DE102006012821A1

DE102006012821A1 - Verfahren zum Fügen von zwei Bauteilen, insbesondere Blechen

Info

Publication number: DE102006012821A1
Application number: DE102006012821A
Authority: DE
Inventors: Matthias Graul; Laars Sitzlach; Roswitha Hecht
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen 4, 5, insbesondere Blechen 2, 3, wobei ein erstes Bauteil 4 und ein zweites Bauteil 5 an zumindest einer Fügestelle 6 stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Zu einer Vereinfachung einer Herstellung der Verbindung der Bauteile wird vorgeschlagen, dass in einem ersten Schritt die Bauteile 4, 5 an der Fügestelle 6 mittels einer Formschlussverbindung 7 miteinander verbunden werden und dass in einem darauffolgenden zweiten Schritt die Bauteile 4, 5 in der Formschlussverbindung 7 stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen, insbesondere Blechen, wobei ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil an zumindest einer Fügestelle stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist allgemein zum Beispiel als Schweißverfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen bekannt, das als Schmelzschweißen auf einer Nutzung von Wärme oder als Pressschweißen auf einer Nutzung von Druck und Wärme beruht. Dabei werden jeweils die zu verbindenden Bauteile an einer Fügestelle in einer Schweißzone aufgeschmolzen, und es erfolgt eine stoffschlüssige Verbindung der Bauteile, die während eines dem Aufschmelzen nachfolgenden Abkühlens aushärtet. Ein bekanntes Schweißverfahren ist zum Beispiel das Laserstrahlschweißen. Vergleichsweise aufwendig ist es, die Bauteile an exakt vorzugebenden Stellenmiteinander zu verschweißen.
Ein spezielles bekanntes Schweißverfahren ist das Widerstandsbuckelschweißverfahren, bei dem in einer Werkstückfläche eines zu verschweißenden Bauteils Buckel eingeprägt sind, die in einem dem Schweißen vorgelagerten Fertigungsschritt in das Bauteil einzubringen sind. Beim Schweißen nehmen zwei Elektroden dieses erste Bauteil und ein weiteres Bauteil in die Zange, und es wird ein. Schweißstrom von Elektrode zu Elektrode durch die Bauteile und dabei über die Buckel geleitet. Im Bereich der Buckel entsteht eine Schweißverbindung, in welcher die beiden Bauteile stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Das bekannte Widerstandsbuckelschweißverfahren ist aufwendig, und die auf diese Weise zu erzielende Festigkeit der Verbindung der Bauteile ist begrenzt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine Vereinfachung einer Herstellung der Verbindung der Bauteile ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, wobei in einem ersten Schritt die Bauteile an der Fügestelle mittels einer Formschlussverbindung miteinander verbunden werden und wobei in einem darauf folgenden zweiten Schritt die Bauteile in der Formschlussverbindung stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Von besonderem Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fügen von Bauteilen ist, dass die Bauteile in der Fügestelle sowohl eine form- als auch eine stoffschlüssige Verbindung eingehen. Beide Verbindungsarten übertragen auf die Bauteile einwirkende Kräfte und führen so vorteilhaft zu einer erhöhten Festigkeit der Verbindung der Bauteile. Das formschlüssige Verbinden der Bauteile erfolgt erfindungsgemäß in dem ersten Schritt, wobei die Bauteile in einfacher Weise aneinander angeordnet und fixiert werden, so dass das nachfolgende stoffschlüssige Verbinden der Bauteile keiner besonderen Richt- und/oder Positioniervorrichtungen bedarf. An die Genauigkeit der Formschlussverbindung sind regelmäßig keine erhöhten Anforderungen zu stellen. Indem zweiten Schritt können die Bauteile gezielt an der Fügestelle stoffschlüssig miteinander verbunden werden, ohne dass – wie bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Widerstandsbuckelschweißverfahren – ein zusätzlicher, vorbereitender Fertigungsschritt erforderlich wäre; vorteilhaft tragen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beide Schritte unmittelbar zu einer Herstellung der Verbindung der Bauteile bei, wobei in dem zweiten Schritt zusätzlich die Festigkeit der Verbindung wesentlich erhöht wird. Bei den zu fügenden Bauteilen handelt es sich vorzugsweise um Bleche, somit insbesondere um gewalztes Metall in Form von ebenen flachen Tafeln oder Bändern. Das Verfahren eignet sich sowohl für Stahlblech als auch für Nichteisen(NE)-Metallblech, zum Beispiel Aluminiumblech. Es ist beispielsweise auch denkbar, dass eines der zu fügenden Bauteile ein Stahlblech und das andere ein NE-Metallblech, beispielsweise ein Aluminiumblech, ist. Die Erfindung eignet sich besonders zu einem Fügen auf schmalen Flanschen. Verglichen zum Beispiel mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Laserstrahlschweißen ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich kostengünstiger. Aufgrund der vereinfachten Herstellbarkeit und der hohen Festigkeit der Verbindung der Bauteile eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Kraftfahrzeugproduktion und hier zum Beispiel für die Herstellung einer Kraftfahrzeugtür.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Bauteile in dem ersten Schritt mittels Clinchens verbunden; andere gängige Bezeichnungen für Clinchen sind Druckfügen oder Durchsetzfügen. Zur Herstellung der somit als Clinchverbindung ausgebildete Formschlussverbindung der Bauteile werden vorteilhaft weder Hilfsfügeteile noch ein Vorloch benötigt. Das Clinchen kann kostengünstig durchgeführt werden und ermöglicht das Verbinden auch von Bauteilen unterschiedlicher Werkstoffe. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhaft ein bei einem reinen Clinchen, das heißt ohne stoffschlüssige Verbindung der gefügten Bauteile, bestehender Nachteil eines Einflusses einer stempel- oder matrizenseitigen Lage der zu fügenden Bauteile auf die Festigkeit der Verbindung aufgehoben.

Für eine sichere und dauerhafte Verbindung der Bauteile ist es von besonderem Vorteil, wenn die Bauteile in dem zweiten Schritt mittels Schweißens verbunden werden, so dass die Bauteile mittels einer als Schweißverbindung ausgebildeten Stoffschlussverbindung verbunden werden.

Dabei werden die Bauteile vorteilhaft mittels Widerstandsschweißens oder Induktionsschweißens verbunden, wodurch zum einen auf Schweißzusatzwerkstoffe verzichtet werden kann und zum anderen insbesondere für eine Großserienfertigung geeignete automatisierbare Schweißverfahren eingesetzt werden können.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Bauteile in dem zweiten Schritt zumindest im Bereich der Formschlussverbindung aneinandergedrückt werden. Dadurch kann die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung der Bauteile beschleunigt werden.

Außerdem kann gleichzeitig die vorher hergestellte Formschlussverbindung rückverformt werden, wenn vorteilhaft in dem zweiten Schritt während des stoffschlüssigen Verbindens, insbesondere mit dem Aneinanderdrücken der Bauteile, eine Verformung der Formschlussverbindung erfolgt. Das ist vor allem dann günstig, wenn die im ersten Schritt hergestellte Formschlussverbindung eine Erhebung aufweist, wie sie zum Beispiel beim Clinchen in einer knopfähnlichen Form entsteht; eine solche, zum Beispiel beim Fügen weiterer Bauteile möglicherweise störende Ausprägung oder Erhöhung kann bei der Rückverformung beseitigt werden. Daher eignet sich das Verfahren insbesondere auch zum Fügen von Bauteilen in einem Flanschbereich, in dem zum Beispiel eine Kunststoffdichtung verwendet werden soll. Außerdem kann mit der Rückverformung vorteilhaft eine weitere Steigerung der Festigkeit der Verbindung der Bauteile erreicht werden.

Um die Festigkeit der Verbindung der Bauteile weiter zu erhöhen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Bauteile an der Fügestelle mittels Klebens verbunden werden. Außerdem kann mit einer Klebeverbindung der Bauteile vorteilhaft auch eine mediendichte, insbesondere luft- und/oder flüssigkeitsdichte, Verbindung der Bauteile erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Fügen der zumindest zwei Bauteile kann dabei weiter vereinfacht werden bei gleichzeitigem Erzielen einer erhöhten Festigkeit der Verbindung der Bauteile, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Bauteile an der Fügestelle zuerst mittels Klebens, darauf folgend mittels Clinchens und danach mittels Schweißens verbunden werden.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind verschiedene davon in der Zeichnung schematisiert dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

1 eine Anordnung zum Fügen von zwei Bauteilen in einer Schnittansicht,

2 eine Formschlussverbindung der zwei Bauteile nach 1 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht,

3 eine andere Formschlussverbindung von zwei Bauteilen in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht,

4 eine Form- und Stoffschlussverbindung der zwei Bauteile nach 1 in einer Schnittansicht und

5 die Anordnung nach 4 in einem früheren Verfahrensstadium.

Sich jeweils entsprechende Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. In 1 ist eine Anordnung 1 zum Fügen von zwei jeweils als Blech 2, 3, insbesondere jeweils als Blech einer Kraftfahrzeugtür, ausgebildeten Bauteilen 4, 5 gezeigt. Dabei sind die Bleche 2, 3 bereits in einem ersten Schritt an einer Fügestelle 6 mittels einer Formschlussverbindung 7 miteinander verbunden. Die Formschlussverbindung 7 ist mittels Clinchens hergestellt und somit als Clinchverbindung 8 ausgebildet.
In einem zweiten Schritt werden die bereits mittels der Formschlussverbindung 7 verbundenen, Bleche 2, 3 an der Fügestelle 6 von im Bereich der Fügestelle 6 beidseitig an die Bleche 2, 3 angelegten Schweißelektroden 9, 10 mechanisch kontaktiert und mittels einer durch einen Pfeil 11 symbolisierten Elektrodenkraft aneinandergedrückt. Die Schweißelektroden 9, 10 sind in einen elektrischen Stromkreis 12 mit einer Stromquelle 13, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Gleichstromquelle ist, eingebunden, so dass die Bleche 2, 3 von den Schweißelektroden 9, 10 auch elektrisch kontaktiert werden.
Bei Aufschaltung eines Stromes auf den Stromkreis 12 werden die Bleche 2, 3 in der Formschlussverbindung 7 mittels Widerstandsverschweißens stoffschlüssig miteinander verbunden. Damit ergibt sich an der Fügestelle 6 eine Form- und Stoffschlussverbindung der Bleche 2, 3. Gleichzeitig erfolgt während des Widerstandsverschweißens, bei dem die Bleche 2, 3 in einer Schweißzone an der Fügestelle 6 aufgeschmolzen werden, aufgrund der Elektrodenkraft auch eine Verformung der Formschlussverbindung 7.
Vorzugsweise vor dem Herstellen der Formschlussverbindung 7 können die Bauteile 4, 5 an der Fügestelle 6 zusätzlich mittels Klebens verbunden werden. Dadurch ergibt sich beispielhaft folgender Verfahrensablauf für das Fügen der Bauteile 4, 5: Zuerst werden die Bauteile 4, 5 an der Fügestelle 6 mittels Klebens, darauf folgend mittels Clinchens und danach mittels Schweißens verbunden.
2 zeigt die Clinchverbindung 8 der Bauteile 4, 5 aus 1 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht. Es ist zu erkennen, dass in diesem Fall die Clinchverbindung 8 kreisrund und ohne schneidenden Anteil sowie in einer knopfähnlichen Form ausgebildet ist.
Eine andere denkbare Clinchverbindung 8 von Bauteilen 4, 5 ist in 3 gezeigt, wobei es sich hier um eine balkenförmige Clinchverbindung 8 mit schneidendem Anteil, die ebenfalls in einer knopfähnlichen Form ausgebildet ist, handelt. Besonders vorteilhaft kann eine balkenförmige Clinchverbindung an einer Fügestelle beispielsweise auf einem schmalen Flansch vorgesehen sein.
In 4 ist eine Form- und Stoffschlussverbindung 14 der jeweils als Blech 2, 3 ausgebildeten Bauteile 4, 5 nach 1 dargestellt, wie sie sich nach Durchlauf des oben zu 1 beschriebenen Verfahrens zum Fügen der Bauteile 4, 5 ergibt. Es ist zu erkennen, dass die ursprüngliche, in knopfähnlicher Form ausgebildete Formschlussverbindung 7 (siehe 1) an der Fügestelle 6 auf der Seite des hier unten liegenden Blechs 3 weitestgehend zurückverformt ist. Gestrichelt gezeichnete Abschnitte, von denen in 4 zwei beispielhaft durch jeweils eine Ellipse 16, 18 hervorgehoben sind, eines Kontaktbereichs 15 zwischen den Bauteilen 4, 5 gehören zu einer Stoffschlussverbindung 17 der Bauteile 4, 5, die Bestandteil der Form- und Stoffschlussverbindung 14 der beiden Bauteile 4, 5 ist.
Vorteilhaft ergibt sich mit der Form- und Stoffschlussverbindung 14, die in einem Verfahren hergestellt worden ist, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt eine als Clinchverbindung ausgebildete mechanische Fügeverbindung erzeugt worden ist und in einem zweiten
Verfahrensschritt die Fügeverbindung verschweißt und dabei gleichzeitig zurückgeformt worden ist, gegenüber einer reinen Clinchverbindung eine Vergrößerung, beispielhaft um bis zu 200 %, eines Hinterschnittes in einem seitlichen Bereich A der Fügestelle 6; dieser Bereich A ist beispielhaft in 5 eingezeichnet, die die Anordnung nach 4 in einem früheren Verfahrensstadium, nämlich während des Verschweißens und Zurückformens der Clinchverbindung, zeigt.

1: Anordnung
2: Blech
3: Blech
4: Bauteil
5: Bauteil
6: Fügestelle
7: Formschlussverbindung
8: Clinchverbindung
9: Schweißelektrode
10: Schweißelektrode
11: Pfeil
12: Stromkreis
13: Stromquelle
14: Form- und Stoffschlussverbindung
15: Kontaktbereich
16: Ellipse
17: Stoffschlussverbindung
18: Ellipse
A: Bereich

Claims

Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen, insbesondere Blechen, wobei ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil an zumindest einer Fügestelle stoffschlüssig miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Bauteile (4, 5) an der Fügestelle (6) mittels einer Formschlussverbindung (7) miteinander verbunden werden und dass in einem darauf folgenden zweiten Schritt die Bauteile (4, 5) in der Formschlussverbindung (7) stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (4, 5) in dem ersten Schritt mittels Clinchens verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (4, 5) in dem zweiten Schritt mittels Schweißens verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (4, 5) mittels Widerstandsschweißens oder Induktionsschweißens verbunden werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (4, 5) in dem zweiten Schritt zumindest im Bereich der Formschlussverbindung (7) aneinandergedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Schritt während des stoffschlüssigen Verbindens eine Verformung der Formschlussverbindung (7) erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (4, 5) an der Fügestelle (6) mittels Klebens verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (4, 5) an der Fügestelle (6) zuerst mittels Klebens, darauf folgend mittels Clinchens und danach mittels Schweißens verbunden werden.