. Klassisch weist die Formgedächtnislegierung im Martensit eine Zwillingsstruktur (zweidimensional vorstellbar wie ein Fächer) auf. Wird die Formgedächtnislegierung deformiert, wird diese Zwillingsstruktur entzwillingt (glattgezogen). Durch Erwärmen wird die Formgedächtnislegierung in Austenit überführt und das Aufziehen und die makroskopische Deformation rückgängig gemacht. Wird die Legierung anschließend abgekühlt, bildet sich wieder verzwillingtes Martensit und der Kreislauf schließt sich. Dabei besteht nur eine kleine Differenz im Temperaturübergangsbereich klassischer Formgedächtnislegierung, die sogenannte Hysterese. Diese beschreibt den Temperaturunterschied zwischen der Martensit- zu-Austenit- und der Austenit-zu-Martensit-Umwandlung. Dieser beträgt wenige Grad Celsius (im ein- bis unteren zweistelligen Kelvin Bereich).

Für den Einsatz in Fügeverbindungen weisen klassische Formgedächtnislegierungen einige Nachteile auf. Der größte Nachteil sind die sehr hohen Kosten die sich aus den hohen Materialkosten und den hohen Produktionskosten aufgrund der komplexen und aufwändigen Verarbeitung ergeben. Allein diese Kosten machen den Einsatz größerer Mengen Formgedächtnislegierungen unwirtschaftlich. Weiter liegen die Umwandlungstemperaturen in Bereichen, die für die meisten Fügeelemente ungeeignet sind. Eine Anpassung dieser Temperaturen in passende Bereiche ist zum Teil möglich jedoch mit größeren Material und/oder Prozesskosten verbunden. Auch nachteilig für ein Fügeelement ist, dass die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und E-Modul im Martensit wesentlich geringere Werte aufweisen als im Austenit. Da die Formerholung im Übergang von entzwillingten Martensit zu Austenit erfolgt, muss die Formgedächtnislegierung im gefügten Zustand im Martensit vorliegen. Dadurch kann das Material nur einen Bruchteil seines Potentials entfalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der T echnik bekannten Probleme zu lösen und ein in Herstellung und Anwendung wirtschaftliches, sowie mechanisch belastbares Fügeelement bereitzustellen, welches im technisch relevanten Temperaturbereich stabil ist und eine sehr einfach Demontage ermöglicht.

Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung ein Fügeelement nach Anspruch 1. Das erfindungsgemäße Fügeelement dient zur Herstellung einer lösbaren Fügeverbindung und besteht zumindest teilweise aus einem Formgedächtnisstahl und ist zur Herstellung einer Fügeverbindung mit einem Fügepartner ausgehend von einem Grundzustand durch Deformation in einen Fügezustand verformbar sowie zur Aufhebung der Fügeverbindung durch Wärmeeintrag wenigstens teilweise aus dem Fügezustand in einen Demontagezustand rückverformbar.

Als Formgedächtnisstähle werden Formgedächtnislegierungen auf Eisenbasis bezeichnet. Aktuell sind zwei Basislegierungssystemen bekannt: Fe-Mn-Si und Fe-Ni-C. Die erfindungsgemäße Lösung nutzt die sehr speziellen Eigenschaften von Formgedächtnisstahl um günstige, stabile und nach Gebrauch einfach lösbare Verbindungen zu erzeugen. Die Vorteile dieser Legierung für Verbindungselemente, insbesondere zum mechanischen Verbinden von Bauelementen, liegen in der mechanisch induzierten Martensitbildung und dem breiten Temperaturbereich der meisten Anwendungen, in denen die erfindungsgemäßen Verbindungselemente stabil sind, da eine Rückwandlung erst ab ca. 50 - 80°C beginnt bei 200 - 300 °C vollendet ist. Weiter sind die mechanischen Eigenschaften phasenunabhängig.

Zudem weisen Formgedächtnisstähle wesentlich geringere Materialkosten und Prozesskosten auf, da Prozesse der konventionellen Herstellung hochlegierter Edelstähle genutzt werden können und die Formgedächtnisstähle eine gute Verarbeitbarkeit aufweisen, ähnlich anderer hochlegierter Stähle. Gute mechanische Eigenschaften wie hoher E-Modul, hohe Festigkeiten und sehr hohe Bruchdehnung sind weitere Vorteile von Fügeelementen aus Formgedächtnisstahl.

Die Eigenschaften der Formgedächtnisstähle sind dabei auf einen deformationsinduzierten Einwegeffekt zurückzuführen. Der Einwegeffekt von Formgedächtnisstählen basiert auf einer, durch mechanische Spannung induzierten Deformation, bei der Shockley Partialversetzungen gebildet werden. Diese Gitterfehler sind aufgespaltene Versetzungen, die Atomschichten nicht um einen vollständigen Atomabstand verschieben und so die Bildung von reversiblen e-Martensit ermöglichen. Durch Wärmeeintrag (ca. 50 - 300 °C) können diese Versetzungen rückgebildet werden, wodurch sich die makroskopische Formerholung ergibt. Im Gegensatz zu den klassischen Formgedächtnislegierungen beträgt die Erholung nicht 100 % (je nach Umformung 80 % und weniger). Thermischer Martensit bildet sich erst bei sehr kalten Temperaturen (unter -20 °C) und ist für die meisten Anwendungen nicht relevant. Die Hysterese ist mit über 150 K sehr groß. Eine weitere wichtige Eigenschaft für Verbindungselemente ist, dass Formgedächtnisstähle, im Gegensatz zu thermoelastischen Formgedächtnislegierungen, keiner Veränderung der mechanischen Eigenschaften durch Phasenwechsel unterliegen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche. Es kann von Vorteil sein, wenn der Formgedächtnisstahl eine Formgedächtnislegierung auf Eisenbasis ist, vorzugsweise eine Fe-Mn-Si Legierung oder eine Fe-Ni-C Legierung. Formgedächtnislegierungen auf Eisenbasis zeigen einen guten nichtthermoelastischen Formgedächtniseffekt in Kombination mit guter Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringen Material- und Produktionskosten auf. Fe-Mn-Si Legierungen sind kostengünstig und weisen eine gute Bearbeitbarkeit und gute Schweißbarkeit auf.

Es kann sich als nützlich erweisen, wenn das Fügeelement wenigstens einen Fügeabschnitt aufweist, der vorzugsweise vollständig aus Formgedächtnisstahl besteht. Somit kann die Fügeverbindung entsprechend der Fügepartner gestaltet werden. Zudem kann bei Erwärmung eine zielgerichtete Formänderung des Fügeelements ermöglicht werden.

Es kann hilfreich sein, wenn das Fügeelement als weibliches Fügeelement ausgebildet ist und eine Aufnahme aufweist, in welcher ein männlicher Fügepartner im Grundzustand einführbar und im Fügezustand kraftschlüssig und/oder formschlüssig fixiert ist, insbesondere durch Verkleinerung oder Verjüngung der Aufnahme, wobei die Aufnahme im Demontagezustand gegenüber dem Fügezustand erweitert ist, um den darin angeordneten Fügepartner freizugeben. Somit kann durch das Umschließen des männlichen Fügepartners durch das weibliche Fügeelement eine feste Verbindung zwischen dem weiblichen Fügeelement und dem männlichen Fügepartner garantiert werden. Außerdem wird die Lösbarkeit des Fügeelements verbessert, da lediglich eine Erwärmung erfolgen muss und keine Zugänglichkeit für ein mechanisches Lösen mit hohen Kräften gewährleistet sein muss.

Es kann sich als vorteilhaft erweisen, dass das Fügeelement ringförmig ausgebildet ist und als Aufnahme eine Öffnung aufweist, in welche ein männlicher Fügepartner im Grundzustand einsteckbar ist und im Fügezustand fixiert ist und im Demontagezustand herausgezogen werden kann. Dies erleichtert die Montage des Fügepartners in das Fügeelement. Weitere Fügebauteile können mittels Durchgangsbohrung auf einfache Art und Weise hinzugefügt und auf einen der männlichen Fügepartner aufgesteckt werden.

Es kann von Vorteil sein, wenn das Fügeelement als männliches Fügeelement, vorzugsweise als zylinder- oder quaderförmig mit einem Querschnitt ausgebildet ist und in einen weiblichen Fügepartner, der eine Aufnahme aufweist, im Grundzustand einführbar und im Fügezustand kraftschlüssig und/oder formschlüssig festgelegt ist, insbesondere durch Weiten des Querschnitts, wobei der Querschnitt im Demontagezustand gegenüber dem Fügezustand verkleinert ist, um den darin angeordneten Fügepartner freizugeben. Somit kann durch das Umschließen des weiblichen Fügepartners durch das männliche Fügeelement eine feste Verbindung zwischen dem männlichen Fügeelement und dem weiblichen Fügepartner garantiert werden. Außerdem wird die Lösbarkeit des Fügeelements verbessert, da lediglich eine Erwärmung erfolgen muss und keine Zugänglichkeit für ein mechanisches Lösen mit hohen Kräften gewährleistet sein muss.

Es kann nützlich sein, wenn das Fügeelement als Schließring, Hohlniet oder Krimpschuh ausgebildet ist. Demnach ist das Fügeelement vielseitig einsetzbar und kann auf eine Vielzahl von herkömmlichen Verbindungsverfahren angewendet werden.

Es kann praktisch sein, wenn der Formgedächtnisstahl im Grundzustand als Austenit und im Fügezustand als Martensit vorliegt. Somit kann das Martensit des Formgedächtnisstahls des Fügeelements durch Erwärmung in den Demontagezustand zurückgeführt werden.

Es kann sich als sinnvoll erweisen, wenn das Fügeelement durch Engen, Weiten, Längen, Stauchen, Quetschen, Bördeln, Kräuseln, Einspreizen, Verpressen aus dem Grundzustand in den Fügezustand überführbar ist. Demnach ist das Fügeverfahren zum Überführen des Fügeelements in den Fügezustand vielseitig wählbar und das Fügeelement kann in einer Vielzahl von herkömmlichen Verbindungsverfahren angewendet werden.

Es kann aber auch von Nutzen sein, wenn das Fügeelement bei einer Temperatur im Bereich von 50°C - 300°C, vorzugsweise im Bereich über 100 °C vom Fügezustand in den Demontagezustand übergeht. Somit weist das Fügeelement selbst bei hohen Temperaturen weiterhin hohe Stabilität und Festigkeit auf. Das erfindungsgemäße Fügeelement ermöglicht demnach eine zuverlässige Verbindung in einem breiten Temperaturanwendungsgebiet.

Es kann praktisch sein, wenn das Fügeelement im Fügezustand Biege- und/oder Scherkräfte auf einen Fügepartner ausübt. Dies bewirkt eine weitere Versteifung des Kraftschlusses zwischen dem Fügepartner und dem Fügeelement. Eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Fügepartner und dem Fügeelement kann somit gewährleistet werden.

Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung ein System zur Herstellung einer lösbaren Fügeverbindung, umfassend ein Fügeelement, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, und einen Fügepartner, wobei das Fügeelement zumindest teilweise aus einem Formgedächtnisstahl besteht und zur Herstellung einer Fügeverbindung mit dem Fügepartner ausgehend von einem Grundzustand durch Krafteinwirkung in einen Fügezustand verformbar ist sowie zur Aufhebung der Fügeverbindung durch Wärmeeintrag wenigstens teilweise aus dem Fügezustand in einen Demontagezustand rückverformbar ist. Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen und Lösen einer Fügeverbindung, umfassend die Schritte: Schritt A: Bereitstellen eines Fügeelements, das zumindest teilweise aus einem Formgedächtnisstahl besteht, insbesondere eines oben erwähnten Fügeelements. Schritt B: Herstellung einer Fügeverbindung des Fügeelements mit einem Fügepartner ausgehend von einem Grundzustand des Fügeelements durch Krafteinwirkung und Verformung des Fügeelements in einen Fügezustand. Schritt C: Aufhebung der Fügeverbindung durch wenigstens teilweise Rückverformung des Fügeelements aus dem Fügezustand in einen Demontagezustand durch Wärmeeintrag. Zwischen den Schritten B und C kann eine Verwendung der Fügeverbindung stattfinden. Diese kann beliebig lange gewählt werden. Zwischen den einzelnen Schritten kann eine beliebig lange Zeitspanne liegen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu angewendet werden, um einen Fügeprozess ganzheitlich von dessen Montage bis zu dessen Demontage durchzuführen. Ein derartiges Verfahren bewerkstelligt die feste Verbindung von Bauelementen während des Fügezustands und ermöglicht eine Wiederverwendbarkeit der Ressourcen nach der Anwendung. Der Demontagezustand ermöglicht eine Demontage ohne Zusatzwerkzeuge oder Anleitung. Es ist zudem eine wirtschaftliche Demontage möglich ohne den Aufbau der Bauelemente oder des Fügeelements zu kennen oder identifizieren zu müssen (Demontage mit unbestimmter Wirkstelle möglich).

Es kann praktisch sein, wenn in Schritt A eine Vielzahl einzelner Fügeverbindungen mit einer Vielzahl von Fügeelementen einzeln hergestellt wird. Der Vorgang kann demnach parallelisiert und somit effizient durchgeführt werden.

Es kann sich als vorteilhaft erweisen, dass in Schritt C eine Vielzahl von Fügeverbindungen gemeinsam aufgehoben wird. Somit kann durch einen globalen Wärmeeintrag eine Vielzahl von Fügeverbindungen gleichzeitig in den Demontagezustand überführt werden. Ein Wärmeeintrag kann gesamtheitlich auf die Vielzahl von Fügeelementen angewendet werden, ohne dass die Stelle, an der das Lösen der Verbindung stattfindet, bekannt ist. Ein derartiges Verfahren kann einzelne Demontageschritte einsparen und dadurch eine hohe Wirtschaftlichkeit aufweisen.

Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbart sind.

Kurze Beschreibung der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Fügeelements. Fig. 2A eine Schnittansicht in Richtung des Schnittes A-A aus Fig. 1 der ersten

Ausführungsform eines Fügeelements in einem Grundzustand.

Fig. 2B eine Schnittansicht in Richtung des Schnittes A-A aus Fig. 1 der ersten

Ausführungsform des Fügeelements in einem Fügezustand.

Fig. 2C eine Schnittansicht in Richtung des Schnittes A-A aus Fig. 1 der ersten

Ausführungsform des Fügeelements in einem durch Wärmeeintrag rückgeführten Demontagezustand.

Fig. 3A eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Fügeelements in einem Grundzustand.

Fig. 3B eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform des Fügeelements in einem Fügezustand.

Fig. 3C eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform des Fügeelements in einem durch Wärmeeintrag rückgeführten Demontagezustand.

Fig. 4A eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Systemen im Demontageverfahren.

Fig. 4B eine Seitenansicht auf eine Vielzahl von Systemen im Demontageverfahren in einem Demontagebecken.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

[Erste Ausführungsform]

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Fügeelements 1. Das Fügeelement 1 weist eine ebene Grundplatte 1A auf. Von der Grundplatte 1A erstrecken sich zwei Fügeabschnitte 1 B senkrecht nach oben. Zwischen den Fügeabschnitten 1 B besteht ein Spalt. Die Fügeabschnitte 1 B sind somit unabhängig voneinander umformbar. Fig. 1 zeigt zwei Fügepartner 2A, in Form von Runddrähten 2A, die einander stirnseitig zugeneigt auf der Grundplatte 1A des Fügeelements 1 angeordnet sind. Die Runddrähte 2A, 2B erstrecken sich entlang der Grundplatte 1A und liegen in Längsrichtung der Grundplatte 1 A jeweils im Bereich der beiden Fügeabschnitte 1 B, so dass sich die Stirnseiten der Runddrähte 2A, 2B im Bereich des Spalts der Fügeabschnitte 1 B treffen. Die Runddrähte 2A, 2B sind in Längsrichtung verkürzt dargestellt. Das Fügeelement 1 liegt im Grundzustand vor, d.h. das Fügeelement 1 ist mechanisch nicht mit den Runddrähten 2A, 2B verbunden. Die Fügeabschnitte 1 B bestehen vorzugsweise vollständig aus Formgedächtnisstahl.

Formgedächtnisstahl ist eine Formgedächtnislegierung auf Eisenbasis, vorzugsweise eine Fe-Mn-Si Legierung oder eine Fe-Ni-C Legierung. Im Gegensatz zu den klassischen Formgedächtnislegierungen besitzen die Formgedächtnisstähle keine Thermoelastizität (unter Normalbedingungen) und weisen eine sehr große Hysterese auf. Bei Formgedächtnisstählen sind aufgrund der fehlenden Thermoelastizität, die mechanischen Eigenschaften sowohl im Austenit als auch im Martensit gleich.

Fig. 2A zeigt eine Schnittansicht in Richtung des Schnittes A-A aus Fig. 1 der ersten Ausführungsform des Fügeelements 1 in einem Grundzustand. Fig. 2A zeigt, dass das Fügeelement 1 einen U-förmigen Querschnitt aufweist und der U-förmige Querschnitt jeweils zwei Fügeabschnitte 1 B ausbildet. Der U-förmige Querschnitt umfasst eine Aufnahme für den Runddraht 2B und bildet ein weibliches Fügeelement 1 , während der Runddraht 2B einen männlichen Fügepartner 2B darstellt.

Fig. 2B zeigt eine Schnittansicht in Richtung des Schnittes A-A aus Fig. 1 der ersten Ausführungsform des Fügeelements 1 in einem Fügezustand. Durch Krafteinwirkung mit einer Kraft F von außen auf die Fügeabschnitte 1 B wird das Fügeelement 1 in einen Fügezustand umgeformt. Durch die Deformation in den Fügezustand geht das Austenit des Formgedächtnisstahls in reversiblen Martensit über. Im Fügezustand umschließen die Fügeabschnitte 1 B den Runddraht 2B, um den Runddraht 2B kraftschlüssig festzuklemmen und ggf. formschlüssig in der Aufnahme zu verriegeln. Das Fügeelement 1 übt im Fügezustand Biege- und/oder Scherkräfte auf den Fügepartner 2, 2A, 2B, hier den Runddraht 2B aus. Durch Verkleinerung oder Verjüngung der Aufnahme wird der Runddraht 2B im Fügeelement 1 fixiert. Analog dazu wird der Runddraht 2A durch die weiteren Fügeabschnitte 1 B an der Grundplatte 1A des Fügeelements 1 fixiert (nicht dargestellt). Der in Fig. 2B dargestellte Verbindungsvorgang wird als Krimpen bezeichnet. Je nach Ausgestaltung kann das Fügeelement alternativ durch Verjüngen, Quetschen, Bördeln, Kräuseln oder Falten aus dem Grundzustand in den Fügezustand überführt werden.

Fig. 2C zeigt eine Schnittansicht in Richtung des Schnittes A-A aus Fig. 1 der ersten Ausführungsform des Fügeelements 1 in einem durch Wärmeeintrag rückgeführten Demontagezustand. Durch den Wärmeeintrag 7 in die Fügeabschnitte 1 B kommt es durch den Formgedächtniseffekt zur Rückformung des Martensits in den Austenit. Die Fügeabschnitte 1 B reformieren sich wenigstens teilweise (Die Deformation gegenüber dem Grundzustand beträgt bestenfalls zwischen 2 und 8 %). Die Aufnahme des Fügeelements 1 im Demontagezustand ist somit gegenüber dem Fügezustand erweitert und der darin angeordnete Runddraht 2B wird freigegeben. Die Fügeverbindung wird aufgehoben. Analog dazu wird der Runddraht 2A durch die mit dem Wärmeeintrag 7 beaufschlagten weiteren Fügeabschnitte 1 B des Fügeelements 1 freigegeben (nicht dargestellt). Das Fügeelement 1 geht bei einer Temperatur im Bereich von 50°C - 300°C vom Fügezustand (Martensit) in den Demontagezustand (Austenit) über. [Zweite Ausführungsform]

Fig. 3A zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Fügeelements in einem Grundzustand. Fig. 3A zeigt einen Fügepartner 2 in Form eines Schließringbolzens 2, der durch eine Bohrung von zwei zu fügenden Bauelementen 3, 4, (hier Bleche 3, 4) geführt ist. Auf den Schließringbolzen 2 wird das Fügeelement 1 in Form eines Schließrings 1 aus Formgedächtnisstahl aufgesetzt. Das Fügeelement 1 ist demnach ringförmig und mit einer innenliegenden Öffnung 1C als Aufnahme ausgebildet. Der Innendurchmesser der Öffnung 1C des Schließrings 1 ist dabei größer als ein Außendurchmesser des Schließringbolzens 2. Somit ist der Schließring 1 leicht auf den Schließringbolzen 2 aufsetzbar, bzw. der männliche Fügepartner 2 in Form des Schließringbolzen 2 in das weibliche Fügelement 1 einsteckbar. Die zwei zu fügenden Bleche 3, 4 sind zwischen einem Kopf des Schließringbolzens 2 und dem Schließring 1 angeordnet.

Fig. 3B zeigt eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform des Fügeelements 1 in einem Fügezustand. Der Fügevorgang verläuft analog wie mit einem herkömmlichen Schließringbolzen. Das zu deformierende Element, hier der Schließring 1 aus Formgedächtnisstahl, wird auf den Schließringbolzen 2 aufgeschoben. Anschließend wird der Verbund mittels eines Setzwerkzeuges axial vorgespannt. Dieses greift den Schließringbolzen 2, um diesen zu fixieren, und formt dann durch eine Krafteinwirkung mit einer Kraft F den Schließring 1 auf den Schließringbolzen 2 auf. Die dabei auftretende Deformation führt zur Bildung von reversiblem Martensit im Schließring 1. Der Schließringbolzen 2 kann ein Zugteil mit einer Sollbruchstelle aufweisen, welche definiert bricht, wenn die maximale Umformkraft erreicht und die Verbindung gesetzt ist.

Fig. 3C zeigt eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform des Fügeelements 1 in einem durch Wärmeeintrag 7 rückgeführten Demontagezustand. Durch die Verwendung des Formgedächtnisstahls und dessen Formgedächtniseffekt kann durch ein Aufheizen auf 200 - 300 °C das Aufformen des Schließrings 1 teilweise rückgängig gemacht werden, sodass sich die Verbindung zwischen dem Schließring 1 und dem Schließbolzen 2 löst. Bei geeigneter Halterung können sich der Schließring 1 und der Schließbolzen 2 mittels Gravitation voneinander trennen, ohne dass weiteres Eingreifen oder Werkzeug notwendig ist.

Das Fügeelement 1 und der zugehörige Fügepartner 2, 2A, 2B bilden jeweils ein System 5 zur Herstellung einer lösbaren Fügeverbindung. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Fügeelement 1 auch mit verschiedenen Fügepartnern eine lösbaren Fügeverbindung eingehen kann, wie beispielsweise das Fügeelement 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel, welches Fügepartner mit verschiedenen Querschnittsformen und Abmessungen zwischen den Fügeabschnitten festklemmen kann. Auch das Fügeelement 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel kann mit verschiedenen Fügepartnern eine lösbare Fügeverbindung eingehen, solange sich die Fügepartner im Fügezustand festlegen und im Demontagezustand wieder freigeben lassen. Vorzugsweise besteht der Fügepartner aus einem härteren Material als das Fügeelement, sodass sich die Fügeverbindung im Demontagezustand des Fügeelements leicht lösen lässt.

Im Allgemeinen lässt sich das Verfahren zum Herstellen und Lösen einer Fügeverbindung mit den vorliegenden Fügeelementen 1 aus den Ausführungsbeispielen auf die folgenden Schritte zusammenfassen: Schritt A: Bereitstellen eines Fügeelements 1 , das zumindest teilweise aus einem Formgedächtnisstahl besteht. Schritt B: Herstellung einer Fügeverbindung des Fügeelements 1 mit einem Fügepartner 2, 2A, 2B ausgehend von einem Grundzustand des Fügeelements 1 durch Krafteinwirkung und Verformung des Fügeelements 1 in den Fügezustand. Schritt C: Aufhebung der Fügeverbindung durch wenigstens teilweise Rückverformung des Fügeelements 1 aus dem Fügezustand in einen Demontagezustand durch Wärmeeintrag.

Fig. 4A zeigt eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Systemen 5 im Demontageschritt. Die Vielzahl von verwendeten Systemen 5 im Fügezustand werden gesammelt mit einem Wärmeeintrag 7 aus einer Wärmequelle 6 beaufschlagt, um die Fügeelemente 1 der Systeme 5 zu reformieren und die Fügeelemente 1 von einem Fügezustand in einen Demontagezustand zu überführen.

Fig. 4B zeigt eine Seitenansicht auf eine Vielzahl von Systemen 5 im Demontageverfahren in einem Demontagecontainer 8 bzw. in einem Demontagebecken 8. Der Demontagecontainer 8 bzw. das Demontagebecken 8 sind mit einem warmen Fluid gefüllt und somit werden sämtliche Fügeelemente 1 durch das Fluid erreicht und in den Demontagezustand überführt. Ein Demontageverfahren, wie es beispielhaft in Fig. 4A und 4B gezeigt ist, kann somit die Demontage parallelisieren und demnach wirtschaftlicher machen.

Schritt C kann also gezielt durch Aufheizen eines einzelnen Fügeelements 1 oder global durch ein Aufheizen eines gesamten Systems 5 aus Fügeelement 1 und Fügepartner 2 oder eines ganzen Sammelbehälters von Systemen 5 erfolgen. Es ist also eine Demontage möglich, ohne den Aufbau des Systems 5 zu kennen oder identifizieren zu müssen (Demontage mit unbestimmter Wirkstelle).

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Abänderungen und Variationen der Ausführungsbeispiele sind im Rahmen des Schutzbereichs der Ansprüche denkbar. Analog zu der ersten oder zweiten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Idee auf alle mechanischen Fügeverfahren, bei denen mindestens ein Teil des Fügeelementes 1 aus einem Formgedächtnisstahl besteht, übertragbar. Dies sind insbesondere Nietverbindungen wie u.a. Hohlnieten etc. und weitere Krimpverbindungen.

Bezugszeichenliste

1 Fügeelement

1A Grundplatte

1 B Fügeabschnitt

1C Öffnung

2, 2A, 2B Fügepartner

3 Bauelement, Runddraht, Blech

4 Bauelement, Runddraht, Blech

5 System

6 Wärmequelle

7 Wärmeeintrag

8 Demontagebecken, Demontagecontainer