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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen Blechbauteilen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fügehilfselement für das Herstellen einer Falzverbindung. Die Erfindung betrifft auch einen Bauteilverbund mit mehreren Blechbauteilen, die mit wenigstens einer Falzverbindung miteinander gefügt sind.
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Das Fügen von Blechbauteilen durch Herstellen wenigstens einer Falzverbindung zwischen diesen Blechbauteilen ist eine gängige Verfahrensweise, die insbesondere (ohne dass die Erfindung jedoch hierauf beschränkt ist) im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge Anwendung findet. Bspw. werden bei der Herstellung von Karosserieanhängteilen für Kraftfahrzeuge (wie z. B. Seitentüren, Frontklappen, Heckklappen und dergleichen) die Außenhautteile (Außenbleche) und Innenverstärkungsteile (Innenbleche) durch Herstellen wenigstens einer Falzverbindung miteinander gefügt.
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Das Herstellen einer Falzverbindung zwischen zwei oder mehr Blechbauteilen erfolgt durch Falzen mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung (Falzvorrichtung). Beim Falzen wird der Rand (im Folgenden als Falzrand bezeichnet) eines der miteinander zu fügenden Blechbauteile unter Ausbildung einer Falztasche umgebogen bzw. umgeschlagen, wobei wenigstens ein anderes Blechbauteil mit seinem Rand (im Folgenden als Falzflansch bezeichnet) in die sich ausbildende Falztasche eingeklemmt wird. Hierbei wird eine unlösbare formschlüssige Verbindung zwischen den Blechbauteilen erzeugt.
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Häufig tritt das Problem auf, dass sich eine vor dem Falzen zwischen den Blechbauteilen herbeigeführte Ausrichtung nach dem Falzen verändert, wobei sich die Blechbauteile aus ihrer anfänglich relativ zueinander festgelegten Position gegeneinander verschieben. Um dies zu verhindern sind aus dem Stand der Technik verschiedene Vorschläge bekannt, wozu stelletretend auf die Patentschriften
DE 2 403 179 A ,
US 5,237,734 A ,
US 7,007,368 B2 und
EP 0 825 351 A1 verwiesen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen Blechbauteilen anzugeben, mit dem wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermieden oder zumindest in seinem Ausmaß verringert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 1. Mit nebengeordneten Ansprüchen erstreckt sich die Lösung der Aufgabe ferner auf ein erfindungsgemäßes Fügehilfselement und auf einen erfindungsgemäßen Bauteilverbund. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen Blechbauteilen umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
- – Bereitstellen eines ersten Blechbauteils, das (wenigstens) einen Falzrand aufweist, und (wenigstens) eines zweiten Blechbauteils, das (wenigstens) einen Falzflansch aufweist;
- – Einpressen von bolzenartigen Fügehilfselementen in den Falzflansch des zweiten Blechbauteils, derart, dass die eingepressten Fügehilfselemente an einer Flanschseite vom Falzflansch überstehen (bzw. vom Falzflansch abragen);
- – Positionieren der Blechbauteile relativ zueinander; und
- – Falzen durch Umbiegen des Falzrands am ersten Blechbauteil, wobei der Falzrand unter Ausbildung einer Falztasche auf den Falzflansch des zweiten Blechbauteils gedrückt wird und hierbei die vom Falzflansch überstehenden (bzw. vom Falzflansch abragenden) Fügehilfselemente mit dem Falzrand verpresst werden.
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Die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden chronologisch in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Die Verfahrensschritte können dabei mehrere hierin nicht näher erläuterte Teilschritte umfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch weitere Schritte und Teilschritte umfassen, die hierin nicht näher erläutert sind. Bspw. kann vorgesehen sein, dass die Falzverbindung einem so genannten Nachsetzen unterzogen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den Schritt: Bereitstellen eines ersten Blechbauteils, das einen Falzrand aufweist, und eines zweiten Blechbauteils, das einen Falzflansch aufweist. Was unter einem Falzrand und einem Falzflansch zu verstehen ist, ergibt sich anschaulich aus den Figuren, die untenstehend noch näher erläutert werden. Die Blechdicken der Blechbauteile können im Bereich von 0,6 mm bis 3,0 mm liegen. Zumindest das zweite Blechbauteil kann auch aus einem nicht-metallischen Material bzw. Werkstoff gebildet sein, so dass sich die Bezeichnung Blechbauteil nicht ausschließlich auf wortsinngemäße Bauteile bezieht. Bspw. kann es sich um ein Kunststoff- und insbesondere um ein Kunststoffverbundverbundbauteil (z. B. CFK-Bauteil) oder um ein Gussteil (bspw. Mg-Gussteil) handeln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner den Schritt: Einpressen von bolzenartigen Fügehilfselementen in den Falzflansch des zweiten Blechbauteils, derart, dass die eingepressten Fügehilfselemente an einer Flanschseite vom Falzflansch überstehen. Unter einem bolzenartigen Fügehilfselement wird ein bezüglich seiner axialen Länge kurzes im Wesentlichen zylindrisches Verbindungselement verstanden (wie nachfolgend noch näher beschrieben), dass in bekannter Weise und insbesondere ohne Vorlochen in den Falzflansch des zweiten Blechbauteils eingepresst bzw. eingestanzt werden kann. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Fügehilfselemente den Falzflansch durchdringend eingepresst werden und mit einem speziell ausgebildeten Fügeabschnitt an einer Flanschseite des Falzflanschs überstehen. Der Überstand des Fügeabschnitts kann wenige Zehntel Millimeter (bspw. 0,5 mm) und insbesondere auch weniger als ein Zehntel Millimeter betragen. Die Fügehilfselemente können an vorgegebenen bzw. definierten Positionen in den Falzflansch des zweiten Blechbauteils eingepresst werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Fügehilfselemente entlang des Flanschverlaufs regelmäßig oder unregelmäßig zueinander beabstandet sind. Der Abstand kann bspw. im Bereich von 5 mm bis 500 mm liegen. Die verwendeten Fügehilfselemente können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner den Schritt: Positionieren der Blechbauteile relativ zueinander. Dieses ein Ausrichten der zu fügenden Blechbauteile beinhaltendes Positionieren erfolgt insbesondere derart, dass das zweite Blechbauteil auf das erste Blechbauteil aufgelegt wird, wobei der Falzrand am ersten Blechbauteil typischerweise bereits angestellt bzw. abgekantet ist. Dieser Vorgang wird auch als Einschachteln bezeichnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner den Schritt: Falzen durch Umbiegen des Falzrands am ersten Blechbauteil, wobei der Falzrand unter Ausbildung einer Falztasche auf den Falzflansch des zweiten Blechbauteils gedrückt wird und hierbei die vom Falzflansch überstehenden Fügehilfselemente mit dem Falzrand verpresst werden. Dieses Verpressen erfolgt insbesondere derart, dass die überstehenden Fügeabschnitte der Fügehilfselemente auf der Falzinnenseite bzw. innenseitig in den Falzrand eingedrückt bzw. eingepresst werden, was mit geringen plastischen Verformungen einhergeht. Mit anderen Worten formuliert heißt dies, dass beim Umbiegen des Falzrands am ersten Blechbauteil der Falzflansch des zweiten Blechbauteils in einer hierbei am ersten Blechbauteil entstehenden Falztasche eingeklemmt wird und die überstehenden Fügehilfselemente (innenseitig) in den Falzrand eingedrückt bzw. eingepresst werden. Auf diese Weise wird eine dauerhafte Lagefixierung zwischen den Blechbauteilen herbeigeführt. Ein Stoffschluss, wie beim Verschweißen oder auch Verlöten, ist nicht gegeben. Die Lagefixierung ist somit stoffschlussfrei. Gleichwohl sind Anwendungen denkbar, bei denen das Fügehilfselement auch als Widerstandsschweißelement fungiert und somit eine Doppelfunktion hat.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung einer Falzverbindung zwischen zwei (oder gegebenenfalls auch mehr als zwei) Blechbauteilen, wobei durch die Fügehilfselemente eine dauerhafte Lagefixierung der Blechbauteile zueinander erreicht wird, so dass die Blechbauteile eine vor dem Falzen herbeigeführte Ausrichtung beibehalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet für das Herstellen einer Falzverbindung zwischen aus Aluminiumblech bzw. aus Aluminiummaterial gebildeten Blechbauteilen, da beim Falzen von Aluminiumblech typischerweise keine hohen Klemmkräfte in der Falztasche herbeigeführt werden können und auch die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Herbeiführung einer Lagefixierung nicht für Aluminiumbleche geeignet sind. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass das erste Blechbauteil und insbesondere auch das zweite Blechbauteil aus einem aus einer aluminiumhaltigen Legierung bestehenden Aluminiumblech gebildet ist/sind. Das zweite Blechbauteil kann auch aus einem nicht-metallischen Material gebildet sein, wie obenstehend erläutert.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Blechbauteile im Bereich der Falzverbindung zusätzlich miteinander verklebt werden. Ein solches Verkleben ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, wobei der verwendete Klebstoff typischerweise erst im Anschluss an das Falzen, bspw. bei einem nachfolgenden Lackiervorgang, aushärtet. Durch die Fügehilfselemente wird bereits sofort beim Falzen und ohne Aushärtung des Klebstoffs eine dauerhafte Lagefixierung der Blechbauteile zueinander erreicht. Falls ein Verkleben der Blechbauteile im Bereich der Falzverbindung vorgesehen ist, ermöglicht die Erfindung die gezielte Einstellung eines Luftspalts in der Falztasche, um das ungewollte Verdrängen von Klebstoff (gleiches gilt für eine Abdichtmasse oder dergleichen) aus der Falztasche zu verhindern. Gleichwohl wird hier durch die Fügehilfselemente eine Lagefixierung der Blechbauteile zueinander gewährleistet.
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Optional kann vorgesehen sein, dass die Falzverbindung zusätzlich abgedichtet wird, um Eintritt von Feuchtigkeit und/oder Schmutz in die Falztasche zu verhindern. Das Abdichten kann bspw. durch Auftragen eines Klebstoffs oder einer Dichtmasse vor dem Falzen erfolgen. Das Abdichten kann bspw. auch durch Auftragen einer Dichtmasse oder durch Verlöten nach dem Falzen erfolgen.
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Die Erfindung bezieht sich, zumindest indirekt, auch auf ein Verfahren zum Fügen bzw. Verbinden von Blechbauteilen durch erfindungsgemäßes Herstellen wenigstens einer Falzverbindung zwischen diesen Blechbauteilen.
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Mit einem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäßes Fügehilfselement zur Herstellung einer Falzverbindung zwischen Blechbauteilen mit einem erfindungsgemäßen Verfahren. Dieses Verbindungselement weist
- – einen bolzenartigen Schaft,
- – einen an einem Schaftende ausgebildeten Kopf, und
- – (wenigstens) einen am anderen Schaftende ausgebildeten Fügeabschnitt auf. Bevorzugt handelt es sich um ein im Wesentlichen zylindrisches Verbindungselement. Aufgrund seiner Funktion kann ein solches Fügehilfselement auch als Einpresselement oder Fixierelement bezeichnet werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Fügehilfselement an seinem vom Kopf abgewandten Schaftende mit einer Stanzkante bzw. Schneidkante ausgebildet ist, so dass das Fügehilfselement ohne Vorlochen in den Falzflansch des zweiten Blechbauteils eingepresst bzw. eingestanzt werden kann, wobei der bolzenartige Schaft den Falzflansch durchdringt und schlussendlich mit dem am selben Schaftende ausgebildeten Fügeabschnitt an der vom Kopf abweisenden Flanschseite vom Falzflansch übersteht. Die erforderliche Schaftlänge richtet sich nach der Blechdicke im Falzflansch des zweiten Blechbauteils.
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Der Kopf des Fügehilfselements dient der Kraftaufbringung beim Einpressen bzw. Einstanzen (dieser Vorgang kann allgemein auch als Setzen eines Fügehilfselements bezeichnet werden). Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kopf einen größeren Durchmesser als der Schaft aufweist, so dass der Kopf in radialer Richtung den Schaft hutartig überragt. Der Durchmesser des Kopfs kann bspw. mehr als das 1,2-fache, bevorzugt mehr als das 1,5-fache und insbesondere mehr als das 2-fache des Schaftdurchmessers betragen, so dass der Kopf in Bezug auf den Schaftquerschnitt großflächig ausgebildet ist. Durch den in radialer Richtung den Schaft überragenden Kopf wird eine flächige Anlage auf der Einpressseite des Falzflanschs und eine Abstützung des Fügehilfselements am Falzflansch nach dem Einpressen ermöglicht. Ferner kann durch einen verhältnismäßig großen Kopf auch ein Ausreißen (Ausknöpfen) des eingepressten Fügehilfselements verhindert werden.
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Der Einpressvorgang ist beendet, wenn sich der Kopf des Fügehilfselements mit seiner Unterseite an die Einpressseite des Falzflanschs am zweiten Blechbauteil anlegt. Um zu verhindern, dass der Kopf des Fügehilfselements nach dem Einpressen bzw. Setzen an der Einpressseite des Falzflanschs übersteht ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kopf als flacher Senkkopf ausgebildet ist. Beim Einpressen wird dieser flache Senkkopf vollständig auf der Einpressseite in den Falzflansch eingedrückt. Unter „flach” ist insbesondere zu verstehen, dass die Höhe des Senkkopfs (bzw. die axiale Länge des Senkkopfs) niedriger ist als die Blechdicke im Falzflansch des zweiten Blechbauteils. Die Höhe des Senkkopfs ist bei der Ermittlung der erforderlichen Schaftlänge zu berücksichtigen.
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Bei der Gestaltung eines erfindungsgemäßen Fügehilfselements und/oder bei der Festlegung einer bestimmten Vorgehensweise für das Einpressen bzw. Setzen kann auf bereits bekanntes Wissen im Zusammenhang mit Widerstandsschweißelementen für das Widerstandselementschweißen und/oder im Zusammenhang mit Vollstanznieten zurückgegriffen werden, obwohl ein Widerstandsschweißelement aufgrund seiner Funktion nicht vergleichbar ist mit einem erfindungsgemäßen Fügehilfselement.
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Wie bereits obenstehend erläutert, wird beim Falzen der Falzrand am ersten Blechbauteil umgebogen und unter Ausbildung einer Falztasche auf den Falzflansch des zweiten Blechbauteils gedrückt. Hierbei werden die mit ihren Fügeabschnitten an der bezüglich der Einpressseite gegenüberliegenden Falzflanschseite überstehenden Fügehilfselemente mit dem Falzrand verpresst. Um ein optimales Verpressen zu ermöglichen, ist bevorzugt vorgesehen, das die Fügeabschnitte speziell ausgebildet sind. Der Fügeabschnitt eines Fügehilfselements kann bspw. mit wenigstens einem Dorn, wenigstens einem Kegel, wenigstens einem Krater (mit umlaufendem Kraterrand), wenigstens einem Buckel oder dergleichen ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht, dass der Fügeabschnitt zuverlässig in den innenseitigen Falzrand eingepresst bzw. eingedrückt werden kann, wodurch ein Formschluss zwischen dem Fügeabschnitt und dem Falzrand und damit eine dauerhafte Lagefixierung zwischen den Blechbauteilen herbeigeführt wird. Bevorzugt ist der Fügeabschnitt derart ausgebildet, dass dieser das selbstschneidende Einpressen des Fügehilfselements in den Falzflansch eines zweiten Blechbauteils nicht nennenswert beeinträchtigt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein erfindungsgemäßes Fügehilfselement, insbesondere einstückig, aus Stahl gebildet ist. Bspw. handelt es sich um ein Dreh- oder Gussteil. Der Stahlwerkstoff kann gehärtet oder zumindest oberflächengehärtet sein. Ebenso kann ein erfindungsgemäßes Fügehilfselement auch aus anderen metallischen Materialien gebildet sein. Bei der Material- bzw. Werkstoffwahl und bei der Herstellung kann gegebenenfalls auf Know-how aus dem Widerstandselementschweißen zurückgegriffen werden. Da im Gegensatz zu einem Widerstandsschweißelement keine Stromdurchleitung erforderlich ist, kann ein erfindungsgemäßes Fügehilfselement auch aus nicht-metallischen Materialien, wie bspw. Keramik oder insbesondere auch Kunststoff, gebildet sein. Ein erfindungsgemäßes Fügehilfselement kann eine Beschichtung aufweisen, um bspw. die Reibung beim Einpressen zu verringern und/oder die Robustheit zu erhöhen.
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Eine mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Fügehilfselements hergestellte Falzverbindung ist eine erfindungsgemäße Falzverbindung. Mit einem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf einen erfindungsgemäßen Bauteilverbund, der mehrere Blechbauteile (wenigstens zwei Blechbauteile) umfasst, die mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Falzverbindung verbunden bzw. gefügt sind. Der erfindungsgemäße Bauteilverbund umfasst somit mehrere mit wenigstens einer Falzverbindung verbundene bzw. gefügte Blechbauteile, wobei vorgesehen ist, dass wenigstens eine der Falzverbindungen mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Fügehilfselements hergestellt wurde. Folglich umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Falzverbindung bzw. Falznaht des erfindungsgemäßen Bauteilverbunds wenigstens ein erfindungsgemäßes Fügehilfselement. Bei dem erfindungsgemäßen Bauteilverbund handelt es sich insbesondere um ein Karosserieanhängteil für Kraftfahrzeuge (wie z. B. eine Seitentür, Frontklappe, Heckklappe oder dergleichen), das ein Außenhautteil (Außenblech) und ein Innenverstärkungsteil (Innenblech) aufweist, die mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Falzverbindung miteinander gefügt sind. Insbesondere ist zumindest das Außenhautteil und vorzugsweise auch das Innenverstärkungsteil aus einem Aluminiumblech gebildet.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt eine Falzvorrichtung zum Ende eines Falzvorgangs und einen mit dieser Falzvorrichtung hergestellten Bauteilverbund mit zwei Blechbauteilen.
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2 zeigt in zwei Einzeldarstellungen eine mit einem Fügehilfselement hergestellte Falzverbindung zwischen zwei Blechbauteilen, sowie das hierfür verwendete Fügehilfselement.
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3 zeigt in zwei Einzeldarstellungen eine mit einem anderen Fügehilfselement hergestellte Falzverbindung zwischen zwei Blechbauteilen, sowie das hierfür verwendete Fügehilfselement.
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4 zeigt in zwei Einzeldarstellungen eine weitere mit einem anderen Fügehilfselement hergestellte Falzverbindung zwischen zwei Blechbauteilen.
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5 zeigt in zwei Einzeldarstellungen eine weitere mit einem anderen Fügehilfselement hergestellte Falzverbindung zwischen zwei Blechbauteilen.
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1a zeigt in einer Schnittansicht eine Falzvorrichtung 600 zum Herstellen einer Falzverbindung 400 zwischen zwei Blechbauteilen 200 (Außenblech) und 300 (Innenblech). Das erste bzw. äußere Blechbauteil 200 weist einen Falzrand 210 auf, der beim Falzen mit Hilfe der Falzbacke 620 ausgehend von einer Anstellung (bspw. im 90°-Winkel, wie mit gestrichelter Linie dargestellt) umgebogen wird. In der sich hierbei ausbildenden Falztasche am ersten Blechbauteil 200 wird das zweite bzw. innere Blechbauteil 300 mit seinem Falzflansch 310 eingeklemmt. Mit 610 und 630 sind ein Falztisch und ein Niederhalter bezeichnet. Eine solche Falzvorrichtung und ein solcher Falzvorgang sind aus dem Stand der Technik bekannt. Anstelle der Falzbacke 620 kann auch ein Rollfalzkopf verwendet werden, was ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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1b zeigt, ebenfalls in einer Schnittansicht, einen mit der Falzvorrichtung 600 hergestellten Bauteilverbund 100, der jedoch nur ausschnittsweise dargestellt ist. Der Bauteilverbund 100 umfasst zwei Blechbauteile 200 und 300 die mit einer Falzverbindung (Falznaht) 400 formschlüssig und dauerhaft (d. h. nicht zerstörungsfrei trennbar) miteinander verbunden bzw. gefügt sind.
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Um sicherzustellen, dass die Blechbauteile 200 und 300 eine vor dem Falzen herbeigeführte Ausrichtung sowohl beim Falzen als insbesondere auch nach dem Falzen beibehalten und sich die Blechbauteile 200 und 300 auch zu einem späteren Zeitpunkt nicht aus ihrer anfänglich relativ zueinander festgelegten Position gegeneinander verschieben, sieht die Erfindung die Verwendung von Fügehilfselementen vor, wie nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsmöglichkeiten mit Bezug auf die 2 bis 5 näher erläutert. Die in den 2 bis 5 gezeigten und/oder die nachfolgend erläuterten Merkmale verschiedener Ausführungsmöglichkeiten können im Rahmen der Erfindung zu weiteren Ausführungsmöglichkeiten kombiniert werden. Die Erfindung ist nicht auf die in den 2 bis 5 gezeigten und besonders bevorzugten Ausführungsmöglichkeiten beschränkt. Gleiche und/oder funktionsgleiche Komponenten bzw. Elemente sind in den Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.
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2a zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Falzverbindung 400 zwischen zwei Blechbauteilen 200 und 300. Im Falzflansch 310 des inneren Blechbauteils 300 ist ein Fügehilfselement 500 eingepresst, welches den Falzflansch 310 durchdringt und an seinem vom Kopf 520 wegweisenden Schaftende mit einem überstehenden dornartigen Fügeabschnitt 540 ausgebildet ist. Der überstehende Fügeabschnitt 540 des Fügehilfselements 500 ist mit dem Falzrand 210 verpresst, derart, dass dieser Fügeabschnitt 540 auf der Falzinnenseite bzw. innenseitig in den Falzrand 210 des ersten Blechbauteils 200 eingedrückt bzw. eingepresst ist. Hierdurch ist eine dauerhafte Lagefixierung zwischen den Blechbauteilen 200 und 300 herbeigeführt. Die Falzverbindung 400 umfasst typischerweise eine Vielzahl solcher Fügehilfselemente 500, die identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein können.
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Zum Herstellen der Falzverbindung 400 werden zunächst die Fügehilfselemente 500 in den Falzflansch 310 des zweiten Blechbauteils 300 eingepresst, derart, dass die Fügeabschnitte 540 der eingepressten Fügehilfselemente 500 auf der dem Falzrand 210 zugewandten Flanschseite vom Falzflansch 310 überstehen. Hierbei kann auf das technologische Wissen und möglicherweise auch auf bereits vorhandene Vorrichtungen für das Einpressen von Widerstandsschweißelementen zurückgegriffen werden. Anschließend werden die Blechbauteile 200 und 300 relativ zueinander positioniert und es erfolgt ein Falzen durch Umbiegen des Falzrands 210 am ersten Blechbauteil 200 (siehe auch 1a), wobei der Falzrand 210 unter Ausbildung einer Falztasche auf den Falzflansch 310 des zweiten Blechbauteils 300 gedrückt wird und hierbei die vom Falzflansch 310 überstehenden Fügeabschnitte 540 der Fügehilfselemente 500 mit dem Falzrand 210 verpresst werden, wie vorausgehend erläutert. Die Fügehilfselemente 500 haben keinen nachteiligen Einfluss auf die Klemmkräfte in der Falztasche und können möglicherweise sogar eine begünstigende Wirkung haben.
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Die Fügehilfselemente 500 werden somit in einem dem Falzen vorgelagerten Vorgang, insbesondere mit einer eigens hierfür vorgesehenen und entsprechend ausgebildeten Vorrichtung, in den Falzflansch 310 des zweiten bzw. inneren Blechbauteils 300 eingebracht. Der konventionelle Ablauf beim Falzen als etabliertes Fertigungsverfahren, insbesondere im Karosseriebau, ist unverändert. Die Erfindung kann somit auf einfache Weise in bestehende Produktions- und Fertigungsprozesse integriert werden.
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Eine bevorzugte Herstellungsvariante sieht vor, dass beim Falzen zunächst die Stellen an denen sich ein Fügehilfselement 500 befindet nicht mitgefalzt oder nur mit geringer Kraft vorgefalzt werden, so dass nach dem Falzen noch ein Ausrichten der Blechbauteile 200 und 300 zueinander möglich ist. In einem zweiten Falzdurchgang oder bei einem so genannten Nachsetzen können dann diese Stellen gezielt gefalzt oder mitgefalzt werden.
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2b zeigt analog zu 2a einen Schnitt durch die Falzverbindung 400. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, wie sich der als flache Senkkopf ausgebildete Kopf 520 des Fügehilfselements 500 beim Einpressen vollständig auf der Einpressseite in den Falzflansch 310 des zweiten Blechbauteils 300 eingedrückt hat und somit an der Einpressseite nicht übersteht. Da der Senkkopf 520 flach ausgebildet ist kommt es beim Einpressen an der Einpressseite des Falzflanschs 310 nur zu geringen plastischen Verformungen. (Dadurch wird eine Kraterbildung verhindert und eine Nachbearbeitung ist nicht erforderlich.) Ferner weist der Kopf 520 eine großflächige Kopffläche auf. Somit wird verhindert, dass sich das Fügehilfselement 500 bzw. dessen Kopf 520 beim Falzen an der Falzaußenseite (Sichtseite) abzeichnet, so dass die sichtbare Außenhaut nicht durch Oberflächenfehler beeinträchtigt ist. Die Falzverbindung 400 eignet sich daher insbesondere für ein aus Aluminiumblech gebildetes erstes Blechbauteil 200, da Aluminiumblech typischerweise besonders anfällig ist.
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Ferner ist aus der Darstellung in 2b gut zu erkennen, das der als Fügeabschnitt fungierende kegelförmige Dorn 540 an dem vom Kopf 520 abgewandten Schaftende des Fügehilfselements 500 sowohl im Durchmesser als auch in seiner Höhe (axiale Länge) verhältnismäßig (d. h. im Verhältnis auf die sonstigen Abmessungen des Fügehilfselements 500 und insbesondere im Verhältnis auf die Blechdicke im Falzflansch 210 des ersten Blechbauteils 200) klein dimensioniert ist, so dass die plastischen Verformungen auf der Innenseite des Falzrands 210 beim Verpressen gering ausfallen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich der Fügeabschnitt 540 des Fügehilfselements 500 aufgrund seiner Beschaffenheit beim Verpressen nicht oder nur gering verformt und dass die Verformung im Wesentlichen an der Innenseite des Falzrands 210 erfolgt.
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2c zeigt das im Wesentlichen zylindrische Fügehilfselement 500 in einer Seiteansicht. Das Fügehilfselement 500 weist einen bolzenartigen Schaft 510, einen an einem Schaftende ausgebildeten Kopf 520 und einen kegelförmigen dornartigen Fügeabschnitt 540 auf, wobei der dornartige Fügeabschnitt 540 an der vom Kopf 520 abgewandten Stirnseite 515 des Schafts 510 angeordnet bzw. daran ausgebildet ist. Anstelle eines einzelnen dornartigen Elements 540 können auch mehrere solcher dornartigen Elemente an der Stirnseite 515 angeordnet sein, die identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein können.
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Mit 530 ist eine die vordere Stirnseite 515 umrandende Schneid- bzw. Stanzkante bezeichnet, die ein vorlochfreies Einpressen bzw. Einstanzen des Fügehilfselements 500 ermöglicht. Die Schneidkante 530 kann mit besonderen geometrischen Merkmalen ausgestattet sein, was im Detail nicht dargestellt ist. Ferner kann das Fügehilfselement 500 im Bereich dieser Schneidkante 530 gehärtet und/oder mit einer Beschichtung ausgebildet sein.
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Das Fügehilfselement 500 ist einstückig, bspw. als Dreh- oder Gussteil, aus einem metallischen Material, bspw. gehärteter Stahl, oder gegebenenfalls auch aus einem nicht-metallischen Material, bspw. einem Kunststoff- oder Kunststoffverbundmaterial, gebildet. Der Durchmesser des Schafts 510 kann bspw. 4 mm betragen. Der äußere Durchmesser des Kopfs 520 kann 5 bis 6 mm betragen und der Durchmesser des dornartigen Fügeabschnitts 540 kann (im Fußbereich) 1 mm betragen. Diese auf eine bevorzugte Ausführungsform gerichteten Größenangaben dienen der Verdeutlichung von möglichen Größenverhältnissen. Die (axiale) Schaftlänge einschließlich der Kopfhöhe (axiale Kopflänge) richtet sich nach der Blechdicke im Falzflansch 310 des zweiten Blechbauteils 300. Nach dem Einpressen sollte die Stirnseite 515 an der vom Kopf 520 abgewandten bzw. dem Falzrand 210 des ersten Blechbauteils 200 zugewandten Flanschseite nicht überstehen (wie in 2b dargestellt). Die Höhe (axiale Länge) des dornartigen Fügeabschnitts 540 richtet sich nach der Blechdicke am Falzrand 210 des ersten Blechbauteils 200. Die Höhe des dornartigen Fügeabschnitts 540 liegt insbesondere deutlich unterhalb der Blechdicke des Falzrands 210, so dass sich der dornartige Fügeabschnitt 540 beim Falzen nicht durch den Falzrand 210 durchdrücken kann. Eine möglicherweise geringe Abzeichnung auf der Falzinnenseite ist in der Regel unkritisch.
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Die 3a und 3b zeigen in gleicher Darstellungsweise eine Falzverbindung 400 mit einem anderen Fügehilfselement 500. Der Fügeabschnitt des Fügehilfselements 500 ist hier mit einem die vordere Stirnseite des Schafts 510 umrandenden und im Querschnitt keilförmigen Buckelring (bzw. Keilring) 550 ausgebildet, woraus sich eine kraterförmige Gestaltung des Fügeabschnitts ergibt, wie insbesondere aus 3c ersichtlich. In vorteilhafter Weise kann die umlaufende Kante 552 am Buckelring 550 auch als Stanzkante bzw. Schneidkante beim Einpressen des Fügehilfselements 500 fungieren (analog zur Kante 530 in 2), so dass dieser Buckelring 550 eine Doppelfunktion haben kann. Der Buckelring 550 kann auch anders ausgestaltet sein, bspw. derart, dass dieser nicht die Stirnseite des Schafts 510 umrandet, sondern innerhalb der Stirnfläche 515 angeordnet ist. Ferner können mehrere, bspw. ringförmig ineinander liegende, Buckelringe vorgesehen sein. Weiterhin kann die umlaufende scharfe Kante 552 an einem Buckelring 550 gezackt, gewellt oder dergleichen ausgebildet sein. Im Übrigen gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen in Bezug auf die in 2 gezeigte Ausführungsmöglichkeit.
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Die 4 und die 5 zeigen in gleicher Darstellungsweise weitere Falzverbindungen 400 mit anderen Fügehilfselementen 500. Das in 4 gezeigten Fügehilfselement 500 weist einen kegelförmigen Fügeabschnitt 560 auf, der sich über die gesamte vordere Stirnfläche des bolzenartigen Schafts 510 erhebt. Bei dem in 5 gezeigten Fügehilfselement 500 ist der Fügeabschnitt als keilförmiger scharfkantiger Buckel 570 ausgebildet, der sich quer über die vordere Stirnseite 515 des Schafts 510 erstreckt. Anstelle eines einzelnen Buckels können auch mehrere Buckel, die bspw. parallel zueinander oder sich kreuzend angeordnet sind, vorgesehen sein. Im Übrigen gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen in Bezug auf die in 2 und 3 gezeigten Ausführungsmöglichkeiten.
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Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Fügehilfselements 500 hergestellter Bauteilverbund 100 kann mehr als zwei Blechbauteile umfassen, bspw. derart, dass zwei (oder mehr) Blechbauteile mit ihren Falzflanschen in einer Falztasche einer Falzverbindung aufgenommen sind, wobei die Fügehilfselemente 500 in einem der Falzflansche oder in beiden Falzflanschen dieser Blechbauteile eingepresst sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2403179 A [0004]
- US 5237734 A [0004]
- US 7007368 B2 [0004]
- EP 0825351 A1 [0004]
