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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen Zusammenbau gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8. Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen, insbesondere von Strukturbauteilen für eine Fahrzeugkarosserie und entsprechende Zusammenbauten sind bekannt. Gerade im Fahrzeugbau wird vermehrt eine Hybrid- oder Mischbauweise angewendet, welche es erlaubt, Bauteile aus verschiedenen Materialien miteinander zu verbinden, um deren Eigenschaften optimal zu nutzen. Beispielsweise ist es im Karosseriebau vorteilhaft, Stahl-Strukturbauteile – insbesondere mit tragender oder verstärkender Funktion – mit Aluminium-Bauteilen zu verbinden, welche das Gewicht des Fahrzeugs reduzieren und so dem Leichtbaugedanken Rechnung tragen. Dabei ist es nötig, Bauteile, die verschiedene Materialien umfassen, miteinander zu fügen. Hierzu kommt insbesondere eine Kombination eines mechanische Fügeverfahrens, insbesondere des Nietens und ganz besonders des Stanznietens, mit Kleben in Betracht.
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Insgesamt werden bei einem solchen Fügeverfahren ein erstes und ein zweites Bauteil ausgewählt, wobei an dem ersten und an dem zweiten Bauteil jeweils mindestens ein Fügeflansch vorgesehen ist. Die Bauteile werden im Bereich der Fügeflansche miteinander in Kontakt gebracht, wobei ein Klebstoff, vorzugsweise ein warmhärtender Klebstoff, zwischen den Fügeflanschen angeordnet ist. Es werden Fixierungspunkte an den Fügeflanschen bestimmt, an welchen die Bauteile aneinander fixiert werden sollen. An diesen vorherbestimmten Fixierungspunkten werden die Bauteile, vorzugsweise durch mechanisches Fügen, beispielsweise Stanznieten, relativ zueinander fixiert, wobei typischerweise der Klebstoff bereits zwischen den Fügeflanschen angeordnet ist, wenn die Stanznieten an den vorherbestimmten Fixierungspunkten positioniert werden.
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Problematisch ist, dass bereits während der Fixierung, zum Beispiel durch Vollstanznieten, eine Verprägung wenigstens eines der beiden Bauteile erfolgt, sodass dieses verformt wird und sich zwischen den einzelnen Fügepunkten sogenannte Taschen ausbilden, an denen ein Abstand zwischen den beiden Bauteilen – in einer Richtung senkrecht zu den aneinander anliegenden Fügeflanschflächen gesehen – vergrößert ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Nieten einzeln nacheinander gefügt werden, wobei eine Einspannung der Bauteile nur punktuell erfolgt. Diese Verformung beziehungsweise Taschenbildung führt zu einer Vorschädigung des noch nicht ausgehärteten Klebstoffs, was einen entscheidenden Einfluss auf eine durchgehende Anbindung des Klebstoffs innerhalb des Flanschs sowie eine nachfolgende Beanspruchung der Bauteile sowie deren Verformung bei Temperaturbelastung durch das Aushärten des Klebstoffs hat.
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Nach dem Fixieren der Bauteile wird der Klebstoff typischerweise in einem Ofen ausgehärtet. Da das erste Bauteil einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist, der von einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten Bauteils verschieden ist, treten hierbei thermisch induzierte Verformungen auf. Insbesondere verformt sich das Material mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen den einzelnen Fixierungspunkten von dem Material mit dem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten weg. Da es aufgrund seiner Wärmeausdehnung unter Druckspannung steht, wölbt es sich zwischen den Fixierungspunkten quasi nach außen. Das Material mit dem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten steht entsprechend unter Zugspannung, was letztlich auch dazu führt, dass es insgesamt zu einer globalen Verformung des Zusammenbaus kommt, indem sich der gesamte Fügeflanschbereich wölbt. Es wird also nicht nur der – aufgrund der Vorschädigung beim Fixieren ohnehin schon vorhandene – Bereich zwischen den Fixierungspunkten durch ausgeprägte Taschenbildung beschädigt, sondern der gesamte Fügeflanschbereich verformt sich. Diese Verformung wird dadurch begünstigt, dass vorher beim Fixieren der Bauteile eine mechanische Verformung aufgetreten ist. Diese resultiert aus den unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der Bauteile. Weist beispielsweise ein Bauteil einen niedrigeren Elastizitätsmodul auf als das andere, so führen die Fügekräfte beim Fixieren zum Fließen dieses Bauteils vom Fügepunkt weg, was eine erste Verformung verursacht. Diese gibt die Vorzugsrichtung für die weitere oben beschriebene Verformung vor.
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Insbesondere die Taschenbildung führt zu einer Schädigung des Klebstoffs, was niedrige Festigkeiten der geklebten Bereiche zur Folge hat. Durch die Taschenbildung entstehen Spalte, wodurch der Zusammenbau korrosionsgefährdet ist. Die Maßhaltigkeit des Zusammenbaus ist beeinträchtigt, was zu Problemen in der Montage von Abdeckungen und Kantenschutzelementen führt. Nicht zuletzt entsteht durch die Taschen und die Verformung eine optische Beeinträchtigung, die zu einer reduzierten Bauteilqualität und minderwertigen Fahrzeuganmutung führt.
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Aus dem Artikel „Entwicklung der kombinierten Fügetechniken für Hybridbauweisen am Beispiel Stanznieten-Kleben” von Ortwin Hahn und Torsten Draht, Fügen, 11/2003, gehen im Wesentlichen zwei Ansätze hervor, um eine Verformung zweier verschiedener, durch Stanznieten und Kleben miteinander zu fügender Bauteile zu vermeiden. Ein erster Ansatz sieht vor, mindestens eines der Bauteile im Bereich des Fügeflanschs abzukanten, das heißt einen äußeren Bereich der Fügeflanschfläche des einen Bauteils von einer an dieser anliegenden Fügeflanschfläche des anderen Bauteils weg abzuwinkeln. Dies führt zu einer Versteifung des Bauteils, an dem die Abkantung vorgesehen ist. Dabei lässt sich allerdings ein Kompromiss aus möglichst geringer Taschenbildung und gleichzeitig möglichst geringer Gesamtverformung nur schwer erzielen. Das Abkanten ist weiterhin nachteilig, weil es stark von der Kantenhöhe abhängig ist und zu Problemen bei einer Montage von äußeren Abdichtungen und Abdeckungen führt. Ein zweiter Ansatz sieht vor, die aneinander anliegenden Fügeflansche insgesamt zu wölben. Dies ist jedoch keine generell anwendbare Lösung, sondern nur dort praktikabel, wo ohnehin gewölbte Flanschgeometrien gewünscht sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei verschiedenen Bauteilen zu schaffen, das allgemein in der Lage ist, einer Verformung im Bereich der Fügeflansche durch das Fixieren und/oder durch eine nachgelagerte Wärmebehandlung entgegenzuwirken, ohne dass sich dabei Nachteile in Hinblick auf eine Weiterverarbeitung der miteinander gefügten Bauteile ergeben. Das Verfahren soll außerdem allgemein und nicht nur in speziellen Bereichen anwendbar sein. Aufgabe der Erfindung ist es auch, einen Zusammenbau von Bauteilen mit unterschiedlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu schaffen, welcher die genannten Nachteile nicht aufweist beziehungsweise die genannten Vorteile verwirklicht.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird.
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Dadurch, dass im Bereich mindestens eines vorherbestimmten Fixierungspunktes lokal eine Ausprägung vorgesehen wird, sodass der mindestens eine Fixierungspunkt – in einer Richtung senkrecht zu einer Fügeflanschfläche gesehen – über einen der Ausprägung benachbarten Bereich der Fügeflanschfläche übersteht, werden beim Fixieren und/oder bei thermischer Belastung auftretende Verformungskräfte in eine gewünschte Richtung gelenkt, in welcher sie einer Verformung der Bauteile gerade entgegenwirken. Es wird also nicht – wie in den bisher verfolgten Ansätzen – versucht, zum Beispiel durch Steifigkeitserhöhung der Flansche oder Entkoppeln der Fügestellen voneinander durch Ausschnitte oder ähnliche Maßnahmen eine Verformung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, sondern die gezielte geometrische Flanschgestaltung durch die Ausprägung lenkt die thermische Verformung oder die durch die Fixierkräfte wirkenden Verformungskräfte in eine gewünschte Richtung, sodass letztlich keine Taschenbildung auftritt und die globale Bauteilverformung minimiert werden kann.
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Vorzugsweise wird das Verfahren angewandt, um Strukturbauteile für eine Fahrzeugkarosserie miteinander zu fügen. Im Sinne einer Hybrid- oder Mischbauweise weisen diese verschiedene Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, z. B. unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten oder Elastizitätsmodulen auf.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass im Bereich von mindestens zwei vorherbestimmten Fixierungspunkten jeweils lokal eine Ausprägung vorgesehen wird. Hierdurch ist es möglich, die Verformungskräfte zwischen den beiden Fixierungspunkten so zu lenken, dass sie letztlich einer Verformung des Zusammenbaus der beiden Bauteile entgegenwirken.
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Besonders bevorzugt wird ein Verfahren, dass sich dadurch auszeichnet, dass im Bereich von allen vorherbestimmten Fixierungspunkten jeweils lokal eine entsprechende Ausprägung vorgesehen wird. Somit wird einer Verformung über den gesamten Bereich der aneinander anliegenden Fügeflansche wirksam entgegengewirkt.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Ausprägung so eingebracht wird, dass sie sich in Richtung des Bauteils mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizient erstreckt. Ist demnach dieses Bauteil über dem Bauteil mit dem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizient angeordnet, wird bevorzugt eine Ausprägung nach oben, also zum dem Bauteil mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizient hin bewirkt. Umgekehrt wird eine Ausdehnung nach unten bewirkt, wenn das Bauteil mit dem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizient über dem Bauteil mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizient angeordnet ist. Auf diese Weise entsteht im Bereich der Ausprägung ein Hebelarm beziehungsweise ein Biegemoment, welches das Material mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizient, das unter Druckspannung steht, gegen das unter Zugspannung stehende Material mit dem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizient drängt. Hierdurch ergibt sich gerade keine Taschenbildung, sondern die Bauteile neigen eher dazu, sich enger aneinander zu legen.
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Entsprechend bewirken auch bereits die Kräfte beim Fixieren einen Hebelarm beziehungsweise ein Biegemoment, welches die Flansche der Bauteile zwischen den Fixierungspunkten näher aneinander drängt.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Bauteile an den vorherbestimmten Fixierungspunkten durch Nieten aneinander befestigt werden. Besonders bevorzugt werden die Bauteile durch Stanznieten aneinander befestigt. Das Nieten oder Stanznieten erfolgt vorzugsweise durch den noch nicht ausgehärteten Klebstoff hindurch, der bereits zwischen den Fügeflanschen angeordnet ist. Erst nach dem Fixieren wird der Klebstoff ausgehärtet.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Klebstoff warmgehärtet wird. Dabei wird er vorzugsweise in einem Ofen, ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 180°C ausgehärtet.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Ausprägung vor dem Fixieren an den vorherbestimmten Fixierungspunkten eingebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur eine Verformung und/oder Taschenbildung aufgrund thermischer Belastung beim Aushärten des Klebstoffs vermieden werden kann, sondern dass durch die gezielte geometrische Flanschgestaltung bereits die Fixierkräfte keine Taschenbildung bewirken, sondern vielmehr die beiden miteinander gefügten Bauteile näher aneinander drängen.
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Vorzugsweise wird als Material für das erste Bauteil Aluminium gewählt, wobei als Material für das zweite Bauteil Stahl gewählt wird. Dabei weist Aluminium einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der deutlich höher ist als derjenige von Stahl, insbesondere fast doppelt so hoch. Daher kommt es bei Temperaturbelastung zu deutlicher Verformung und Taschenbildung, wobei sich insbesondere das Aluminiumbauteil im Bereich des Fügeflansches zwischen den Fixierungspunkten von dem Stahlbauteil weg verlagert, sodass es hier zu einer ausgeprägten Taschenbildung mit den bereits genannten Nachteilen kommt. Diese Taschenbildung wird, wie oben beschrieben, begünstigt durch eine Verformung der Bauteile beim Fixieren, die sich durch die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der Bauteile ergibt. Das Verfahren ist daher bei dieser Bauteilkombination besonders vorteilhaft ausführbar. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es jedoch möglich, andere Materialien für das erste und das zweite Bauteil zu wählen, beispielsweise Stahl oder Aluminium für das erste Bauteil sowie einen faserverstärkten Kunststoff für das zweite Bauteil oder umgekehrt.
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Bevorzugt werden Bauteile gewählt, die im Wesentlichen flach beziehungsweise blechförmig sind, ganz besonders bevorzugt werden Bleche gewählt.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Zusammenbau mit den Merkmalen des Anspruchs 8 geschaffen wird. Dieser umfasst ein erstes und ein zweites Bauteil, wobei das erste Bauteil einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist, und wobei das zweite Bauteil einen zweiten, von dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist. Weiterhin unterscheiden sich auch deren mechanische Eigenschaften, also beispielsweise der Elastizitätsmodul. Bei den Bauteilen handelt es sich bevorzugt um Strukturteile für eine Fahrzeugkarosserie, sodass es sich bei dem Zusammenbau ebenfalls um ein Rohbaustrukturteil einer Fahrzeugkarosserie handelt. Das erste und das zweite Bauteil weisen jeweils mindestens einen Fügeflansch auf, in deren Bereich die Bauteile miteinander in Kontakt sind. Zwischen den Fügeflanschen ist ein Klebstoff vorgesehen, und die Bauteile sind an vorherbestimmten Fixierungspunkten an den Fügeflanschen relativ zueinander fixiert. Der Zusammenbau zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich mindestens eines vorherbestimmten Fixierungspunkts lokal eine Ausprägung vorgesehen ist, sodass der mindestens eine Fixierungspunkt – in einer Richtung senkrecht zu einer Fügeflanschfläche gesehen – über einen der Ausprägung benachbarten Bereich der Fügeflanschfläche übersteht. Wie bereits ausgeführt, hat die Ausprägung zur Folge, dass bei der Fixierung wirkende Kräfte und/oder Kräfte aufgrund einer thermischen Belastung insbesondere beim Aushärten des Klebers ein Biege- oder Hebelmoment in die Bauteile einleiten, welches dazu führt, dass die Bauteile gegeneinander gedrängt werden. Der Zusammenbau weist daher weder eine globale Verformung im Bereich der Fügeflansche noch Taschen zwischen den einzelnen Fixierungspunkten auf, sodass letztlich eine stabile und maßhaltige Klebeverbindung resultiert. Korrosion sowie optische Beeinträchtigungen werden wirksam vermieden.
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Es wird ein Zusammenbau bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass im Bereich von mindestens zwei, vorzugsweise im Bereich von allen vorherbestimmten Fixierungspunkten lokal jeweils eine Ausprägung vorgesehen ist. Hierdurch werden sehr effizient über den gesamten Bereich, in dem die Bauteile miteinander gefügt sind, eine globale Verformung sowie eine lokale Taschenbildung vermieden.
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Schließlich wird ein Zusammenbau bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass die Ausprägung sich in Richtung des Bauteils mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten erstreckt. Wie bereits ausgeführt, legt sich auf diese Weise bei einer thermischen Belastung das unter Druckspannung stehende Bauteil mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizient eng an das unter Zugspannung stehende Bauteil mit dem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizient. Hierdurch werden die Verformungskräfte so gelenkt, dass eine lokale Taschenbildung und auch eine globale Verformung ausgeschlossen ist/sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Erfindung während eines Fixierprozesses;
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2 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Erfindung während einer thermischen Belastung;
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3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zusammenbaus, und
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4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Zusammenbaus.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Erfindung bei mechanischer Verformung durch den Fixierprozess. Ein schematisch angedeuteter Zusammenbau 1 umfasst ein erstes Bauteil 3, welches bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Aluminiumblech ausgebildet ist, und ein zweites Bauteil 5, welches bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Stahlblech ausgebildet ist. In 1 dargestellt ist der Bereich zweier Fügeflansche 7, 9, mit denen die Bauteile 3, 5 in Kontakt sind. Zwischen den Fügeflanschen 7, 9 ist ein Klebstoff 11 angeordnet, der in dem in 1 dargestellten Zustand noch nicht ausgehärtet ist. Es sind Fixierungspunkte 13, 13' vorgesehen, an welchen die Bauteile 3, 5 relativ zueinander durch Einbringen von Nieten 15, 15' fixiert werden.
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Im Bereich der Fixierungspunkte 13, 13' ist jeweils eine Ausprägung 17, 17' vorgesehen, die bevorzugt vor dem Einbringen der Nieten 15, 15' in die beiden übereinander angeordneten Fügeflansche 7, 9 eingebracht wird. Bevorzugt ist der Klebstoff 11 bereits zwischen den Fügeflanschen 7, 9 angeordnet, wenn die Ausprägungen 17, 17' eingebracht werden.
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Alternativ können zunächst die Ausprägungen 17, 17' in das entsprechende Bauteil 3, 5 eingebracht werden, dann einer der Fügeflansche 7, 9 eines der Bauteile 3, 5 mit Klebstoff versehen werden, anschließend die Fügeflansche 7, 9 der Bauteile 3, 5 aufeinander/übereinander gelegt und dann fixiert werden und schließlich der Klebstoff entsprechend seiner Reaktionschemie im Ofen, durch Lagern an der Luft oder induktiv etc. ausgehärtet werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass die Ausprägungen 17, 17 in die Fügeflansche 7, 9 eingebracht werden, bevor der Klebstoff zwischen ihnen angeordnet wird. Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die Ausprägungen 17, 17' getrennt voneinander in den Fügeflansch 7 des ersten Bauteils 3 und – insoweit separat – in den Fügeflansch 9 des zweiten Bauteils 5 eingebracht werden. Hierbei muss allerdings darauf geachtet werden, dass die Ausprägungen 17, 17' an entsprechend abgestimmten Positionen vorgesehen werden, sodass die Fügeflansche 7, 9 beim Fügen der Bauteile 3, 5 mit den Ausprägungen 17, 17' aneinanderliegen.
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Werden die Bauteile 3, 5 im Bereich des Fixierungspunktes 13' eingespannt, und wird Niet 15' gesetzt, wirken von dem Fixierungspunkt 13' ausgehende, durch zwei Pfeile P/1, P/2 dargestellte Querkräfte in mindestens einer Ebene der Fügeflansche 7, 9, die parallel zu einer Fügeflanschfläche 19 orientiert ist.
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Im Bereich der Ausprägungen 17, 17' steht der jeweilige Fixierungspunkt 13, 13' – in einer Richtung senkrecht zu der Fügeflanschfläche 19 gesehen – über einen der Ausprägung 17, 17' benachbarten Bereich derselben über. Die Ausprägungen 17, 17' bilden also Erhebungen in der Fügeflanschfläche 19.
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Die durch die Pfeile P/1, P/2 dargestellten Querkräfte bewirken aufgrund der vorspringenden Flanschgeometrie im Bereich der Ausprägungen 17, 17' einen Hebelarm beziehungsweise ein Biegemoment, welches in 1 das erste Bauteil 3 in einem Mittelbereich 21 zwischen den beiden Fixierungspunkten 13, 13' gegen das zweite Bauteil 5 drängt, was in 1 durch eine strichlierte Kontur K des Bauteils 3 angedeutet ist.
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Während also die entsprechenden Querkräfte ohne die Ausprägungen 17, 17' bewirken würden, dass sich das erste Bauteil 3 von dem zweiten Bauteil 5 weg wölbt, sodass eine Tasche zwischen den Fixierungspunkten 13, 13' entsteht, führen die Ausprägungen 17, 17' insbesondere im Bereich ihrer Kanten dazu, dass durch die Querkräfte ein Biegemoment entsteht, welches die Verformung in eine Richtung lenkt, die zu einer Annährung der Bauteile 3, 5 führt. Eine Taschenbildung zwischen den Fixierungspunkten 13, 13' wird so wirksam vermieden.
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2 zeigt eine Darstellung des Prinzips der Erfindung bei einer thermischen Belastung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das erste Bauteil 3 einen Wärmeausdehnungskoeffizient auf, der größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Bauteils 5. Bei thermischer Belastung, beispielsweise in einem Aushärtungsofen bei 180°C, dehnt sich daher das erste Bauteil 3 stärker aus als das zweite Bauteil 5. Es steht daher zwischen den Fixierungspunkten 13, 13' unter Druckspannung, was hier durch die Pfeile P/1, P/2 symbolisiert wird. Entsprechend steht das zweite Bauteil 5 unter Zugspannung.
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Bei einem Zusammenbau, welcher die Ausprägungen 17, 17' nicht aufweist, führt die Kombination aus Druckspannung in dem ersten Bauteil 3 und Zugspannung in dem zweiten Bauteil 5 dazu, dass sich das erste Bauteil 3 zwischen den Fixierungspunkten 13, 13' von dem zweiten Bauteil 5 weg wölbt. Es entsteht demnach eine Tasche, in deren Bereich die Klebeverbindung zwischen den Bauteilen 3, 5 geschädigt ist, und in deren Bereich Korrosionsgefahr besteht. Zudem bewirkt die Kombination von Druck- und Zugspannungen eine globale Wölbung der Fügeflansche 7, 9, wobei sich auf der Seite des ersten Bauteils 3 eine konvexe Wölbung ergibt.
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Durch die Ausprägungen 17, 17' und insbesondere durch deren Kanten entsteht nun durch die Verformungskräfte, die hier durch die Pfeile P/1, P/2 dargestellt sind, ein Hebelarm beziehungsweise Biegemoment, welches quasi zu einem Verschwenken der Bauteile 3, 5 um die Fixierungspunkte 13, 13' in Richtung der hier angedeuteten Pfeile P/3, P/4 führt. In dem Bereich 21 wölben sich hierdurch beide Bauteile 3, 5 leicht – in 2 – nach unten, wobei sich das erste Bauteil 3 aufgrund seiner größeren Wärmeausdehnung eng an das zweite Bauteil 5 schmiegt. Dies ist hier durch strichlierte Konturen K, K' dargestellt. Hierdurch wird nicht nur eine Taschenbildung effizient vermieden, sondern die entstehende Wölbung zu der Seite des zweiten Bauteils 5 hin wirkt der ohne die Ausprägungen 17, 17' tendenziell ausgebildeten Wölbung in entgegengesetzter Richtung entgegen. Insgesamt kompensieren sich die Effekte vorzugsweise, sodass letztlich kaum eine Wölbung der Bauteile 3, 5 wahrnehmbar ist, wobei zugleich ein mit Klebstoff 11 gefüllter Spalt zwischen den Bauteilen 3, 5 geschlossen bleibt oder sich tendenziell stärker schließt.
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Insbesondere entsteht durch den Hebelarm beziehungsweise das Biegemoment ein Druck auf den Klebstoff in dem Bereich 21, was letztlich eine höhere Festigkeit der Klebeverbindung zur Folge hat, weil Zusammenbauten, bei denen der Klebstoff unter Druck ausgehärtet wurde, in der Regel höhere Festigkeiten aufweisen als solche, bei welchen der Klebstoff drucklos ausgehärtet wurde.
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Wenn bereits gemäß 1 durch die Ausprägungen 17, 17' eine Taschenbildung und/oder Verformung während des Fixierens der Bauteile 3, 5 relativ zueinander vermieden wurde, wirkt sich dies besonders positiv auch bei der thermischen Belastung gemäß 2 aus. Insbesondere wirken beide Effekte in die gleiche Richtung, sodass sie sich verstärken.
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Der Hebelarm und der mit diesem verbundene, gewünschte Biegeverlauf der Bauteile 3, 5 kann durch geeignete Wahl der Fixierungspunkte 13, 13' beeinflusst beziehungsweise eingestellt werden. Hierdurch ist es insbesondere auch möglich, das Verfahren auf verschiedene Materialpaarungen abzustimmen.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zusammenbaus 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Ein erstes Blechbauteil 3 besteht hier aus einem Aluminiumblech, während ein zweites Blechbauteil 5 aus Stahlblech besteht. Beide Bauteile weisen jeweils zwei Fügeflansche 7, 7', 9, 9' auf, an welchen sie in Kontakt miteinander sind.
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Im Bereich der Fügeflansche 7, 7', 9, 9' werden die Bauteile 3, 5 miteinander gefügt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen den Bauteilen 3, 5 ein drittes Bauteil, nämlich ein Blech 23 angeordnet, welches Stahl oder Aluminium umfassen kann. Dies kann beispielsweise ein pressgehärteter Stahl vom Typ 22MnB5 mit einer AlSi-Korrosionsschutzbeschichtung sein. Das Verfahren ist aber generell anwendbar, sobald die miteinander zu verbindenden Bauteile deutlich voneinander abweichende mechanische oder thermische Eigenschaften haben. Es ist möglich, dass das Blech 23 entlang einer gesamten Längserstreckung der Fügeflansche 7, 7', 9, 9' zwischen diesen angeordnet ist. In diesem Fall wird vorzugsweise Klebstoff lediglich zwischen den Fügeflanschen 7, 7' des ersten Bauteils 3 und einer an diesen anliegenden Fläche des Blechs 23 angeordnet. Die Fügeflansche 9, 9' des zweiten Bauteils 5 werden dagegen vorzugsweise durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen mit dem Blech 23 gefügt. In den Fällen, in denen das erste Bauteil 3 mit dem Blech 23 durch mechanisches Fügen und Kleben gefügt ist, ist das Blech 23 als zweites Bauteil im Sinne des Verfahrens beziehungsweise des Zusammenbaus 1 anzusehen.
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Alternativ ist es möglich, dass das Blech 23 nur in zwischen vorherbestimmten Fixierungspunkten angeordneten Bereichen zwischen den Fügeflanschen 7, 9 und 7', 9' angeordnet ist. In den Bereichen der Fixierungspunkte sind dagegen die Fügeflansche 7, 9 und 7', 9' direkt aneinander angeordnet. Klebstoff wird vorzugsweise nur in den Bereichen der Fügeflansche 9, 9' vorgesehen, die an den Fügeflanschen 7, 7' des ersten Bauteils 3 anliegen. In den übrigen Bereichen wird vorzugsweise das Blech 23 mit dem zweiten Bauteil 5 durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen gefügt. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das Blech 23 und das zweite Bauteil 5 das gleiche Material, insbesondere Stahl, umfassen.
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Zum Fixieren werden bevorzugt auch lediglich das erste Bauteil 3 und das unmittelbar an diesem anliegende Bauteil, also entweder das zweite Bauteil 5 oder das Blech 23 im Bereich von Fixierungspunkten fixiert. Ein Fixierungsmittel, beispielsweise ein Niet, erstreckt sich also lediglich durch zwei Lagen der Bauteile 3, 5, 23.
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Dies ist in 4 dargestellt, welche schematisch ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Zusammenbaus 1 zeigt, das allerdings auch als Detail des in 3 dargestellten Zusammenbaus 1 ausgebildet sein kann.
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Das Blech 23 weist vorzugsweise dasselbe Material auf, wie das zweite Bauteil 5. Diese sind bevorzugt durch Laserschweißen im Bereich einer Schweißnaht 25 miteinander verbunden.
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Zwischen dem Fügeflansch 7, des ersten Bauteils 3 und einem Fügeflansch 27 des Blechs 23 ist der Klebstoff 11 angeordnet. Die beiden Flansche 7, 27 sind im Bereich des Fixierungspunktes 13 mittels eines Niets 15 relativ zueinander fixiert.
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Das erste Bauteil 3 weist ein Material auf, welches von dem Material des zweiten Bauteils 5 und des Blechs 23 verschieden ist. Hieraus wird deutlich, dass das Verfahren zum Fügen beziehungsweise der Zusammenbau 1 stets in dem Bereich realisiert werden, in welchem Bauteile verschiedener Materialien mit unterschiedlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften, wie Wärmeausdehnungskoeffizient oder E-Modul, aufeinandertreffen. Bauteile mit identischen Materialien, wie das zweite Bauteil 5 und das Blech 23 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden dagegen anderweitig, beispielsweise durch Laserschweißen, miteinander verbunden.
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Mithilfe des Verfahrens ist es nicht nur möglich, eine Verformung sowohl bei dem Fixierprozess als auch bei der anschließenden thermischen Belastung vorzubeugen, sondern es ist durch die weniger verformungsanfällige Ausbildung des Zusammenbaus 1 möglich, den Abstand der Fixierungspunkte 13, 13' zu variieren, insbesondere zu vergrößern. Hierdurch können erhebliche Kosten eingespart werden, die sonst mit der Mischbauweise verbunden sind.
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Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens möglich ist, thermische und mechanische Verformungen in Flanschbereichen von Zusammenbauten in Mischbauweise zu beherrschen. Damit ist ein schadenfreies Fügen beispielsweise von Aluminium- und Stahlbauteilen zum Beispiel durch Vollstanznieten in Kombination mit Kleben möglich. Das Verfahren ermöglicht so neue Leichtbaukonzepte mit erheblichem Gewichtseinsparungspotenzial. Das Klebstofftragverhalten wird verbessert und eine Korrosionsgefahr wird durch die Vermeidung einer Taschenbildung reduziert. Auch ein Montageaufwand von Abdeckungen und/oder Dichtungen im Bereich der Fügeflansche wird erheblich reduziert, weil hier keine Verformungen und Abweichungen von der Maßhaltigkeit mehr zu befürchten sind. Dadurch, dass Fügeabstände beziehungsweise Abstände von Fixierungspunkten reduziert werden können, sind drastische Kostensenkungen in der Mischbauweise möglich. Schließlich sind das Verfahren und der Zusammenbau nicht auf die Werkstoffkombination Stahl oder Aluminium beschränkt, sondern generell auf Werkstoffkombinationen in Mischbauweise anwendbar, beispielsweise auf eine Kombination von Metallen mit faserverstärkten Kunststoffen, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium mit faserverstärktem Kunststoff.
