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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bauteilfixierung für eine Falzverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Bauteil mit einer Falzverbindung nach dem Patentanspruch 8.
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Es ist bekannt, Blechteile durch elektromagnetische Umformung miteinander zu verbinden. Eine solche elektromagnetische Umformung wird auch als Magnetumformung bezeichnet und ist ein elektrodynamisches Umformungsverfahren, bei dem Bleche aus elektrisch leitfähigem Material unter Einsatz eines gepulsten Magnetfeldes durch Kaltumformung miteinander verschweißt werden. Die miteinander zu verschweißenden Blechteile werden dabei in der Nähe einer Magnetspule positioniert und durch die Krafteinwirkung des gepulsten Magnetfeldes mit sehr hoher Intensität miteinander verbunden. Zur Erzeugung eines geeigneten Magnetfeldimpulses wird die Magnetspule mit einem Stromimpuls von einigen 100 kA beaufschlagt. Zur Erzeugung eines derart hohen Stromimpulses können zuvor Kondensatoren über einen Zeitraum von einigen Sekunden aufgeladen werden, um dann innerhalb eines kurzen Impulszeitraums die Magnetspule mit einem Erregerstromimpuls von mehr als 100 kA zu beaufschlagen. Der kurze Magnetfeldimpuls bewirkt, dass ein an der Magnetspule befindliches Blechteil mit hoher Geschwindigkeit gegen das andere Blechteil, mit dem es durch Kaltumformung verbunden werden soll, bewegt wird. Dabei trifft das eine Blechteil mit derart hoher Geschwindigkeit, beispielsweise 300 m/s, auf das andere Blechteil auf, dass lokale Vermischungsvorgänge an den Materialoberflächen auftreten, wodurch die Blechteile miteinander verschweißen.
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Aus der
EP 1 935 551 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels elektromagnetischer Umformung Blechteile miteinander kaltverschweißt werden. Die Schweißverbindung wird im Randbereich zweier aneinander anliegender Blechteile vorgenommen, wobei eines der Blechteile im äußersten Randbereich gegenüber dem anderen Blechteil in spitzem Winkel absteht. Die elektromagnetische Umformung erfolgt an dem im spitzen Winkel abstehenden Bereich.
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Auch aus der
US 6 927 370 B2 ist ein Verfahren zur Verbindung zweier Blechteile im Bereich eines Verbindungsfalzes bekannt, bei dem das umgebogene Ende eines im Querschnitt u-förmigen Einsteckfalzes mit einem in den Falz eingesteckten Blechteil mittels elektromagnetischer Umformung verschweißt wird. Beim Umformungsvorgang wird der freie Rand des Einsteckfalzes gegen das eingesteckte Blechteil gedrückt, wodurch von außen sichtbare Druckstellen am Einsteckfalz entstehen. Zwischen den punktuellen Schweißstellen verbleibt ein Spalt zwischen dem Einsteckfalz und dem eingesteckten Blechteil, weshalb dort Feuchtigkeit in den Falzbereich eindringen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bauteilfixierung zwischen zwei Blechteilen anzugeben, mit dem eine Verbindung zwischen den beiden Blechteilen hergestellt werden kann, die eine hohe Verbindungsqualität hat und ein möglichst homogenes Erscheinungsbild aufweist.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale erhalten. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 offenbart.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 vorgesehen, dass vor dem Zusammenfügen der beiden Blechteile am Rand des ersten Blechteils wenigstens ein abgebogener Randabschnitt ausgebildet wird, der nach dem Zusammenfügen der beiden Blechteile gegenüber dem angrenzenden Randbereich des zweiten Blechteils in spitzem Winkel von diesem Absteht, dass der abgebogene Randabschnitt dann mittels elektromagnetischer Umformung mit dem Randbereich des zweiten Blechteils verschweißt wird, dass dann ein Kleber im Eckbereich zwischen dem Rand des ersten Blechteils und dem überstehenden Teil des zweiten Blechteils als Klebestrang aufgebracht wird, und dass dann der überstehende Teil des zweiten Blechteils um den Rand des ersten Blechteils zur Ausbildung eines im Querschnitt u-förmigen Falzes gebogen wird.
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Mit diesem Verfahren wird eine verdeckte Anordnung der Schweißverbindung, zum Beispiel zwischen einem Innenteil und einem Außenteil erreicht, die vollständig von dem im Querschnitt u-förmigen Steckfalz überdeckt wird. Außerdem wird durch die Einbringung eines Klebestrangs, der auch als Kleberaupe bezeichnet werden kann, erreicht, dass der überstehende Teil des zweiten Blechteils nach dem Umbiegen mit dem ersten Blechteil dicht verklebt wird, wodurch nicht nur die Festigkeit der Verbindung verbessert wird, sondern insbesondere auch verhindert wird, dass Feuchtigkeit in diesem Bereich in den Falz eindringen kann.
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Bevorzugt ist der Falz so bemessen, dass er den abgebogenen Randabschnitt, der als Schweißlasche oder durch Umformung ausgebildet sein kann, vollständig übergreift. Dadurch sind auch die seitlichen Einschnitte, die die Schweißlasche begrenzen, im Falz verdeckt und dadurch mittels des eingebrachten Klebestrangs versiegelt.
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Besonders vorteilhaft ist es, vor der elektromagnetischen Umformung die sich berührenden Randbereiche beider Blechteile mit Kleber zu versehen. Die einander zugewandten Flächen der Schweißlasche und der dieser gegenüberliegenden Randfläche des zweiten Blechteils werden dabei von Kleber freigehalten, da in diesem Bereich die Schweißverbindung der elektromagnetischen Umformung hergestellt wird. Durch die Verklebung der sich berührenden Randbereiche und durch den in den Falz eingebrachten Klebestrang wird der Bereich des abgebogenen Randabschnitts bzw. der Schweißlasche und damit der Bereich der Schweißverbindung vollständig von Klebemittel umschlossen, so dass sichergestellt ist, dass in den Bereich der Schweißverbindung keine Feuchtigkeit eindringen kann.
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Im Randbereich der beiden sich berührenden Blechteile sind vorzugsweise mehrere im Randbereich verteilt angeordnete abgebogene Randabschnitte vorgesehen. Jedoch besteht auch die Möglichkeit, dass der gesamte Randbereich des ersten Blechteils als ein in spitzem Winkel abstehender ein abgebogener Randabschnitt ausgebildet ist, der durch elektromagnetische Umformung mit dem zweiten Blechteil verschweißt wird. Bei der Durchführung der elektromagnetischen Umformung können die beiden Blechteile so in einem Werkzeug gehalten werden, dass ein abgebogener Randabschnitt von wenigstens einer im Werkzeug angeordneten Magnetspule mit dem zur Umformung dienenden Magnetfeld beaufschlagbar ist. Dadurch lassen sich sämtliche Schweißpunkte zeitgleich erstellen.
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Die elektromagnetische Umformung zur Verbindung von Blechteilen aus Aluminium erfolgt mit einem Erregerstrom von über 100 kA, vorzugsweise über 200 kA. Je nach Blechstärke können auch höhere Erregerströme zur impulsförmigen Magnetisierung der Magnetspule verwendet werden.
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Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Bauteil aus zwei Blechteilen herzustellen, bei dem die Verbindung der beiden Blechteile hohen Qualitätsanforderungen gerecht wird.
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Die Lösung dieser weiteren Aufgabe erhält man mit den im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmalen. Beide Blechteile sind im Randbereich mittels elektromagnetischer Umformung miteinander verbunden, wobei die dadurch gebildete Schweißverbindung verdeckt in einem u-förmig gebogenen Falz angeordnet ist. Außerdem ist die Schweißverbindung dicht von Klebemittel umschlossen, wodurch eine Versiegelung der Schweißverbindung gegenüber äußeren Einflüssen erreicht wird. Insbesondere ist die Schweißverbindung gegen eindringende Feuchtigkeit geschützt. Durch die verdeckte Anordnung der Schweißverbindung wird außerdem erreicht, dass keinerlei Druckstellen, die bei der elektromagnetischen Umformung entstehen, von außen an dem Bauteil sichtbar sind. Schließlich ergeben die Klebeverbindungen zwischen beiden Blechteilen eine Verbindung, die eine besonders hohe Verbindungsqualität besitzt.
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Zudem ist die Formauflage, auf der zum Beispiel die Fahrzeug-Außenhaut aufliegt, so auszubilden, dass die hochwertige und lackierfähige Oberfläche der Außenhaut erhalten bleibt.
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Vorzugsweise sind die im u-förmigen Falz vorhandenen Zwischenräume zwischen den beiden Blechteilen vollständig mit Klebemittel ausgefüllt, wodurch eine entsprechende vollständige Versiegelung des Falzinnenraums und damit eine vollständige Versiegelung der dort einliegenden Schweißverbindungen erreicht wird.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn sämtliche Berührungsflächen, an denen sich die beiden Blechteile im Randbereich flächig berühren, mittels eines Klebemittels miteinander verklebt und gegen von außen einwirkende Feuchtigkeit abgedichtet sind. Dadurch wird aber nicht nur eine Verbesserung des Schutzes gegen eindringende Feuchtigkeit erreicht, sondern auch eine Verbesserung der Stabilität der Verbindung zwischen den beiden Blechteilen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 den im Schnitt dargestellten Randbereich zweier durch elektromagnetische Umformung miteinander zu verbindenden Blechteile,
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2 eine Schnittansicht des Randbereichs der Blechteile von 1, jedoch nachdem die elektromagnetische Umformung durchgeführt wurde,
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3 die Schnittansicht der Blechteile von 2, jedoch nachdem der in 2 überstehende Teil eines der beiden Blechteile u-förmig zu einem Falz umgebogen wurde,
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4 den möglichen Verlauf einer Klebespur zwischen den beiden zu verbindenden Blechteilen gemäß 1,
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5 eine perspektivische Darstellung des Randbereichs des unteren Blechteils von 1 mit einer geringfügig hochgestellten Schweißlasche und
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6 eine perspektivische Darstellung des Randbereichs des unteren Blechteils von 6, jedoch mit einem durch Umformung abgebogenem Randabschnitt anstelle der geringfügig hochgestellten Schweißlasche.
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In der Schnittdarstellung von 1 sind ein erstes Blechteil 1 und ein zweites Blechteil 2 im Randbereich dargestellt, die durch elektromagnetische Umformung in einem Werkzeug, bestehend aus einem Niederhalter 3 und einer Formauflage 4, zu einem Bauteil verbunden werden sollen. Das erste Blechteil 1 liegt hierzu auf dem Niederhalter 3 auf, während das zweite Blechteil 2 an der Formauflage 4 anliegt. Die sich berührenden Flächen in den Randbereichen 5 beider Blechteile 1, 2 sind mittels eines Klebers 6 miteinander verbunden.
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Im Niederhalter 3 ist eine Magnetspule 7 angeordnet, an der ein am ersten Blechteil 1 ausgebildeter, leicht abgebogener Randabschnitt 8 anliegt. Der Randabschnitt 8 ist hier geringfügig nach unten gebogen und bildet damit einen spitzen Winkel gegenüber dem angrenzenden zweiten Blechteil 2. Im Bereich des Randabschnitts 8 befindet sich zwischen den beiden Blechteilen 1 und 2 kein Kleber, da hier eine Schweißverbindung durch elektromagnetische Umformung hergestellt werden soll.
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Die beiden Blechteile 1, 2 werden nun mittels elektromagnetischer Umformung verschweißt, wobei durch die Magnetspule 7 ein impulsförmiger Erregerstrom von beispielsweise 200 kA fließt. Dadurch wird ein entsprechend starker Magnetimpuls erzeugt, der den Randabschnitt 8 mit hoher Geschwindigkeit gegen das Blechteil 2 drück, so dass an den Berührungsflächen zwischen Randabschnitt 8 und dem Blechteil 2 eine Kaltumformung des Materials erfolgt und somit eine Kaltschweißverbindung zwischen den beiden Blechteilen 1 und 2 entsteht.
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In einem nächsten Verfahrensschritt, der in 2 dargestellt ist, wird Kleber 9 in Form eines Klebestrangs in den Eckbereich 10 zwischen den Rand 11 des Blechteils 1 und einem überstehenden Teil 12 des zweiten Blechteils 2 eingebracht. Damit befindet sich nun beidseitig von der Schweißverbindung 13 Klebematerial.
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Im nächsten Verfahrensschritt wird gemäß 3 der überstehende Teil 12 des zweiten Blechteils 2 u-förmig gebogen, wodurch am Blechteil 2 ein u-förmiger Falz 14 entsteht, der die Form eines Steckfalzes hat. Durch das Umbiegen des überstehenden Teils 12 erfolgt eine Verdrängung des Klebers 9 (2), SO dass sich dieser über sämtliche Berührungsflächen im Bereich des Falzes 14 zwischen den beiden Blechteilen 1 und 2 verteilt. Damit entsteht eine hochfeste mechanische Verbindung im Bereich des Falzes 14, die außerdem die einliegende Schweißverbindung 13 versiegelt. Die beiden Blechteile 1, 2 sind damit zu einem Bauteil fest verbunden, bei dem die Verbindungsstelle im Randbereich der beiden Blechteile eine hohe Güte hat.
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4 zeigt in einer Draufsicht den Verbindungsbereich zwischen den beiden Blechteilen 1, 2 gemäß 1. In diesem Verbindungsbereich ist der Kleber 6 entlang einer Klebespur 15 auf das Blechteil 1 aufgebracht, wobei im Bereich des Randabschnitts 8 kein Kleber 6 aufgetragen wurde. Die Klebespur 15 ist in 4 durch überlappende Kreisflächen dargestellt.
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In 5 ist in perspektivischer Darstellung die Unterseite des Blechteils 1 von 1 ersichtlich. Im Randbereich des Blechteils 1 ist hier der abgebogene Randabschnitt 8 als eine durch seitliche Einschnitte 16, 17 begrenzte Schweißlasche 18 ausgebildet, die leicht nach oben abgebogen ist und damit einen spitzen Winkel zu den angrenzenden Randbereichen einnimmt. Die Schweißlasche 18 kann je nach Anwendungsfall hinsichtlich ihrer Länge L und der Schnitttiefe S der seitlichen Einschnitte 16, 17 variieren. Die Schnitttiefe S wird dabei bevorzugt so gewählt, dass die seitlichen Einschnitte 16, 17 am fertiggestellten Bauteil von dem Falz 14, wie er in 3 dargestellt ist, vollständig überdeckt werden.
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6 zeigt die bevorzugte Ausführungsform des durch Umformung hergestellten Randabschnitts 8, der als eine Ausbuchtung mit zum Beispiel einer Länge L von 30 mm und einer Tiefe S von 4 mm ausgebildet sein kann.
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Die Blechteile 1, 2 können, wie bereits erwähnt, aus Aluminium bestehen, jedoch können die Blechteile 1, 2 auch aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehen. Für die elektromagnetische Umformung sind Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit besonders gut geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1935551 B1 [0003]
- US 6927370 B2 [0004]
