DE102007022297A1

DE102007022297A1 - Verfahren zum Verbinden von zwei Werkstücken

Info

Publication number: DE102007022297A1
Application number: DE102007022297A
Authority: DE
Inventors: Dieter Schiebel; Rolf Heyll; Stephan Ehlers
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-05-12
Filing date: 2007-05-12
Publication date: 2008-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Werkstücken (4, 5), von denen ein erstes aus einem hochfesten Stahl und das zweite aus einem Leichtbaumaterial hergestellt ist, mit folgenden Schritten: - Erwärmen eines Fügebereichs (3) des ersten Werkstücks (4) auf eine Anlasstemperatur, die ein späteres Umformfügen (Verbindung 9) in dem Fügebereich (3) ermöglicht, - Abkühlen des ersten Werkstücks (4) auf eine Auftragstemperatur für einen Klebstoff (7), - Auftragen des Klebstoffs (7) auf zumindest eines der beiden Werkstücke (4, 5), - Zusammensetzen der beiden Werkstücke (4, 5) und - Umformfügen (Verbindung 9) der beiden Werkstücke (4, 5) im Fügebereich (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei Werkstücken, bei dem einerseits ein Klebstoff und andererseits ein Umformfügen eingesetzt werden.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 197 44 312 A1 bekannt. Dort werden zwei Magnesiumbleche in einem Fügebereich für das Umformfügen, wie beispielsweise Durchsetzfügen oder Nieten, zusätzlich mit einem Klebstoff versehen und einer Wärmevorbehandlung unterzogen, bevor das Umformfügen durchgeführt wird. Die Wärmevorbehandlung wird etwa bei einer Temperatur von 150°C bis 200°C durchgeführt.
Aus der DE 10 2004 062 896 A1 ist es ferner bekannt, bei einem auch als formschlüssiges Verbinden bezeichneten Umformfügen Werkstücke aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen miteinander zu verbinden, wobei wenigstens eines dieser beiden Werkstücke vor dem Verbinden einer thermischen Aktivierung unterzogen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbinden von zwei Werkstücken anzugeben, bei dem wenigstens ein Werkstück aus einem hochfesten Stahl hergestellt ist und bei dem neben einer Klebeverbindung noch ein Umformfügen der beiden Werkstücke durchgeführt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Verbinden von zwei Werkstücken, welches die in Anspruch 1 genannten Merkmale bzw. Verfahrensschritte aufweist. Weiterbildungen bzw. Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass Werkstücke miteinander verbunden werden können, von denen zumindest ein erstes Werkstück aus einem hochfesten Stahl und das zweite Werkstück vorzugsweise aus einem Leichtbaumaterial, wie beispielsweise einer Leichtmetalllegierung oder einem Leichtmetall, hergestellt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt demnach eine Kombination aus Umformfügen und Kleben zum Verbinden von zwei Werkstücken aus unterschiedlichen Materialien, wobei wenigstens das eine Werkstück aus dem hochfesten Stahl hergestellt ist und vor dem Fügen so erwärmt wird, dass seine Zähigkeit derart zunimmt, dass das Umformfügen auch nach dem Abkühlen des Werkstücks durchgeführt werden kann, jedoch zuvor der Klebstoff in Kontakt mit dem Werkstück kommen kann, ohne dass dabei der Klebstoff so beeinträchtigt wird, dass er später seine adhäsive Wirkung nicht mehr entfalten kann. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von Tragstrukturen für Automobile verwendet, bei denen die Tragstruktur als Hybridstruktur ausgeführt ist, also beispielsweise Bleche aus dem hochfesten Stahl und Bleche bzw. Gussteile aus Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung aufweist, die in einer Schnittstelle miteinander verbunden werden müssen. Beispielsweise lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Hinterwagen aus einem Leichtbaumaterial mit einer Bodengruppe in Stahlblechbauweise verbinden.
Gemäß Anspruch 2 wird als bevorzugtes Umformfügen ein Stanznieten verwendet. Ähnliche punktförmige Umformfügeverfahren können alternativ angewandt werden. Selbstverständlich können auch alternative bzw. gleichwertige mechanische Fügeverfahren Anwendung finden, beispielsweise eine die Werkstücke durchsetzende Schraubverbindung.
Nach einer Weiterbildung mit in Anspruch 3 genannten Merkmalen wird das Werkstück aus dem hochfesten Stahl auf eine Anlasstemperatur von etwa 720°C, insbesondere gleich oder größer 720°C, erwärmt und entsprechend anschließend abgekühlt, so dass das Werkstück den Klebstoff für die Verbindung nicht beschädigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Bauteil 1, welches in einer Schnittstelle 2 zumindest zwei miteinander in einem streifenförmigen Fügebereich 3 miteinander verbundene Werkstücke aufweist, von denen das erste Werkstück mit dem Bezugszeichen 4 und das zweite Werkstück mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet ist. In dem Fügebereich 3 wird eine Verbindung 6 für die zumindest zwei sich überlappenden Werkstücke 4 und 5 hergestellt, die einerseits eine einen Klebstoff 7 umfassende Klebeverbindung 8 und andererseits eine durch Umformfügen hergestellte formschlüssige Verbindung 9 aufweist, die in der Figur durch ein Kreuz 10 dargestellt ist, das sowohl die beiden Werkstücke 4 und 5 als auch die dazwischen liegende Klebeverbindung 8 durchsetzend eingezeichnet ist. Die formschlüssige Verbindung 9 kann durch punktförmiges Umformen der beiden Werkstücke 4 und 5 im Fügebereich 3 erzeugt werden und möglicherweise durch zusätzlichen Einsatz eines Hilfsfügeelements, wie beispielsweise einer Niet oder dergleichen, ergänzt werden. Als Umformfügen werden daher im Zuge dieses Verfahrens zum Verbinden der zumindest zwei Werkstücke 4, 5 mechanische Fügeverfahren verstanden, bei denen die Werkstücke 4, 5 umgeformt, gestanzt, gebohrt, vorgebohrt oder anderweitig bearbeitet bzw. darin Löcher bzw. Durchbrüche erzeugt werden, wobei zusätzlich ein Hilfsfügeelement für die Verbindung 9 vorgesehen sein kann. Ein derartiges Hilfsfügeelement kann allgemein ein Einsatzteil sein, das in die Verbindung 9 eingesetzt wird bzw. diese unterstützt bzw. fixiert, wie beispielsweise ein Niet, eine Schraube, insbesondere eine selbstschneidende bzw. selbstfurchende bzw. Gewinde formende und den Durchbruch erzeugende Schraube, wie beispielsweise die so genannten Fließlochformschrauben (FDS = Flow Drill Screws).
Bei dem ersten Werkstück 4 handelt es sich um ein hochfestes Stahlblech, das insbesondere warmumgeformt, und/oder pressgehärtet oder anderweitig gehärtet ist. Das zweite Werkstück 5 ist vorzugsweise aus einem Leichtbaumaterial, wie insbesondere einer Leichtmetalllegierung oder einem Leichtmetall platten- bzw. blechförmig oder als Gussteil hergestellt. Auch Sandwichmaterialien bzw. so genannte Verbundmaterialien mit einer Kunststoffzwischenschicht können als zweites Werkstück 5 vorgesehen sein. Bevor die beiden Werkstücke 4 und 5 miteinander gefügt werden, wird das erste Werkstück 4 im Fügebereich 3 streifen- oder punktförmig bis auf eine Anlasstemperatur erwärmt, bei der der hochfeste Stahl derart beeinflusst wird, dass seine Zähigkeit derart zunimmt, dass auch nach dem Abkühlen des Stahls die formschlüssige Verbindung 9 hergestellt werden kann, also ein Umformfügen des Werkstücks 4 im Fügebereich 3 erfolgen kann. Diese Anlasstemperatur beträgt typischerweise bei hoch- bzw. höchstfesten Stählen etwa 720°C, insbesondere gleich oder größer 720°C. Ein anschließendes Abkühlen des ersten Werkstücks 4 auf eine Auftragstemperatur für den Klebstoff 7 ermöglicht das Auftragen des Klebstoffs 7 auf zumindest eines der Werkstücke 4 und/oder 5, ohne dabei den Klebstoff 7 durch eine übermäßige Temperatur derart zu beeinflussen, dass er seine adhäsive Wirkung nicht mehr entfalten kann. Die beiden Werkstücke 4 und 5 können dann aneinandergelegt und in einer Fügevorrichtung (nicht gezeigt) kann anschließend die formschlüssige Verbindung 9 durchgeführt werden. Das Umformfügen und/oder der Klebstoffauftrag kann manuell, vorzugsweise maschinell in der Fügevorrichtung durchgeführt werden.
Insbesondere dient die formschlüssige Verbindung 9 als so genannte Vorfixierung der beiden Werkstücke 4 und 5 zueinander, bis der beispielsweise erst später aushärtende Klebstoff 7 seine gewünschte Festigkeit erreicht hat, beispielsweise dann, wenn das Bauteil 1 im Rahmen eines weiteren Fertigungsprozesses einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs auf eine entsprechende Abbindetemperatur des Klebstoffs 7 gebracht wird, wie dies beispielsweise in einer Wärmebehandlungseinheit geschieht, die typischerweise einem so genannten kathodischen Tauchlackieren nachgeschaltet ist. Die Auftragstemperatur für den Klebstoff auf das Werkstück 4 und/oder 5 wird vorzugsweise geringer sein als die Abbinde- bzw. Aushärtetemperatur des Klebstoffs 7.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19744312 A1 [0002]
- DE 102004062896 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Werkstücken (4, 5), von denen ein erstes aus einem hochfesten Stahl und das zweite aus einem Leichtbaumaterial hergestellt ist, mit folgenden Schritten: – Erwärmen eines Fügebereichs (3) des ersten Werkstücks (4) auf eine Anlasstemperatur, die ein späteres Umformfügen (Verbindung 9) in dem Fügebereich (3) ermöglicht, – Abkühlen des ersten Werkstücks (4) auf eine Auftragstemperatur für einen Klebstoff (7), – Auftragen des Klebstoffs (7) auf zumindest eines der beiden Werkstücke (4, 5), – Zusammensetzen der beiden Werkstücke (4, 5) und – Umformfügen (Verbindung 9) der beiden Werkstücke (4, 5) im Fügebereich (3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformfügen als Stanznieten durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlasstemperatur des ersten Werkstücks (4) etwa 720°C, insbesondere gleich oder größer 720°C, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkstück (5) aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Leichtmetall hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkstück (4) ein warmumgeformtes Stahlblech ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkstück (4) ein gehärtetes, insbesondere pressgehärtetes Stahlblech ist.