DE102008036162A1

DE102008036162A1 - Verfahren zum Verbinden eines dünnen Blechbauteils mit einem zweiten Bauteil

Info

Publication number: DE102008036162A1
Application number: DE200810036162
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Inf. Beilner (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-02
Filing date: 2008-08-02
Publication date: 2009-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines dünnen Blechbauteils (12) mit einem zweiten Bauteil (32), mit den Schritten: Setzen eines fließgeformten Durchzugs (10) unter Bildung eines Kragens (22) in dem dünnen Blechbauteil (12), Anordnen des zweiten Bauteils (32) in einer Montageposition und Verbinden des Blechbauteils (12) mit dem zweiten Bauteil (32) mittels einer selbstfurchenden Schraube (34), welche einen größeren Durchmesser aufweist als der Durchzug (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines dünnen Blechbauteils mit einem zweiten Bauteil.
Direktverschraubungen in sehr dünnen Blechen sind teilweise nicht mehr prozesssicher durchführbar. Durch die geringe Blechdicke steht nur eine sehr niedrige Anzahl an Gewindezügen zur Verfügung, weswegen Anzugsmoment und maximale Auszugskraft oft nicht die gewünschten Werte erreichen können. Aus diesem Grund müssen in der Regel zusätzliche Verbindungselemente verwendet werden. Beispielsweise werden zunächst Blindnietmuttern gesetzt, woraufhin eine Verbindung der zu verbindenden Teile durch Standardschrauben möglich wird. Derartige Verbindungen erfordern sowohl zusätzliche Bauteile als auch zusätzliche Montageschritte, verteuern also die Herstellung und erhöhen die Montagezeiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden eines dünnen Blechbauteils mit einem zweiten Bauteil bereitzustellen, welches den Montageaufwand und die Anzahl der nötigen Verbindungselemente reduziert. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein fließgeformter Durchzug unter Bildung eines Kragens in dem dünnen Blechbauteil gesetzt. Fließformen ist eine Kombination von Bohren und thermischen Umformen. Durch hohe Andruckkräfte eines Fließformwerkzeugs wird soviel Reibungshitze erzeugt, dass das bearbeitete Material formbar wird. Ein Teil des verformbaren Materials wird dabei nach oben, das heißt in Richtung auf das Fließformwerkzeug zu, weggedrückt und bildet dort einen schmalen Steg um das Bohrloch. Dieser Steg kann mit einer speziellen Ausführung des Fließformwerkzeugs abgefräst werden, so dass eine ebene Anlagefläche entsteht. Ein überwiegender Teil des Materials im Bereich des Bohrloches wird jedoch in Bohrrichtung verformt, so dass sich auf der der Ansatzstelle des Fließformwerkzeuges gegenüber liegenden Seite des Blechbauteiles ein Kragen um den Durchzug herum ausbildet. Die Materialstärke im Bereich des fließgeformten Durchzuges vergrößert sich so auf einen Wert, der die ursprüngliche Blechdicke um das bis zu dreifache übersteigen kann.
Im nächsten Verfahrensschritt wird das zweite Bauteil in einer Montageposition angeordnet, woraufhin das Blechbauteil mit dem zweiten Bauteil mittels einer selbstfurchenden Schraube, welche einen größeren Durchmesser aufweist als der Durchzug, verbunden wird. Durch die Ausbildung eines verstärkten Kragens um das Bohrloch im Zuge des Fließformens steht also eine Buchse zur Verfügung, in welche eine selbstfurchende Schraube unter Bildung einer hinreichenden Anzahl von Gewindezügen eingesetzt werden kann. Damit ist vorteilhaft sichergestellt, dass hinreichende Anzugsmomente und Auszugskräfte erreicht werden. Eine Verwendung weiterer zusätzlicher Verbindungselemente wie beispielsweise Blindnietmuttern ist also nicht nötig, wodurch Montageaufwand, Materialgewicht und Montagekosten vorteilhaft eingespart werden.
Der fließgeformte Durchzug kann dabei vorzugsweise mittels eines Industrieroboters automatisch gesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich, derartige fließgeformte Durchzüge an Einzelteilen mittels einer stationären Bohreinrichtung zu setzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei sowohl für Blechbauteile aus Stahl, Aluminium oder Aluminiumlegierungen geeignet.
Bevorzugter Weise werden im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schritt eine Mehrzahl fließgeformter Durchzüge in dem ersten Blechbauteil gesetzt. Damit können prozesssicher beliebige Lochverteilungen an Einzelbauteilen, vorgefertigten Modulen oder auch an der Rohkarosse erzeugt werden. Das eigentliche Verschrauben durch die selbstfurchende Schraube kann schließlich sowohl manuell als auch automatisiert geschehen. Durch das Bereitstellen der fließgeformten Durchzüge ist in beiden Fällen eine prozesssichere Positionierung der Schrauben gewährleistet, da der Durchzug eine adäquat toleranzarme Vorpositionierung vor dem eigentlichen Schraubvorgang ermöglicht.
Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein dünnes Blechbauteil mit einem fließgeformten Durchzug, und
2 eine Verbindungsanordnung eines dünnen Blechbauteils mit einem weiteren Bauteil, welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde.
In 1 ist die Struktur eines fließgeformten Durchzuges 10 in einem dünnen Blechbauteil 12 dargestellt. Beim Formen des Durchzuges wurde dabei das Fließformwerkzeug von der Oberfläche 14 des Blechbauteils 12 her angesetzt. Um das Bohrloch 16 herum bildet sich beim Fließformen zunächst ein Steg 18 auf der dem Fließformwerkzeug zugewandten Oberfläche 14 des Blechbauteils 12. Durch weiteres Erhitzen des Blechbauteils 12 durch die Reibungshitze des Fließformwerkzeuges wird schließlich jedoch ein Großteil des Materials im des Bohrloches 16 bis zur Fließfähigkeit erwärmt und in Richtung auf die dem Fließformwerkzeug abgewandte Oberfläche 20 des Blechbauteils 12 hin nach außen gedrückt, wobei sich auf dieser Fläche 20 um das Bohrloch 16 herum ein Kragen 22 ausbildet. Die Innenfläche 24 des Bohrloches 16 ist somit gegenüber der Innenfläche einer konventionellen Bohrung deutlich vergrößert, so dass neben dem durch das eigentliche Blech 12 verlaufenden Bereich 26 mit der Dicke d zwei weitere zusätzliche Bereiche 28 und 30 mit den Dicken d₁ respektive d₂ zur Verfügung stehen. Durch diese Vergrößerung der Innenfläche 24 des Bohrloches 16 können also beim Verschrauben des Blechteiles 12 mit Hilfe einer selbstfurchenden Schraube, oder auch beim Schneiden eines Gewindes in das Bohrloch 16 wesentlich mehr Gewindezüge angebracht werden, als bei einer konventionellen Bohrung. Damit werden die maximal möglichen Anzugsmomente und Auszugskräfte auf Werte vergrößert, die ein prozesssicheres Fügen dünner Blechbauteile 12 mit Schraubtechniken ermöglichen.
2 zeigt schließlich eine Querschnittsansicht einer Verbindungsanordnung des dünnen Blechbauteils 12 mit einem weiteren Bauteil 32 – im vorliegenden Fall ebenfalls ein Blechbauteil – unter Verwendung einer selbstfurchenden Schraube 34. Der in 1 erkennbare Steg 18 auf der dem Kragen 22 gegenüberliegenden Seite des Blechbauteils 12 ist dabei zunächst beispielsweise durch Fräsen entfernt worden, wonach das weitere Bauteil 32 an dem Blechbauteil 12 anliegend angeordnet worden ist. Mit anderen Worten sitzt das zu fügende Bauteil 32 zwischen Schraubenkopf und dem Blechbauteil 12.
Innerhalb des weiteren Bauteils 32 ist ein Bohrloch bzw. eine Durchgangsöffnung 38 eingebracht, welche im Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Schraube 34. Hierdurch ist ein Toleranzausgleich durch Verschieben des weiteren Bauteils 32 relativ zu dem Blechbauteil 12 möglich.
Das Gewinde 36 im Bohrloch 16 des Blechbauteils 12 wird beim Einschrauben der Schraube 34 durch deren Außengewinde 40 selbst in das Bauteil 12 geschnitten, ohne dass eine separate Verwendung eines gewindeformenden Werkzeuges nötig ist. Das zu fügende Bauteil 32 sitzt zwischen Schraubenkopf der Schraube 34 und dem Bauteil 12, wobei durch Aufbringen des Montagedrehmoments das Bauteil 32 mit dem Blechbauteil 12 verspannt und somit eine kraftschlüssige Verbindungsanordnung geschaffen wird.
Die Positionierung der Schraube 34 wird dabei durch das vorgeformte Bohrloch 16 bereits prozesssicher sichergestellt, so dass die Verschraubung auch ohne zusätzliche Vorkehrung von Hand erfolgen kann. Selbstverständlich sind beide Verfahrensschritte, also das Formen des fließgeformten Durchzuges als auch das Verschrauben der Bauteile 12 auch vollständig automatisiert möglich. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist geeignet, um jegliche Montageteile, welche selbstverschraubbar sind, mit dünnen Blechbauteilen 12 aus verschiedenartigen Legierungen zu verbinden.

Claims

Verfahren zum Verbinden eines dünnen Blechbauteils (12) mit einem zweiten Bauteil (32), mit den Schritten: – Setzen eines fließgeformten Durchzugs (10) unter Bildung eines Kragens (22) in dem dünnen Blechbauteil (12), – Anordnen des zweiten Bauteils (32) in einer Montageposition – Verbinden des Blechbauteils (12) mit dem zweiten Bauteil (32) mittels einer selbstfurchenden Schraube (34), welche einen größeren Durchmesser aufweist als der Durchzug (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fließgeformte Durchzug (10) mittels eines Industrieroboters gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fließgeformte Durchzug (10) mittels einer stationären Bohreinrichtung gesetzt wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dünne Blechbauteil (12) aus Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl fließgeformter Durchzüge (10) in dem ersten Blechbauteil (12) gesetzt wird.