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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen wenigstens eines
eine Aufnahme aufweisenden Fügeteils mit einem Hohlprofil
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine durch ein solches Verfahren
hergestellte Fügeverbindung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
12.
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Aus
der
DE 196 18 626
C2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer unlösbaren
Verbindung zwischen einem geschlossenen Hohlprofil und einem Halter
für ein Anbauteil bekannt, bei welchem der Halter über
eine Durchgangsöffnung auf das Hohlprofil aufgeschoben
wird. Das Aufschieben erfolgt dabei in Richtung einer Haupterstreckungsrichtung des
Hohlprofils. Anschließend wird das Hohlprofil in einem
Innenhochdruckumformverfahren aufgeweitet, so dass sich eine mit
Hinterschnitt versehene formschlüssige Umgreifung des Halters
ergibt. Die Verbindung zwischen Hohlprofil und Halter erfolgt somit
durch eine Presspassung zwischen den beiden Teilen im Bereich der
Durchgangsöffnung sowie durch einen Formschluss, welcher
durch die Aufweitung des Hohlprofils entsteht.
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Das
Aufschieben des Halters in Richtung der maximalen Längserstreckung
des Hohlprofils bedingt nun, dass bei der Verbindung eines Hohlprofils
mit mehreren solchen Teilen eine feste Fügereihenfolge eingehalten
werden muss. Dies kann gegebenenfalls aus Gründen der Prozessführung
nachteilig sein. Ein weiterer Nachteil des Aufschiebens eines solchen
als Halter ausgebildeten Fügeteils besteht darin, dass nur
schwer zusätzliche Klebeverbindungen im Bereich der Fügestelle
zwischen Fügeteil und Hohlprofil hergestellt werden können.
Beim Aufschieben des Fügeteils in Richtung der maximalen
Längserstreckung des Hohlprofils wird eine gegebenenfalls
vorher im Bereich der Fügestelle aufgebrachte Kleberaupe
durch die Relativbewegung zwischen den beiden Teilen verstrichen,
so dass Teile des Klebstoffes auch außerhalb der Fügestelle
zu liegen kommen. Dies bedingt eine aufwendige Nachreinigung des
fertig gefügten Bauteiles.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Fügen
wenigstens eines eine Aufnahme aufweisenden Fügeteils mit
einem Hohlprofil der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches
beim Fügen des Hohlprofils mit mehreren Fügeteilen
beliebige Fügereihenfolgen zulässt und welches
weiterhin das Aufbringen von Klebstoff für zusätzliche
Klebeverbindungen erleichtert. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Fügeverbindung der eingangs genannten Art
so weiterzuentwickeln, dass deren Herstellung erleichtert und prozesssicherer
und kostengünstiger durchführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Fügen wenigstens eines
eine Aufnahme aufweisenden Fügeteils mit einem Hohlprofil
mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch eine Fügeverbindung
mit den Merkmalen nach Patentanspruch 12 gelöst.
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Bei
einem solchen Verfahren wird zunächst das Fügeteil
mit seiner Aufnahme auf das Hohlprofil aufgesteckt. Im folgenden
Verfahrensschritt wird das Hohlprofil zumindest im Bereich der Fügestelle
mit dem Fügeteil durch Innenhochdruckumformen umgeformt,
so dass sich eine Presspassung sowie ein Formschluss zwischen Hohlprofil
und Fügeteil ergibt. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass das Aufstecken des Fügeteils in einer
Richtung zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung
der Aufnahme des Hohlprofils erfolgt. In anderen Worten wird das
Fügeteil nicht mehr in Richtung der maximalen Längserstreckung
des Hohlprofils, also in axialer Richtung auf dieses aufgeschoben,
sondern im wesentlichen senkrecht, also radial bezüglich
des Hohlprofils, auf dieses aufgesteckt. Das Aufstecken erfolgt
damit direkt im Bereich der Fügestelle, was beliebige Fügereihenfolgen
beim Fügen eines Hohlprofils mit mehreren Fügeteilen
ermöglicht. Auch ist so ein Aufbringen von Klebstoff im Bereich
der Fügestelle ermöglicht, ohne dass der Klebstoff
durch das aufzuschiebende Fügeteil großflächig
verstrichen wird. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten
Fügeteilen zum Herstellen derartiger Verbindungen umschließt
das Fügeteil das Hohlprofil nicht vollständig
umfänglich. Vielmehr ist die Aufnahme des Fügeteils
dergestalt geöffnet, dass ein Aufstecken in der beschriebenen Art
auf das Hohlprofil ermöglicht ist. Dies bedingt vorteilhafterweise
gleichzeitig eine Gewichtseinsparung, da das Fügeteil das
Hohlprofil das Fügeteil nicht mehr vollständig
umgreifen muss.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, vor dem
Aufstecken des Fügeteils einen Klebstoff auf eine Innenseite
der Aufnahme des Fügeteils und/oder eine Außenseite
der Fügestelle des Hohlprofils aufzubringen. Dies verbessert
die Verbindung zwischen Fügeteil und Hohlprofil weiter. Das
Fügeteil ist nun dreifach gegen eine Relativbewegung zum
Hohlprofil gesichert. Zum einen entsteht durch das Aufweiten des
Hohlprofils ein Formschluss, welcher das Fügeteil gegen
axiale Bewegungen gegenüber dem Hohlprofil absichert. Beim Innenhochdruckumformen
entsteht weiterhin eine Presspassung zwischen einer Wandung des
Hohlprofils und der Wandung der Aufnahme des Fügeteils,
welches reibschlüssig eine Sicherung sowohl gegen axiale
als auch gegen radiale Bewegungen des Fügeteils gegenüber
dem Hohlprofil gewährleistet. Der Klebstoff führt
schließlich zu einem zusätzlichen Stoffschluss,
welcher ebenfalls eine Sicherung gegen axiale und radiale Bewegungen
darstellt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird beim Aufweiten
des Hohlprofils ein Formschluss zwischen Fügeteil und Hohlprofil
erzeugt, wobei in einem Kantenbereich des Fügeteils ein
Hinterschnitt zwischen Fügeteil und Hohlprofil ausgebildet
wird. Die in dem genannten Kantenbereich aufeinanderstoßenden
Flächen des Fügeteils schließen dabei
bevorzugterweise einen Winkel < 90° ein,
so dass beim Aufweiten des Hohlprofils dessen Wandung nicht nur
in radialer Richtung bezüglich der Längsachse
des Hohlprofils aufgeweitet wird, sondern in dem genannten Kantenbereich
auch eine axiale Aufweitungskomponente aufweist, welche den gewünschten
Hinterschnitt bildet. Gegenüber einem Formschluss zwischen
Fügeteil und Hohlprofil ohne einen solchen Hinterschnitt
ist die genannten Ausführungsform zusätzlich gegen
Relativbewegungen gesichert, was den Einsatz derart gefügter
Bauteile auch in mechanisch hochbelasteten Bereichen erlaubt, ohne
dass die Belastungen, insbesondere Vibrationen und dergleichen des
Bauteiles zu einer Abweichung von der Soll-Relativ-Lage des Fügeteils gegenüber
dem Hohlprofil führen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass während des Innenhochdruckumformens des Hohlprofils
ein Verbindungselement mit eingrabender Wirkung, insbesondere ein Stanzniet
so in die zu fügenden Teile eingebracht wird, dass dieses
eine Wandung des Fügeteils vollständig und eine
an dieser anliegenden Wandung des Hohlprofils teilweise durchsetzt.
Die Kraft zum Einbringen des Stanznietes kann dabei durch den Innendruck
des Hohlprofils während des Innenhochdruckumformens selbst
bereitgestellt werden. Es handelt sich also um ein sogenanntes Hydrostanznietverfahren.
Dadurch, dass der Stanzniet die Wandung des Hohlprofils lediglich
teilweise durchsetzt, wird sichergestellt, dass der Stanzniet während
des Innenhochdruckumformens eingebracht werden kann, ohne dass ein
Innendruck des Hohlprofils im Bereich der Stanznietverbindung verloren
geht. Durch eine derartige zusätzliche Verbindung zwischen
Fügeteil und Hohlprofil wird eine zusätzliche Sicherung
gegen axiale und radiale Bewegungen erzielt, die die Verbindung
besonders belastbar macht.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, in einem weiteren Verfahrensschritt
das Fügeteil und das Hohlprofil durch wenigstens eine selbstschneidende Schraube
zu verbinden. Auch so wird die Belastbarkeit der Verbindung erhöht.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird ein Hohlprofil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
verwendet. Dies ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einem
Fügeteil aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung. Eine
zuverlässige Verbindung zwischen dieser Werkstoffkombination
ist mit anderen Verfahren nur schwer realisierbar. Insbesondere
das Verschweißen von Magnesium und Aluminium ist nur sehr
schwer möglich, erbringt nicht den erwünschten Halt
und führt zu Verzügen in den Bauteilen, die nach dem
Schweißen aufwändig wieder gerichtet werden müssen.
Dies wird durch die Verwendung von Magnesium- und Aluminiumbauteilen
in einem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden.
Die Verwendung von Magnesiumhohlprofilen ermöglicht gegenüber
anderen Materialien enorme Gewichtseinsparungen, welche bis zu 35%
betragen können. Dies macht das Verfahren somit besonders
bedeutsam für Leichtbauanwendungen.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, in
einem weiteren Verfahrensschritt wenigstens ein Anbauteil aus einem Kunststoff
durch Spritzgießen an das Hohlprofil und/oder das Fügeteil
anzuformen. Damit ist es möglich, mechanisch nur gering
belastete Anbauteile besonders leicht darzustellen, was zu weiteren
Gewichtseinsparungen führt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umgreift das Anbauteil
dabei die Fügestelle wenigstens teilweise. Auch hierdurch
wird eine zusätzliche, formschlüssige Sicherung
zwischen Anbauteil, Hohlprofil und Fügeteil bereitgestellt.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, dass wenigstens eine Anbauteil im Bereich
einer Öffnung des Hohlprofils anzuformen, so dass ein Teilbereich
des Anbauteiles unter Ausbildung eines Formschlusses zwischen dem
Anbauteil und dem Hohlprofil in einem Hohlraum des Hohlprofils ausgebildet
wird. Damit kann eine Positionssicherung des Anbauteiles gegenüber
dem Hohlprofil ohne weitere zusätzliche Maßnahmen
gewährleistet werden.
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Das
Verfahren findet bevorzugt Anwendung für Kraftwagenbauteile.
Insbesondere ist es hier bevorzugt, das Hohlprofil des Cockpitquerträgers
für einen Kraftwagen und das Fügeteil als Lenkungskonsole
auszuführen.
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Die
Erfindung betrifft schließlich weiterhin eine Fügeverbindung
eines wenigstens eine Aufnahme aufweisenden Fügeteils mit
einem Hohlprofil. Das Fügeteil ist dabei mit seiner Aufnahme
auf das Hohlprofil aufgesteckt und das Hohlprofil zumindest im Bereich
der Fügestelle mit dem Fügeteil durch Innenhochdruckumformen
im Querschnitt zumindest bereichsweise aufgeweitet. Hierbei ist
es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Fügeteil
in einer Richtung zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung
der Aufnahme des Hohlprofils auf dieses aufgesteckt ist. Eine solche
Fügeverbindung lässt sich somit mit dem eingangs
geschilderten Verfahren realisieren und weist die in diesem Zusammenhang
dargestellten Vorteile auf.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1 eine
perspektivische Gesamtansicht eines dem Stand der Technik entsprechenden
Cockpitquerträgers mit Lenkungskonsole für einen
Kraftwagen,
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2 eine
Detailansicht der Anbindung der Lenkungskonsole an den Cockpitquerträger
aus 1,
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3 eine
schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung,
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4 eine
schematische Schnittdarstellung durch eine alternative Ausführung
einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung
mit Hinterschnitten,
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5 eine
alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Fügeverbindung mit zusätzlichem Hohlstanzniet,
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6 eine
weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Fügeverbindung mit einer zusätzlichen Schraubverbindung.
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1 zeigt
ein im Ganzen mit 10 bezeichneten, dem Stand der Technik
entsprechenden Cockpitquerträger für ein Kraftfahrzeug.
Der Querträger besteht dabei aus einem Hohlprofil 12,
welches hier als Aluminiumstrangpressprofil ausgeführt
ist. An das Hohlprofil sind Verbindungselemente 14 zum
Anbinden des Cockpitquerträgers 10 an weitere
Karosseriestrukturen des Kraftwagens angeordnet. Weiterhin sind
am Hohlprofil 12 Halter 16 für zusätzliche
Anbauteile angeformt, sowie eine Lenkungskonsole 18 befestigt.
Die Lenkungskonsole 18 umgreift dabei mit laschenartigen
Ausbildungen 20 einen Außenumfang des Hohlprofils.
Die Lenkungskonsole 18 besteht aus Aluminiumdruckguss.
Um eine Verbindung zwischen dem Hohlprofil 12 und der Lenkungskonsole 18 herzustellen
ist es nach dem Stand der Technik allgemein üblich, die
beiden Teile im Bereich der Laschen 20 miteinander zu verschweißen.
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2 zeigt
die Anbindung der Lenkungskonsole 18 an das Hohlprofil 12 nochmals
in Vergrößerung, wobei die Anordnung entlang der
Längsachse des Hohlprofils 12 aufgeschnitten ist.
Man erkennt wie die Laschen 20 das Hohlprofil 12 an
seiner Oberseite 22 flach umgreifen und an seiner Unterseite
in verstärkte Stützelemente 24 übergehen.
Ein solches Verschweißen zwischen Hohlprofil 12 und
Lenkungskonsole 18 ist zuverlässig nur möglich,
wenn die beiden Teile aus dem gleichen Material, hier Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung, gefertigt sind. Aus Gründen der
Steifigkeit des Hohlprofils 12 sowie des Leichtbaues ist
es jedoch wünschenswert, das Hohlprofil 12 aus
Magnesium oder einer Magnesiumlegierung zu fertigen, um so bis zu
35% Gewicht einzusparen. Ein Verschweißen zwischen Magnesium
und Aluminiumlegierungen ist nur sehr schwer möglich und
führt zu Verzügen im Schweißbereich,
die in der Folge aufwändig gerichtet werden müssen.
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Um
dem vorzubeugen, ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens vorgesehen, eine Verbindung zwischen Hohlprofil 12 und
Lenkungskonsole 18 durch Innenhochdruckumformen des Hohlprofils 12 herzustellen.
Bei bekannten Innenhochdruckumformverfahren für derartige
Cockpitquerträger 10 ist es üblich, die
Lenkungskonsole so auszubilden, dass sie eine Durchgangsöffnung
umfasst, über welche sie in axialer Richtung des Hohlprofils 12 auf
dieses aufgesteckt wird. Wie in 1 zu erkennen,
kann dieses Aufstecken jedoch nur dann erfolgen, wenn die zusätzlichen
Halter für Anbauteile 16 und die Verbindungselemente 14 noch nicht
am Hohlprofil 12 festgelegt sind, da diese ein solches
Aufstecken der Lenkungskonsole 18 unterbinden würden.
Daher ist es im Rahmen eines erfindungsgemäßen
Verfahrens vorgesehen, die Lenkungskonsole 18 in radialer
Richtung auf das Hohlprofil 12 aufzustecken. Die Lenkungskonsole
umschließt also das Hohlprofil 12 nicht mehr vollständig außenumfänglich,
sondern weist eine seitlich geöffnete Aufnahmeöffnung
auf, welche ein radiales Aufstecken der Lenkungskonsole 18 auf
das Hohlprofil 12 auch bei bereits mit diesem gefügten
Anbauteilen 16 bzw. Verbindungselementen 14 erlaubt.
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3 zeigt
eine Schnittdarstellung des Fügebereiches zwischen Lenkungskonsole 18 und Hohlprofil 12.
Gezeigt ist dabei lediglich eine Wandung 26 der Lenkungskonsole
im Bereich deren Aufnahmestelle für das Hohlprofil 12 sowie
eine Wandung 28 des Hohlprofils 12, welche dessen
Innenraum 30 umschließt. 3 zeigt
die einfachste Möglichkeit einer mittels Innenhochdruckumformen
erzeugten Verbindung zwischen Hohlprofil 12 und Lenkungskonsole 18.
Nach Aufstecken der Lenkungskonsole 18 wird der Innenraum 30 des
Hohlprofils 12 mit einer Flüssigkeit gefüllt,
welche durch axial in den Innenraum bewegbare Stempel mit einem
Druck beaufschlagt wird. Der Druck wirkt somit in radialer Richtung
entlang des Pfeiles 32 auf die Wandung 28 des
Hohlprofils 12. Im Fügebereich 34 zwischen Hohlprofil 12 und
Lenkungskonsole 18 wird durch einen strichliert dargestellten
Gegenstempel 36 ein Gegendruck gegen den Flüssigkeitsdruck
im Hohlraum 32 aufgewendet. In den außerhalb dieses Stempels 36 gelegenen
Bereichen 38 kommt es durch in Richtung des Pfeiles 32 wirkenden
Druck zu einer Aufweitung des Profils des Hohlprofils, so dass die
Lenkungskonsole 18 in einer Vertiefung des Profils zu liegen
kommt und so durch die Bereiche 38, die aufgeweitet wurden,
gegen eine axiale Verschiebung entlang des Hohlprofils 12 gesichert
wird. Durch den Gegendruck des Stempels 36 kommt es im
Fügebereich 34 zwischen Lenkungskonsole 18 und Hohlprofil 12 zu
einer Presspassung zwischen den beiden Teilen, welche zu einer zusätzlichen
reibschlüssigen Sicherung der beiden Teile gegeneinander
führt.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform hierzu. Im Fügebereich 34 zwischen
Lenkungskonsole 18 und Hohlprofil 12 weist die
Wandung 26 der Lenkungskonsole 18 eine Öffnung 40 auf.
Die Kantenbereiche 42 der Wandung 26 der Lenkungskonsole 18 im
Bereich der Öffnung 40 sind dabei spitzwinklig
ausgebildet. Während des Innenhochdruckumformens wird hier
ein dreigeteilter Stempel 36 angewendet, um dem in Richtung
des Pfeiles 32 wirkenden Druckes im Innenraum 30 des
Hohlprofils 12 entgegenzuwirken. Der Stempel 36 deckt
dabei nur einen Teilbereich der Öffnung 40 ab,
so dass das Material der Wandung 28 des Hohlprofils 12 die
Kantenbereiche 42 der Wandung 26 der Lenkungskonsole 18 im
Bereich der Öffnung 40 umschließen kann. Es
entstehen somit im Bereich der Kanten 42 Hinterschnitte,
welche zusätzlich zu den Aufweitungen des Hohlprofils 12 in
den Bereichen 38 zu einer zusätzlichen, formschlüssigen
Sicherung der Lenkungskonsole 18 gegenüber dem
Hohlprofil 12 führen.
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5 zeigt
eine weitere Möglichkeit, die Lenkungskonsole 18 und
das Hohlprofil 12 über einen zusätzlichen
Formschluss zu verbinden. Hierbei wird ein Stanzniet, in dieser
Ausführungsform ein Hohlstanzniet 44, verwendet.
Der Hohlstanzniet 44 wird dabei im Fügebereich 34 zwischen
Lenkungskonsole 18 und Hohlprofil 12 eingebracht.
Während des Innenhochdruckumformens wirkt auf den Hohlstanzniet 44 sowohl
der von außen gegenhaltende Stempel 36 als auch
durch den in Richtung des Pfeils 32 wirkenden Druck im
Innenraum 30 des Hohlprofils 12 ein. Der Hohlstanzniet 44 ist
dabei so ausgebildet, dass er die Wandung 26 der Lenkungskonsole 18 vollständig
durchschneidet, sich allerdings lediglich teilweise in die Wandung 28 des
Hohlprofils 12 eingräbt. Dadurch kommt es während
des Innenhochdruckumformens in diesem Bereich zu keinen Druckverlusten.
Das Verfahren ist besonders effizient, da der Hohlstanzniet 44 ohne
weitere Bearbeitungsschritte gleichzeitig mit dem Innenhochdruckumformen
in die Verbindung eingebracht werden kann.
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Es
ist, wie in 6 gezeigt, alternativ auch möglich,
einen zusätzlichen Formschluss erst nach dem Innenhochdruckumformen
zu erzeugen. Die Fügeverbindung in 6 entspricht
in ihrer grundsätzlichen Ausführung der in 3 gezeigten.
Zusätzlich würde allerdings nach dem Innenhochdruckumformen
eine selbstfurchende Schraube 46 so in den Verbindungsbereich 34 zwischen
Lenkungskonsole 18 und Hohlprofil 12 eingebracht,
dass diese die Wandung 26 der Lenkungskonsole 18 und
die Wandung 28 des Hohlprofils 12 völlig
durchdringt. Auch hierdurch wird eine zusätzliche Sicherung
der beiden Teile gegeneinander erzielt.
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In
allen in den 3 bis 6 gezeigten Ausführungsformen
ist es möglich, die Lenkungskonsole 18 im Fügebereich 34 durch
eine zusätzliche Klebstoffschicht stoffschlüssig
mit dem Hohlprofil 12 zu verbinden. Hierzu wird vor dem
Aufstecken der Lenkungskonsole 18 eine Kleberaupe auf die
Wandungen 26 und/oder 28 aufgebracht. Der Anpressdruck
beim Innenhochdruckumformen sorgt dann auch für eine besonders
gute Verteilung des Klebstoffs im Fügebereich 34.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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