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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Falz- und Klebeverbindung zwischen Blechbauteilen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher angegebenen Art.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Bauteilverbund aus wenigstens zwei mittels Falz- und Klebeverbindung gefügten Blechbauteilen.
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Beim Herstellen einer Falz- und Klebeverbindung tritt häufig das Problem auf, dass sich eine vor dem Falzen zwischen den Blechbauteilen herbeigeführte Ausrichtung nach dem Falzen und vor dem Aushärten des verwendeten Klebstoffs 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 Maßnahmen bekannt.
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Zum Stand der Technik wird auch auf die Patentschrift
DE 101 16 282 A1 hingewiesen, in der eine Falzverbindung beschrieben ist, bei der am Innenhautbereich eine Mehrzahl noppenförmiger Verprägungen vorgesehen ist, die im verschachtelten Zustand ein definiertes Spaltmaß zwischen Innenhautbereich und Außenhaut bilden, so dass ein Kleber während des Schachtelvorgangs und Falzprozesses nicht ungleichmäßig verteilt wird und es zu keinem Klebstoffaustritt kommt.
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Zum Stand der Technik wird ferner auf die Patentschrift
US 7 007 368 B2 hingewiesen, die eine Falz-Klebeverbindung mit mechanisch erzeugten noppenartigen Verprägungen zwischen Innenteil und Außenteil beschreibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren betreffender Art zum Herstellen einer Falz- und Klebeverbindung zwischen Blechbauteilen anzugeben, das wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Bauteilverbund bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch 10 erstreckt sich die Lösung der Aufgabe ferner auf einen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteilverbund. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Falz- und Klebeverbindung zwischen Blechbauteilen umfasst zumindest folgende Schritte:
- – Bereitstellen eines ersten Blechbauteils, das ein Außenblech und einen Falzrand aufweist, und wenigstens eines zweiten Blechbauteils, das einen Falzflansch aufweist;
- – Auftragen von Klebstoff auf die Falzinnenfläche bzw. Falzinnenflächen des ersten Blechbauteils (dies sind insbesondere die Innenfläche des Falzrands und die angrenzende dem Falzflansch des zweiten Blechbauteils zugewandte Innenfläche) und/oder auf den Falzflansch des zweiten Blechbauteils;
- – gegebenenfalls Gelieren des Klebstoffs (bspw. durch Wärmezufuhr);
- – Positionieren (einschließlich Ausrichten) der Blechbauteile relativ zueinander; und
- – Falzen durch Umbiegen des Falzrands des ersten Blechbauteils, wobei der Falzrand unter Ausbildung einer Falztasche auf den Falzflansch des zweiten Blechbauteils gedrückt wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach dem Falzen mit Hilfe (wenigstens) eines Vakuumformwerkzeugs auf der Falzinnenseite wenigstens eine Verprägung des Falzrands (des ersten Blechbauteils) mit dem Falzflansch (des zweiten Blechbauteils) herbeigeführt wird, wobei die Verprägung bis zur Aushärtung des Klebstoffs eine Lagefixierung zwischen den Blechbauteilen bewirkt bzw. ermöglicht.
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Die Verprägung wird erfindungsgemäß durch Vakuumformkräfte herbeigeführt, die mit einem Vakuumformwerkzeug erzeugt und an der Falzinnenseite aufgebracht werden. Unter einer Verprägung wird eine stufenartige plastische Verformung der Blechmaterialien im Bereich ihrer Falzverbindung verstanden, die sowohl den innenliegenden bzw. falzinnenseitigen Falzrand des ersten Blechbauteils als auch den in der Falztasche eingeklemmten Falzflansch des zweiten Blechbauteils mit einbezieht, wobei jedoch das erste Blechbauteil an seiner Falzaußenseite unverformt bleiben soll. Bevorzugt handelt es sich um eine sickenartige bzw. buckelartige und insbesondere knickfreie plastische Verformung des Falzrands des ersten Blechbauteils mit dem Falzflansch des zweiten Blechbauteils in Richtung der Falzinnenseite. Die Falzinnenseite ist die Falzseite, auf der die Falztasche durch den umgebogenen Falzrand ausgebildet ist. Dementsprechend ist die durch das Außenblech des ersten Blechbauteils gebildete Falzaußenseite definiert.
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Die Verprägung kann auch noch nach dem Aushärten des Klebstoffs eine Halte- und/oder Fixierfunktion haben. Insbesondere kann die Verprägung aber auch eine dauerhafte Versteifung des Falzbereichs bewirken. Eine Verprägung kann punktuell (wenigstens an einem Punkt), über einen Längenabschnitt (wenigstens einen Längenabschnitt) oder im Wesentlichen über die gesamte Länge der Falzverbindung ausgebildet werden. Ferner können auch mehrere nebeneinanderliegende Verprägungen vorgesehen sein. Sind mehrere Verprägungen vorgesehen, können diese identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Hierdurch ergeben sich im Rahmen der Erfindung zahlreiche Variationsmöglichkeiten.
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Die Verprägung kann in einem Arbeitsgang durch ein einzelnes entsprechend ausgebildetes Vakuumformwerkzeug oder gegebenenfalls auch durch mehrere entsprechend ausgebildete Vakuumformwerkzeuge erzeugt werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Verprägung sukzessive durch das entsprechend ausgebildete Vakuumformwerkzeug erzeugt wird, welches hierzu mehrfach an den entsprechenden Stellen mit der Falzinnenseite in Kontakt gebracht bzw. aufgesetzt wird.
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Bei den Blechbauteilen handelt es sich insbesondere um Karosseriebleche (bspw. ein Türaußenblech und ein Türinnenblech) für eine Kraftfahrzeugkarosserie. Die Aushärtung des Klebstoffs kann in einem Ofen, insbesondere im Zuge einer kathodischen Tauchlackierung (KTL-Prozess), erfolgen. Ebenso kann auch ein bei Raumtemperatur aushärtender Klebstoff verwendet werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass im Bereich der zu formenden Verprägung zwischen dem Falzflansch des zweiten Blechbauteils und dem Außenblech des ersten Blechbauteils ein Luftpolster, ein Luftspalt oder dergleichen vorgesehen ist, das bzw. der beim Verprägen ein sichtbares Einziehen des Außenblechs (an der Falzaußenseite) verhindert. Ein solches Luftpolster kann durch eine nutförmige bzw. rillenförmige Vertiefung im Falzflansch des zweiten Blechbauteils, an der dem Außenblech des ersten Blechbauteils zugewandten Seite, gebildet sein. Das zweite Blechbauteil wird hierzu entsprechend vorbereitet.
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Das Falzen kann mittels Rollfalzen erfolgen. Das Rollfalzen kann mehrere Arbeitsgänge (bspw. Vorfalzen, Fertigfalzen und gegebenenfalls Nachdrücken) umfassen. Bevorzugt erfolgt ein solches Rollfalzen mit Hilfe wenigstens eines Rollfalzkopfs, wozu die zu falzenden Blechbauteile auf einem Falztisch (Falzbett) angeordnet werden können.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass auch das Verprägen mit Hilfe des Vakuumformwerkzeugs auf einem Falztisch und insbesondere auf dem selben Falztisch erfolgt, wobei das Vakuumformwerkzeug gegen die Stützkraft des Falztischs arbeiten kann.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Vakuumformwerkzeug an einem C-förmigen Halterahmen befestigt ist, mit dem der Falzbereich bzw. die Falz- und Klebeverbindung an den zuvor gefalzten Blechbauteilen umgriffen werden kann. Das Vakuumformwerkzeug kann bspw. an einem der C-Schenkel befestigt sein und gegen den anderen C-Schenkel arbeiten, ähnlich wie bei einer Punktschweißvorrichtung (Punktschweißzange). Der Halterahmen kann an einem Roboterarm befestigt sein und mit Hilfe des Roboters bewegt werden. Ebenso ist eine stationäre Anordnung möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Die 1 bis 3 der Zeichnung zeigen in mehreren schematischen Schnittdarstellungen eines Falzbereichs verschiedene Phasen beim Herstellen einer Falz- und Klebeverbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt ausschnittsweise ein erstes Blechbauteil 10, das einen hochgestellten Falzrand 11 aufweist. Das erste Blechbauteil 10 liegt mit dem Außenblech 12 auf einem Falztisch 40 auf. Ferner ist ausschnittsweise ein zweites Blechbauteil 20 mit einem Falzflansch 21 gezeigt. Die Blechbauteile 10 und 20 sind beispielhaft aus einem Aluminiumblechmaterial gebildet, können aber ebenso auch aus einem Stahlblechmaterial oder einem anderen Blechmaterial gebildet sein. Bei den Blechbauteilen 10 und 20 handelt es sich bspw. um ein Türaußenblech und ein Türinnenblech für eine Kraftfahrzeugkarosserie.
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Durch Umbiegen des Falzrands 11 am ersten Blechbauteil 10 in der mit B angegebenen Richtung wird dieser auf den Falzflansch 21 des zweiten Blechbauteils 20 gedrückt, wobei sich eine Falztasche 13 ausbildet, in der der Falzflansch 21 des zweiten Blechbauteils 20 unter Einschluss eines Klebstoffs 30 formschlüssig aufgenommen bzw. eingeklemmt wird. Dies ist in 2 gezeigt. Der Klebstoff 30 wurde zuvor auf die Innenfläche des Falzrands 11 und der dem Falzflansch 21 zugewandten Innenfläche (Innenseite des Außenblechs 12) des ersten Blechbauteils 10 und/oder beidseitig auf den Falzflansch 21 des zweiten Blechbauteils 20 aufgetragen. Anstatt eines Klebstoffs kann auch ein Dichtstoff mit klebenden Eigenschaften verwendet werden. Das Umbiegen des Falzrands 11 erfolgt in an und für sich bekannter Weise, bspw. mit Hilfe einer Falzbacke oder eines Rollfalzkopfs.
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Um zu verhindern, dass sich die Blechbauteile 10 und 20 aus ihrer vor dem Falzen zueinander festgelegten Position gegeneinander verschieben, bevor der Klebstoff 30 ausgehärtet ist, wird mit Hilfe eines Vakuumformwerkzeugs 50 auf der Falzinnenseite wenigstens eine Verprägung des Falzrands 11 mit dem Falzflansch 21 erzeugt. Hierzu wird der Vakuumkopf 51 des Vakuumwerkzeugs 50 innenseitig auf die Falztasche 13 aufgesetzt. Durch Zuschalten eines Vakuums wird sodann eine sickenartige bzw. wulstartige Verprägung 60 des Falzrands 11 mit dem Falzflansch 21 geformt. 3 zeigt das Ende des Vakuumformvorgangs bzw. Vakuumprägevorgangs.
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Durch die Formgestaltung der Kavität 52 am Vakuumformwerkzeug 50 kann die Form der Verprägung 60 vorgegeben werden. Die Evakuierung der Kavität 52 erfolgt über wenigstens einen Vakuumkanal 53. Mit 54 ist eine umlaufende Dichtung an der Kontaktfläche des Vakuumkopfs 51 zur Abdichtung der Kavität 52 gegenüber dem innenseitigen Falzrand 11 während des Vakuumprägevorgangs bezeichnet.
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Beim Vakuumprägevorgang wird das Blechmaterial des Falzrands 11 in die Kavität 52 des Vakuumkopfs 51 plastisch hinein verformt. Das Blechmaterial des Falzflanschs 21 folgt aufgrund der Verklebung mit dem Falzrand 11 dieser Verformung und wird hierbei selbst plastisch verformt. Die plastischen Verformungen greifen formschlüssig ineinander und bilden die Verprägung 60. Der Klebstoff 30 fungiert hierbei auch als Dichtung, um zu verhindern, dass Luft in die Falztasche 13 eingezogen wird. Im Weiteren dient der Klebstoff 30 auch der Feuchteabdichtung. Die Verformung für die Verprägung 60 ist lokal auf die Innenseite der hergestellten Falz- und Klebeverbindung 100 begrenzt, wodurch ein Verziehen der Blechbauteile 10 und 20 verhindert wird. Durch die eingeformte Verprägung 60 kann im Weiteren auch das unerwünschte Austreten von Klebstoff 30 aus der Falztasche 13 verhindert oder zumindest verringert werden.
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Um zu verhindern, dass auch das Außenblech 12 des ersten Blechbauteils 10 während des Vakuumprägevorgangs eingezogen wird, ist im Bereich der zu formenden Verprägung 60 zwischen dem Falzflansch 21 des zweiten Blechbauteils 20 und dem Außenblech 12 des ersten Blechbauteils 10 ein Luftpolster 70 bzw. ein Luftspalt vorgesehen. Bevorzugt bleibt dieser Bereich auch frei von Klebstoff 30. Der Luftspalt ist durch eine nutförmige bzw. rillenförmige Vertiefung 22 im Falzflansch 21 des zweiten Blechbauteils 20 an der dem Außenblech 12 des ersten Blechbauteils 10 zugewandten Seite gebildet. Eine solche Nut kann auch an der Innenseite bzw. Innenfläche des Außenblechs 12 vorgesehen sein. Zur Ausbildung eines Luftpolsters 70 können auch Kerben, Rillen, Waffelverprägungen oder dergleichen vorgesehen werden.
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Eine Nachbearbeitung einer erfindungsgemäß hergestellten Falz- und Klebeverbindung 100 ist nicht erforderlich. Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können bei Raumtemperatur und/oder im Wesentlichen automatisiert ausgeführt werden. In der Falztasche 13 können auch mehrere zweite Blechbauteile 20 aufgenommen und durch wenigstens eine vakuumerzeugte Verprägung 60 fixiert sein. Die Blechbauteile 10 und/oder 20 können auch aus nicht-metallischen Materialien gebildet sein, sofern diese ein plastisches Verformungsvermögen aufweisen.
