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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels eines Verbindungselements, wobei es sich bei den Bauteilen insbesondere um Bauteile einer Karosserie eines Fahrzeuges handelt. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine doppelwandige Rückwand eines Kraftfahrzeuges, die mittels eines solchen Verfahrens hergestellt ist.
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Zum Verbinden zweier Bauteile sind unterschiedliche Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt. Hierzu kommen beispielsweise Schrauben bzw. Fügeverfahren wie etwa Verschweißen, Verkleben und dergleichen zum Einsatz. Bei diesen Bauteilen kann es sich insbesondere um während des Betriebs bewegliche Bauteile handeln. Solche Bauteile sind beispielsweise in einer Karosserie eines Fahrzeuges vorzufinden.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Verbindung der Bauteile ist, dass sie umständlich realisierbar sind. In Rückwänden von Kraftfahrzeugen führen die üblichen Bauteile häufig zu NHV-Phänomenen, wie Wummern und Übertragung von Abrollgeräuschen. (NVH: Noise, Vibration and Harshness) Aus der
EP 1 889 776 B1 ist ein Verfahren zum Verstärken einer Hohlprofilstruktur bekannt, bei dem ein Verstärkungsprofil in den Hohlraum der Hohlprofilstruktur eingebracht wird. Das aus einem Thermoplast hergestellte Verstärkungsprofil wird anschließend durch eine Wärmeeinwirkung mit den entsprechenden Wänden des Hohlprofils verbunden, um hierdurch eine Verstärkung zu erreichen.
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Aus der
DE 10 2011 100 050 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Verstärken eines Hohlprofils bekannt, bei dem eine Versteifungsstruktur in den Hohlraum des Hohlraumprofils eingespritzt wird. Hierbei können Teile der angespritzten Versteifungsstruktur beim Spritzverfahren durch Öffnungen des Hohlprofils hindurchtreten.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteilen sowie für eine Rückwand eines Kraftfahrzeuges, eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Realisierung und/oder durch verbesserte Schall-Eigenschaften, bzw. NVH-Eigenschaften auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwei Bauteile, insbesondere einer Kraftfahrzeugrückwand, nämlich ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil, mit Hilfe mindestens eines Verbindungselements miteinander zu verbinden, wobei das Verbindungselement durch zumindest eines der Bauteile hindurch tritt und derart verformt wird, dass es zu einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungselement und diesem Bauteil kommt. Die Bauteile sind bevorzugt platten- oder wandförmig ausgestaltet. Das mindestens eine Verbindungselement ist bevorzugt zapfen- oder stabförmig ausgebildet. Die Geometrie des Verbindungslements ist keinesfalls hierauf beschränkt. Die Verformung des Verbindungselements soll hierbei erfindungsgemäß durch ein Erwärmen des Verbindungselements, zumindest im entsprechenden Bereich, realisiert bzw. erreicht werden.
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Durch das Verbindungselement werden die beiden Bauteile, zu einer Doppelwand, insbesondere Kraftfahrzeugrückwand gefügt, wobei eine sehr steife Anbindung erfolgt. Der Schub kann von einer zur nächsten Wand übertragen werden, so dass die die Doppelwand als eine Struktur agiert. Hierdurch wird eine Doppelwand mit einem hohen Flächenträgheitsmoment realisiert, die den Körperschall reduziert. Dies geschieht durch die Reduktion der Schwingungsamplitude bei Schwingungsanregung. Explizit werden hier die NVH-Phänomene Wummern (um 40 Hz) und Abrollgeräusch (unter 500 Hz) verbessert.
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Vorzugsweise ist das Verbindungselement mit einem der Bauteile, wie vorstehend beschrieben, durch das Hindurchführen und das Verformen und mit dem anderen Bauteil anderweitig verbunden. Die Verbindung der Bauteile mittels des Verbindungselements ist also dadurch realisiert, dass das Verbindungselement einerseits mit dem ersten Bauteil und andererseits mit dem zweiten Bauteil verbunden ist. Dem Erfindungsgedanken entsprechend, wird das Verbindungselement mit dem ersten Bauteil verbunden. Das Verbindungselement weist auf seiner vom ersten Bauteil abgewandten Seite einen Vorsprung auf, der durch eine zugehörige Öffnung des zweiten Bauteils geführt wird. Anschließend wird der Vorsprung auf der vom ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils soweit verformt und insbesondere verbreitert, dass das Verbindungselement mit dem zweiten Bauteil verbunden ist. Die Verbreiterung des Vorsprungs des Verbindungselements wird hierbei durch eine Erwärmung des Verbindungselements, insbesondere im Bereich des Vorsprungs erzielt. Dabei ist das Verbindungselement zumindest im Bereich des Vorsprungs aus einem Kunststoff hergestellt, so dass durch die Wärmeeinwirkung eine Formveränderung des Vorsprungs erreicht oder zumindest vereinfacht wird. Mit anderen Worten: Der Vorsprung verformt sich durch die Wärmeeinwirkung und/oder lässt sich durch die Wärmeeinwirkung leichter verformen.
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Prinzipiell kann das Verbindungselement gänzlich aus einem solchen Kunststoff hergestellt sein. Dies hat insbesondere zur Folge, dass die Herstellung des Verbindungselements erleichtert ist und das Verbindungselement somit kostengünstiger herzustellen ist. Auch sind Ausgestaltungen vorstellbar, bei denen das Verbindungselement aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt ist. Insbesondere kann das Verbindungselement im Bereich des Vorsprungs aus einem anderen Material, beispielsweise aus einem anderen Kunststoff, hergestellt sein, als in anderen Bereichen.
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Bei dem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um einen Thermoplasten. Dies gilt insbesondere im Bereich des Vorsprungs. Somit kann der Vorsprung durch eine entsprechende Wärmeeinwirkung verformt werden, wobei diese Verformung reversibel ist, so dass die Verbindung der Bauteile bei Bedarf wieder lösbar ist. Vorstellbar ist es auch, Verbindungselemente zu verwenden, die, insbesondere im Bereich des Vorsprungs, aus einem Duroplast hergestellt sind. Hierbei kann der Vorsprung durch eine entsprechende Wärmeeinwirkung verformt werden, wobei eine anschließende Verformung des Vorsprungs durch eine Wärmeeinwirkung nicht mehr möglich ist. In der Folge kann das Verbindungselement insbesondere nicht zerstörungsfrei vom zweiten Bauteil gelöst werden.
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Zweckmäßig ist das Verbindungselement, insbesondere im Bereich des Vorsprungs, aus einem solchen Kunststoff hergestellt, dass sich dieser durch die üblicherweise in der entsprechenden Anwendung auftretenden Wärmeeinwirkung nicht verformt. Das heißt, dass eine Verformung des Vorsprungs, insbesondere bei einem aus Thermoplast hergestellten Vorsprung, nur durch eine gezielte Wärmeeinwirkung erfolgen kann.
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Im Allgemeinen kann es sich bei den Bauteilen um beliebige Bauteile handeln, die miteinander verbunden werden. Insbesondere kann es sich bei den Bauteilen um die Bauteile einer Karosserie eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges handeln. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, um eine Rückwand des Kraftfahrzeuges herzustellen. Dabei ist die Rückwand zweckmäßig aus dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil hergestellt, wobei die Rückwand insbesondere doppelwandig ausgebildet sein kann. Damit ist es insbesondere möglich, eine mechanische Kopplung der beiden Wände, bzw. Bauteile, der Rückwand zu erreichen, wodurch die akustische Beeinträchtigung durch Wummern, oder Abrollgeräusche im Innenraum des Fahrzeuges verringert werden kann. Dies ist darauf zurück zu führen, dass das Flächenträgheitsmoment der Rückwand als Doppelwand gegenüber einer einzelnen oder zwei isolierten Wände erhöht wird.
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Die Verbreiterung bzw. Verformung des Vorsprungs auf der vom ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteiles wird, wie vorstehend erläutert, durch die Erwärmung des Vorsprungs erreicht. Das heißt, dass die Verbreiterung des Vorsprungs durch das Erwärmen des Verbindungselements, insbesondere im Bereich des Vorsprungs, und eine zusätzliche mechanische Einwirkung erfolgen kann. Durch die mechanische Einwirkung wird dabei Druck auf den Vorsprung ausgeübt, der die erwünschte Verbreiterung des Vorsprungs erzielt.
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Das Verbindungselement kann auf beliebige Weise hergestellt sein, sofern es insbesondere im Bereich des Vorsprungs aus einem solchen Kunststoff hergestellt ist. Insbesondere kann das Verbindungselement durch ein Spritzgussverfahren hergestellt sein. Dies hat insbesondere zur Folge, dass das Verbindungselement kostengünstig herstellbar ist, wodurch auch die Verbindung der Bauteile sowie des resultierenden Gegenstandes, wie beispielsweise der Rückwand, kostengünstig realisierbar ist. Des Weiteren ist durch die Verwendung eines solchen Verbindungselements eine verbesserte mechanische Entkopplung der Bauteile möglich. Insbesondere ist es vorstellbar, das Verbindungselement an einem der Bauteile anzuspritzen, wobei das Verbindungselement bevorzugt an das erste Bauteil angespritzt wird.
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Zur Verbindung des Verbindungselements mit dem ersten Bauteil können beliebige Methoden bzw. Verfahren zum Einsatz kommen. Das Verbindungselement kann beispielsweise mit dem ersten Bauteil gefügt sein. Als Beispiele für derartige Fügemethoden wird hier auf das Kleben, Nieten, Schweißen sowie Clinchen bzw. Druckfügen hingewiesen. Auch ist es vorstellbar das erste Bauteil analog zum zweiten Bauteil mit dem Verbindungselement zu verbinden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Bauteile zu verwenden, die aus einem beliebigen Material hergestellt sind. Vorzugsweise kommen solche Bauteile zum Einsatz, die aus einem Blech hergestellt sind. Bevorzugt ist zumindest eines der Bauteile aus einem Aluminiumblech, einem Magnesiumblech, einem Organoblech oder einem Stahlblech oder einer Kombination daraus hergestellt. Auch können aus Kunststoff hergestellte Bauteile, insbesondere Faserverstärkte Kunststoff (FVK), zum Einsatz kommen. Beispiele hierfür sind kohlenfaserverstärkte Kunststoffe, kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), insbesondere Durethan®. Selbstverständlich ist es auch möglich, das jeweilige Bauteil aus einer Kombination der zuvor genannten Materialien herzustellen. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen sind eines der Bauteile aus einem Blech und das andere Bauteil aus einem Kunststoff, bzw. faserverstärkten Kunststoff hergestellt.
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Auch das Verbindungselement kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, sofern es im Bereich des Vorsprungs aus Kunststoff hergestellt ist bzw. Kunststoff aufweist. Vorzugsweise ist das Verbindungselement gänzlich oder bereichsweise aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere aus Tepex® hergestellt. Dabei handelt es sich um unverstärkten oder verstärkten Tepex®.
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Es versteht sich, dass die Verbindung des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil auch durch zwei oder mehrere solcher Verbindungselemente realisiert werden kann. Dabei wird der Vorsprung des jeweiligen Verbindungselements durch eine zugehörige Öffnung des zweiten Bauteils geführt und der Vorsprung anschließend erfindungsgemäß durch eine Erwärmung verbreitert bzw. verformt. Ferner können die jeweiligen Verbindungselemente, insbesondere die zugehörigen Vorsprünge, gleichzeitig erwärmt und/oder verbreitert werden. Auch ist es vorstellbar, ein oder mehrere Verbindungselemente, insbesondere die zugehörigen Vorsprünge, zuerst zu erwärmen und/oder zu verformen, und ein anderes bzw. mehrere andere Verbindungselemente, insbesondere die zugehörigen Vorsprünge, anschließend zu erwärmen und/oder zu verbreitern.
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Bei der Verwendung von mehreren Verbindungselementen ist es vorstellbar, dass der Vorsprung eines der Verbindungselemente durch die Öffnung des zweiten Bauteils geführt und der Vorsprung eines anderen Verbindungselements durch eine Öffnung des ersten Bauteils geführt wird.
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Bei weiteren Ausführungsformen wird die Verbindung der Bauteile mit zumindest zwei Verbindungselementen derart realisiert, dass sich zumindest zwei solche Verbindungselemente im verbundenen Zustand der Bauteile kontaktieren. Hierdurch ist eine zusätzliche Stabilisierung der Verbindung bzw. des resultierenden Gegenstandes erreicht. Auch kann hierdurch eine verbesserte mechanische Entkopplung der Bauteile durch eine verbesserte Absorption von Schwingungen erreicht werden. Hierbei können sich auch zwei solche Verbindungselemente kreuzen, um beispielsweise eine Gitterstruktur auszubilden.
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Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind zumindest zwei solche Verbindungselemente an einem gemeinsamen Verbindungsbauteil ausgebildet. Das Verbindungsbauteil wird dabei mit dem ersten Bauteil verbunden, während die Vorsprünge der Verbindungselemente jeweils durch eine zugehörige Öffnung des zweiten Bauteils geführt und anschließend durch Erwärmung verbreitert werden. Dies ermöglicht eine einfache und/oder schnelle Durchführung des Verfahrens, insbesondere der Verbindung der Verbindungselemente mit dem ersten Bauteil.
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Es versteht sich, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil beliebig vertauschbar sind, ohne den Umfang dieser Erfindung zu verlassen. Es versteht sich ferner, dass die Rückwand des Fahrzeuges ebenfalls zum Umfang dieser Erfindung gehört.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine räumliche Ansicht einer Rückwand in nicht-verbundenem Zustand,
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2, 3 einen Schnitt durch die Rückwand bei unterschiedlichen Verfahrensschritten.
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1 zeigt eine Rückwand 1 eines im Übrigen nicht dargestellten Fahrzeugs bzw. Kraftfahrzeugs. Die Rückwand 1 weist ein erstes Bauteil 2 sowie ein zweites Bauteil 3 auf, die miteinander verbunden sind, wobei die Bauteile 2, 3 in 1 voneinander getrennt dargestellt sind. Das jeweilige Bauteil 2, 3 ist als eine Wand 4 ausgebildet, so dass die Rückwand 1 doppelwandig ausgestaltet ist. Die Rückwand 1 kommt im Bereich von Rücksitzen des Kraftfahrzeugs zum Einsatz und weist eine mittige Durchgangsöffnung 5 auf, wodurch auch die Bauteile 2, 3 jeweils eine solche Durchgangsöffnung 5 aufweisen. Die Bauteile 2, 3 sind komplementär ausgebildet und mittels mehrerer Verbindungselemente 6 miteinander verbunden, von denen in 1 beispielhaft zwei gezeigt sind. Die Verbindungselemente 6 sind an einem gemeinsamen Verbindungsbauteil 7 ausgebildet, das mit dem ersten Bauteil 2 beispielsweise durch Verkleben und/oder Verschweißen verbunden ist. Das Verbindungsbauteil 7 ist samt den Verbindungselementen 6 durch ein Spritzgussverfahren hergestellt, wobei insbesondere die Verbindungselemente 6 aus einem Verbundwerkstoff, beispielsweise aus Tepex®, hergestellt sind.
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Das erste Bauteil 2 ist aus einem Blech 8, beispielsweise einem Aluminiumblech 8' bzw. Organoblech 8'' oder einem Stahlblech 8'' oder einer Mischung daraus hergestellt. Das zweite Bauteil 3 ist aus einem kohlenfaserverstärkten Kunststoff 9, oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff 10, wie beispielsweise Durathan®, oder einer Kombination daraus hergestellt. Das zweite Bauteil 3 weist mehrere Öffnungen 11 auf, wobei die jeweilige Öffnung 11 einem Verbindungselement 6 zugehörig ist.
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Anhand der 2 und 3 wird nachfolgend beispielhaft beschrieben, wie die Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 2 und dem zweiten Bauteil 3 realisiert ist. Bei der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform ist das Verbindungselement 6 im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Ausführungsform direkt mit dem ersten Bauteil 2 verbunden. Wie in
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2 dargestellt, weist das Verbindungselement 6 auf seiner vom ersten Bauteil 2 abgewandten Seite einen abstehenden Vorsprung 12 auf, der aus einem Thermoplast hergestellt ist. Dabei wird zunächst das Verbindungselement 6 mit dem ersten Bauteil 2 verbunden. Anschließend wird der Vorsprung 12 des Verbindungselements 6 durch eine zugehörige Öffnung 11 des zweiten Bauteils 3 geführt, derart, dass der Vorsprung 12 auf der vom ersten Bauteil 2 abgewandten Seite des zweiten Bauteils 3 vom zweiten Bauteil 3 absteht. Hierbei füllt der Vorsprung 12 die zugehörige Öffnung 11 im Wesentlichen aus.
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Anschließend wird das Verbindungselement 6 im Bereich des Vorsprungs 12 so weit erwärmt, bis eine bedingt durch die thermoplastische Eigenschaft des Vorsprungs 12 gegebene Verformung des Vorsprungs 12 möglich ist. Bei Erreichen der entsprechenden Temperaturen erfolgt auf der vom ersten Bauteil 2 abgewandten Seite des zweiten Bauteils 3 eine mechanische Einwirkung auf den Vorsprung 12. Diese mechanische Einwirkung wird durch ein Werkzeug 13 realisiert, das den Vorsprung 12 gegen das zweite Bauteil 3 drückt. Dabei wird der Vorsprung wie in 3 gezeigt soweit verbreitert, bis sich ein Kopf gebildet hat und dadurch der Vorsprung 12 nicht mehr durch die Öffnung 11 schiebbar und das Verbindungselement 6 mit dem zweiten Bauteil 3 verbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1889776 B1 [0003]
- DE 102011100050 A1 [0004]
