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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils
mit zumindest zwei Einzelblechen und einem zwischen den Einzelblechen
eingebrachten Füllstoff sowie eine Verwendung eines Verfahrens
zur Herstellung eines Bauteils.
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Es
ist allgemein bekannt, dass insbesondere bei der Herstellung von
Fahrzeugen Hohlprofile zum Einsatz kommen, da diese bei geringem
Gewicht gleichzeitig eine hohe Stabilität aufweisen.
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Derartige
Hohlprofile sind aus der
DE 10 2004 043 570 B4 bekannt, wobei ein
Federbeindom in einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs beschrieben
wird, die von als Hohlprofile ausgebildeten Längs- und
Querträgern gebildet ist. Der Federbeindom ist als Schale
aus Stahlblech mit einer Blechverstärkung im Abstützbereich
des Federbeins ausgebildet. Der Federbeindom ist aus zwei Halbschalen
gebildet, die unter Bildung eines Hohlraums zwischen sich im Abstützbereich
des Federbeins aneinander liegen und an ihren Außenrändern
fest miteinander verbunden sind. Der Federbeindom bildet dabei einen
Verbindungsknoten für angrenzende Hohlprofile der Karosseriestruktur.
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Um
eine erhöhte mechanische Stabilität, ein verbessertes
Geräusch- und/oder Schwingungsverhalten derartiger Hohlprofile
zu erreichen, ist es bekannt, in den Hohlraum zwischen den Blechen
eine zusätzliche Schicht, beispielsweise aus Kunststoff, einzubringen,
so dass so genannte Sandwich-Strukturen entstehen.
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Eine
derartige Sandwich-Struktur wird in der ”Produktinformation
BONDAL, Stand: Juli 2006” der Firma ThyssenKrupp Steel
beschrieben, wobei zwischen zwei Stahlbleche eine Kunststoffschicht
aus viskoelastischem Kunststoff eingebracht ist. Zur Erzeugung eines
Formteils wird zunächst die Kunststoffschicht zwischen
den Blechen eingebracht, bevor das Formteil in einem Umformverfahren,
wie z. B. Gesenkbiegen, Schwenkbiegen, Walzprofilieren, Tief- und/oder
Streckziehen, erzeugt wird.
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Weiterhin
offenbart die
Offenlegungsschrift DE
1 530 540 ein Kraftfahrzeugdach mit Rippen, wobei das Kraftfahrzeugdach
wenigstens teilweise doppelschichtig ausgebildet ist und zwei Schalen
mit Rippen versehen sind, wobei die Rippen der einen Schale die
Rippen der anderen Schale – in Draufsicht gesehen – kreuzen.
Die Schalen sind insbesondere aus Stahlblech, Kunststoff und/oder
aus Aluminium gebildet und randseitig miteinander verbunden, wobei
ein Hohlraum zwischen den Schalen ausgeschäumt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Bauteils, insbesondere eines schwingungsdämpfenden
Bauteils für ein Fahrzeug, und eine Verwendung eines Verfahrens
zur Herstellung eines Bauteils anzugeben, anhand derer eine erhöhte
mechanische Stabilität, ein verbessertes Geräusch-
und Schwingungsverhalten realisierbar sind, wobei das Bauteil gleichzeitig
in besonders einfacher und stabiler Art und Weise mit weiteren Bauteilen
verbindbar sein soll.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch
die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Verwendung
eines Verfahrens durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit zumindest zwei
Einzelblechen und einem zwischen den Einzelblechen eingebrachten Füllstoff
werden erfindungsgemäß die Einzelbleche zumindest
randseitig stoff-, kraft- und/oder formschlüssig miteinander
zu einem Verbundbauteil verbunden und anschließend wird
der Füllstoff derart durch eine Einfüllöffnung
zwischen die Einzelbleche eingebracht, dass eine Wölbung
der Einzelbleche nach außen und somit ein mit dem Füllstoff
gefüllter Zwischenraum zwischen den Einzelblechen erzeugt wird.
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Daraus
resultiert in besonders vorteilhafter Weise, dass ein Bauteil, das
sich insbesondere zu Verwendung als Bauteil für eine Fahrzeugkarosserie eignet,
hergestellt wird, welches sich durch eine hohe Stabilität
bei gleichzeitig geringem Gewicht und durch ein optimiertes Geräusch-
und Schwingungsverhalten auszeichnet. Dadurch, dass die Einzelbleche
in einem Randbereich stoff-, kraft- und/oder formschlüssig,
insbesondere miteinander verschweißt, sind und sich der
Füllstoff in Bereichen zwischen den Randbereichen befindet,
ist gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Bauteilen
in Sandwichbauweise eine vereinfachte Einbindung des Bauteils in
Strukturen, beispielsweise eine Rohkarosserie eines Fahrzeugs, und
eine vereinfachte Verbindung mit anderen Bauteilen möglich.
Insbesondere ist es möglich, das Bauteil durch beide Bleche
hindurch in deren Randbereiche mittels Verschweißung in
die Strukturen einzubinden und/oder mit den anderen Bauteilen zu
verbinden, da sich in den Randbereichen kein Füllstoff
befindet, welcher die Verschweißung negativ beeinflussen
könnte. Auch weist das Verfahren zusätzlich den
Vorteil auf, dass das Bauteil in einer geringen Anzahl von Verfahrensschritten
in besonders einfacher, zeitsparender und somit kostengünstiger
Weise herstellbar ist
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisch
eine Schnittdarstellung eines aus zwei Einzelblechen gebildeten
Verbundbauteils,
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2 schematisch
eine Schnittdarstellung des Verbundbauteils gemäß 1 nach
einer Umformung, und
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3 schematisch
eine Schnittdarstellung eines aus dem Verbundbauteil gebildeten
Bauteils.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung eines aus zwei Einzelblechen 1.1 und 1.2 gebildeten
Verbundbauteils 1, aus welchem ein in 3 näher
dargestelltes Bauteil 2 erzeugt wird. Bei dem Bauteil 2 handelt
es sich um einen Federbeindom einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie
zur Aufnahme und Befestigung eines Federbeins für ein Fahrwerk
eines Fahrzeugs.
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Zur
Erzeugung des Verbundbauteils 1 werden die Einzelbleche 1.1 und 1.2 in
einem Randbereich RB1 mit einer Schweißnaht S1 verbunden.
Zusätzlich weisen die Einzelbleche 1.1, 1.2 jeweils
eine Bohrung B1, B2 auf, welche zur Durchführung, Befestigung
und Lagerung des Federbeins vorgesehen sind.
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In
einem Randbereich RB2 um die Bohrungen B1, B2 sind die Einzelbleche 1.1, 1.2 zusätzlich mittels
einer weiteren Schweißnaht S2 miteinander verbunden, wobei
das Erzeugen der Schweißnähte S1 und S2 insbesondere
mittels eines Laserschweißverfahrens erfolgt.
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Weiterhin
ist in zumindest eines der Einzelbleche 1.1, 1.2,
hier in das Einzelblech 1.1, zumindest eine Einfüllöffnung
E eingebracht, welche zum Einbringen eines Füllstoffs F
zwischen die Einzelbleche 1.1, 1.2 gemäß 3 vorgesehen
ist. Diese Einfüllöffnung E wird entweder vor
dem Verbinden der Einzelbleche 1.1, 1.2 oder nach
deren Verbinden in eingebracht.
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Bei
den Einzelblechen 1.1, 1.2 handelt es sich insbesondere
um dünne Bleche aus Aluminium oder Stahl, welche beispielsweise
eine Dicke von 1 bis 2 mm aufweisen.
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In 2 ist
das Verbundbauteil 1 nach einer dreidimensionalen Umformung
dargestellt. Diese Umformung kann beispielsweise durch Tiefziehen oder
weitere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren erfolgen.
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Die
dreidimensionale Umformung wird derart ausgeführt, dass
das Verbundbauteil 1 zumindest nahezu die Form des späteren
Bauteils 2, d. h. des Federbeindoms, aufweist.
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In 3 ist
dass aus dem Verbundbauteil 1 gebildete Bauteil 2 dargestellt,
wobei durch die Einfüllöffnung E der Füllstoff
F zwischen die Einzelbleche 1.1, 1.2 eingebracht
wird. Bei dem Füllstoff F handelt es sich beispielsweise
um Standard-Klebstoffe, wie Einkomponenten-Klebstoffe auf Epoxidbasis,
Polyurethan oder z. B. selbstaushärtende Zweikomponenten-Klebstoffe.
Als Füllstoff F können weiterhin auch Schäume
oder Kunststoffe verwendet werden. Auch ist es möglich,
den Füllstoff aus einer Mischung verschiedener Substanzen
zu bilden.
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Der
Füllstoff F wird zur Erzeugung des Bauteils 2 unter
Druck in flüssigem oder gasförmigem Aggregatzustand
derart durch die Einfüllöffnung E zwischen die
Einzelbleche 1.1, 1.2 eingebracht, insbesondere
eingespritzt, dass diese sich nach außen wölben
und somit ein mit dem Füllstoff F gefüllter Zwischenraum
Z1 bzw. Z2 zwischen den Einzelblechen 1.1, 1.2 erzeugt
wird.
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Durch
das Einbringen des Füllstoffs F werden die Einzelbleche 1.1, 1.2 insbesondere
elastisch verformt, da hierfür geringe Kräfte
und somit niedrige Drücke beim Einbringen des Füllstoffs
F erforderlich sind. In Abhängigkeit von der Dicke der
Einzelbleche 1.1, 1.2, der Bauteilgeometrie und
dem Druck des eingebrachten Füllstoffs F kann zusätzlich,
zumindest abschnittsweise, auch eine plastische Verformung der Einzelbleche 1.1, 1.2 erfolgen.
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Bei
diesem Einbringen des Füllstoffs F zwischen die Einzelbleche 1.1, 1.2 wird
das Verbundbauteil 1 vorzugsweise in ein Aufnahmewerkzeug, welches
die Form des zu erzeugenden Bauteils 2 aufweist, eingelegt,
so dass bei jedem Herstellungsvorgang des Bauteils 2 eine
reproduzierbare Bauteilgeometrie erzeugbar ist. Falls eine genaue
Bauteilgeometrie nicht relevant ist, wird das Bauteil 2 alternativ
ohne die Verwendung des Aufnahmewerkzeugs erzeugt.
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Zu
einer definierten Verformung des Verbundbauteils 1 werden
die Schweißnähte S1, S2 zum Fügen der
Einzelbleche 1.1, 1.2 derart positioniert, dass
der Umformschritt nicht beeinträchtigt wird. Um die Verformung
und ein Fließen des Füllstoffs F zu beeinflussen,
können neben den dargestellten Schweißnähten
S1, S2 in nicht dargestellter Weise weitere Schweißnähte
gezielt eingebracht werden, welche eine Fließfront des
eingespritzten Füllstoffs F beeinflussen.
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Durch
Aushärten und/oder Trocknen des Füllstoffs F wird
anschließend das fertige Bauteil 2 gebildet.
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Das
Aushärten und/oder Trocknen des Füllstoffs F erfolgt
dabei insbesondere thermisch, z. B. durch Konvektion. Zusätzlich
ist es möglich, dass dem Füllstoff F thermische
Energie zugeführt wird, beispielsweise durch eine induktive
Erwärmung, indem insbesondere ein niederfrequentes Wechselstromfeld
an die Einzelbleche 1.1. 1.2 angelegt wird.
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Alternativ
wird der Füllstoff F zunächst nur im Bereich der
Einfüllöffnung E ausgehärtet und/oder getrocknet,
um ein Ausfließen des Füllstoffs F aus dem Verbundbauteil 1 zu
verhindern. Der restliche Füllstoff F wird dann vorzugsweise
in einem späteren Prozessschritt, beispielsweise bei der
Lackierung des Bauteils 2, ausgehärtet und/oder
getrocknet.
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Aufgrund
des dargestellten Aufbaus des Bauteils 2, bei welchem sich
der Füllstoff F lediglich in Bereichen zwischen den Schweißnähten
S1, S2 befindet, kann das Bauteil 2 zur Herstellung der
Fahrzeugkarosserie in den Randbereichen RB1, RB2 anhand von herkömmlichen
Schweißverfahren, beispielsweise durch Punktschweißung,
in einfacher Art und Weise mit weiteren Bauteilen verbunden werden, da
in diesen Randbereichen RB1, RB2 kein Füllstoff F zwischen
den Einzelblechen 1.1, 1.2 eingebracht ist, welcher
das Verschweißen verhindern oder zumindest beeinträchtigen
könnte.
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Diese
Einbindung des Bauteils 2 in die Fahrzeugkarosserie ist
anhand verschiedener Prozessausführungen möglich.
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In
einer ersten Ausführung wird zunächst das Verbundbauteil 1 hergestellt
und dreidimensional umgeformt. Anschließend wird der Füllstoff
F eingespritzt und nach der Aushärtung und/oder Trocknung desselben
wird das fertige Bauteil 2 in die Fahrzeugkarosserie, insbesondere
eine Rohbaukarosserie, eingefügt und vorzugsweise durch
Punktschweißung integriert.
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Alternativ
dazu werden die Herstellung des Verbundbauteils 1, die
dreidimensionale Umformung und das Einspritzen des Füllstoffs
F innerhalb der Rohbaukarosserie durchgeführt und der Füllstoff
F wird im Bereich der Einfüllöffnung E ausgehärtet und/oder
getrocknet, damit dieser nicht austreten kann. Anschließend
wird das Bauteil 2 vorzugsweise durch Punktschweißung
in die Rohbaukarosserie integriert und die Aushärtung und/oder
Trocknung des gesamten Füllstoffs F findet in einem weiteren
Arbeitsschritt, insbesondere bei einer Lackierung der Rohbaukarosserie,
z. B. einer kathodischen Tauchlackierung (= KTL), statt. Dabei wird
dem Füllstoff F thermische Energie beim Aushärten
der aufgebrachten Lackschicht in einem Härterofen (= KTL-Ofen) zugeführt,
so dass der Füllstoff F schnell aushärtet und/oder
trocknet.
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In
einer weiteren Ausführung wird zunächst das Verbundbauteil 1 hergestellt,
dreidimensional umgeformt und anschließend vorzugsweise
durch Punktschweißung in die Rohbaukarosserie integriert. Der
Füllstoff F wird darauf folgend im integrierten Zustand
innerhalb der Rohbaukarosserie eingespritzt, wobei dazu beispielsweise
ein mobiler Gegenhalter und/oder das Aufnahmewerkzeug verwendet
werden. Voraussetzung dafür ist eine ausreichende Zugänglichkeit
des Verbundbauteils 1 in der Rohbaukarosserie. Nach dem
Einspritzen des Füllstoffs F wird dieser im Bereich der
Einfüllöffnung E ausgehärtet und/oder
getrocknet, wobei die vollständige Aushärtung
und/oder Trocknung wiederum in einem darauf folgenden Arbeitschritt,
beispielsweise während der Lackierung, stattfindet.
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Alternativ
zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Bauteils 2 als
Federbeindom werden als Bauteil 2 unterschiedlichste Karosseriebauteile,
wie z. B. Bodenbleche, Stirnwände, Rückwände und/oder
vorzugsweise flache Bauteile mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens und dessen Weiterbildungen erzeugt, welche insbesondere
durch Verschweißung, z. B. Punktschweißen, im
Fahrzeugrohbau verbaut werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004043570
B4 [0003]
- - DE 1530540 A [0006]