DE102013110761B4 - Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundbauteils und metallisches Verbundbauteil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundbauteils, bestehend aus einem Blechformteil, das mit einem anderen metallischen Bauteil verbunden ist und ein entsprechendes metallisches Verbundbauteil. Um ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundbauteils aus einem Blechformteil, das mit einem anderen metallischen Bauteil verbunden ist, zu schaffen, durch das bei reduzierter Masse des Verbundbauteils eine höhere mechanische Belastbarkeit des Verbundbauteils erreichbar ist, wird im Rahmen der Erfindung ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen: • Versehen einer Blechplatine mit einer Ausnehmung, deren Form der des anderen metallischen Bauteils entspricht, • Einbringen des anderen Bauteils in ein Preßhärtwerkzeug, • Formen der Blechplatine zu dem Blechformteil in dem Preßhärtwerkzeug, • Positionieren des anderen Bauteils in der Ausnehmung des Blechformteils, • Durchführen eines Abkühlprozesses in dem Preßhärtwerkzeug. Alternativ wird noch vor dem ersten Arbeitsgang des Preßhärtens, dem Formen des Blechformteils, das andere Bauteil in die Ausnehmung des Blechformteils eingebracht und anschließend durchlaufen beide Bauteile den zweiten Arbeitsgang des Preßhärtens, nämlich den Abkühlprozeß. Aufgrund der Schrumpfungsvorgänge beim Abkühlprozeß werden die beiden Bauteile stoffschlüssig fest miteinander verbunden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundbauteils, bestehend aus einem Blechformteil, das mit einem anderen metallischen Bauteil verbunden ist und ein entsprechendes metallisches Verbundbauteil.
- Die
DE 10 2012 105 580 B3 beschreibt ein Verfahren zum Preßhärten von Stahl, wobei ein Stahlblech aus einer härtbaren Stahllegierung auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur aufgeheizt wird und anschließend in einem Werkzeug umgeformt und dabei gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, so daß eine Härtung herbeigeführt wird. Das Preßhärten wird insbesondere zum Herstellen von Strukturbauteilen für Kraftfahrzeuge, wie Längsträger, Querträger, A-, B- oder C-Säulen verwendet. - Aus der
DE 20 2010 002 099 U1 ist ein Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Strukturbauteil wie ein Längsträger, Querträger oder eine A-, B- oder C-Säule bekannt, wobei das Verbundbauteil aus einem Strukturbauteil aus einem preßgehärteten Stahl ausgebildet ist und in dem Strukturbauteil aus preßgehärtetem Stahl zumindest teilbereichsweise ein Kunststoffbauteil formschlüssig eingesetzt oder eingeformt angeordnet ist. - Ein Verfahren zum Koppeln von zwei Bauteilen, wobei die Bauteile aus nicht schweißbaren Werkstoffen bestehen, wobei an dem ersten Bauteil ein Fortsatz ausgebildet wird, der dann in das zweite Bauteil eingebracht und anschließend in diesem einstückig vernietet wird, ist aus der
DE 10 2012 100 786 A1 bekannt. - Metallische Verbundbauteile aus einem Blechformteil, das mit einem anderen metallischen Bauteil verbunden ist, wie beispielsweise ein Lamellenträger auf einer Welle als Bauteil in Automatik- oder Doppelkupplungsgetrieben, werden gemäß dem Stand der Technik hergestellt, indem der Lamellenträger als Tiefziehteil gefertigt wird und anschließend in einem Schweißprozeß mit einer metallischen Welle stoffschlüssig verbunden wird. Die Wärmeeinbringung beim Schweißprozeß ist jedoch von Nachteil, da hierdurch Spannungen in dem Verbundbauteil hervorgerufen werden.
- Da die mechanischen Anforderungen an derartige Bauteile permanent zunehmen und gleichzeitig das Erfordernis besteht, deren Masse zu reduzieren, besteht das Bedürfnis, ein Herstellungsverfahren zu schaffen, das diesen steigenden Anforderungen gerecht wird.
- Aus der
DE 103 60 417 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer Platine bekannt, wobei die Platine in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und anschließend in dem Pressenwerkzeug gehärtet wird. Zwischen der Matrize und dem Blechhalter des Pressenwerkzeuges wird vor der Umformung ein Abstand eingestellt, der größer ist als die Platinendicke. Während der Umformung wird der Abstand derart reduziert, daß das Blechprofil zumindest abschnittsweise an dem Blechhalter anliegt. Durch den Abstand wird ein flächiger Kontakt zwischen dem Blechprofil und dem Blechhalter während der Umformung und damit ein gleichmäßiges Abkühlen des Blechprofils verhindert. Nach der Umformung wird durch die Reduzierung des Abstandes ein flächiger Kontakt zwischen Blechhalter und Blechprofil geschaffen. Hierdurch kühlt das Blechprofil gleichmäßig und mit der notwendigen Abkühlgeschwindigkeit aus, so daß die erforderliche Härte bzw. die gewünschten Festigkeitseigenschaften des Blechprofils gewährleistet werden können. - Die
DE 102 21 247 A1 beschreibt ein Werkzeug zum Bearbeiten von Platten, bestehend aus einem Stempel und einer Matrize, wobei jeweils der Stempel und die Matrize zweiteilig ausgebildet sind. Ein Teil dient jeweils der unmittelbaren Bearbeitung und besteht deshalb aus einem härteren Material, während der andere Teil der Halterung des Werkzeuges dient. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundbauteils aus einem Blechformteil, das mit einem anderen metallischen Bauteil verbunden ist, zu schaffen, durch das bei reduzierter Masse des Verbundbauteils eine höhere mechanische Belastbarkeit des Verbundbauteils erreichbar ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:
- • Versehen einer Blechplatine mit einer Ausnehmung, deren Form im Wesentlichen der des anderen metallischen Bauteils entspricht,
- • Einbringen des anderen Bauteils in ein Preßhärtwerkzeug,
- • Formen der Blechplatine zu dem Blechformteil in dem Preßhärtwerkzeug,
- • Positionieren des anderen Bauteils in der Ausnehmung des Blechformteils, wobei ein Verbundbauteil entsteht,
- • Durchführen eines Abkühlprozesses in dem Preßhärtwerkzeug.
- Nach dem ersten Arbeitsgang des Preßhärtens, dem Formen des Blechformteils, wird das andere Bauteil in die Ausnehmung des Blechformteils eingebracht und anschließend durchlaufen beide Bauteile den zweiten Arbeitsgang des Preßhärtens, nämlich den Abkühlprozeß. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß wenn das andere Bauteil im kalten Zustand in der Ausnehmung des nach dem Formen heißen Blechformteils positioniert wird, aufgrund der Schrumpfungsvorgänge beim Abkühlprozeß die beiden Bauteile stoffschlüssig fest miteinander verbunden werden, so daß ein zusätzlicher Schweißprozeß, der eine erneute Wärmeeinbringung mit den bekannten Nachteilen mit sich zieht, entfallen kann.
- Alternativ wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:
- • Versehen einer Blechplatine mit einer Ausnehmung, deren Form im Wesentlichen der des anderen metallischen Bauteils entspricht,
- • Einbringen des anderen Bauteils in ein Preßhärtwerkzeug,
- • Positionieren des anderen Bauteils in der Ausnehmung des Blechformteils, wobei ein Verbundbauteil entsteht,
- • Formen des Verbundbauteils in dem Preßhärtwerkzeug,
- • Durchführen eines Abkühlprozesses in dem Preßhärtwerkzeug.
- Bei dieser Vorgehensweise wird noch vor dem ersten Arbeitsgang des Preßhärtens, dem Formen des Blechformteils, das andere Bauteil in die Ausnehmung des Blechformteils eingebracht und anschließend durchlaufen beide Bauteile den zweiten Arbeitsgang des Preßhärtens, nämlich den Abkühlprozeß. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß wenn das andere Bauteil im kalten Zustand in der Ausnehmung des für das Preßhärten aufgeheizten Blechformteils positioniert wird, aufgrund der Schrumpfungsvorgänge beim Abkühlprozeß die beiden Bauteile stoffschlüssig fest miteinander verbunden werden, so daß ein zusätzlicher Schweißprozeß, der eine erneute Wärmeeinbringung mit den bekannten Nachteilen mit sich zieht, entfallen kann.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Blechformteil und/oder das andere Bauteil so ausgebildet sind, daß sich zusätzlich ein Formschluß zwischen dem Blechformteil und dem anderen Bauteil ergibt.
- Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das andere Bauteil einen Vorsprung aufweist, der beim Positionieren des anderen Bauteils an den Rand der Ausnehmung anschlägt, so daß einerseits die Verbindungsposition sichergestellt ist und andererseits der Vorsprung in dem Verbundbauteil eine Stützfunktion übernimmt.
- Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das Blechformteil ein topfförmiges Blechformteil ist.
- In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, daß das topfförmige Blechformteil ein Lamellenträger ist.
- Ebenso ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das andere Bauteil ein wellenförmiges Bauteil ist.
- Es ist zur Erfindung gehörig, daß ein Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem der Blechplatine bzw. des anderen Bauteils auf die Blechplatine und/oder das andere Bauteil aufgebracht wird.
- Hierdurch wird ein Stoffschluß zwischen der Blechplatine und dem anderen Bauteil gefördert.
- Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß das andere Bauteil nach dem Durchführen des Abkühlprozesses mechanisch fertigbearbeitet wird.
- Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um ein Verbundbauteil handelt, das rotationssymmetrisch ausgebildet sein muß und das eventuell dynamisch gewuchtet verbaut wird. Dem kann bei der mechanischen Fertigbearbeitung nach dem Herstellen des Verbundbauteils Rechnung getragen werden.
- Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verbundbauteil, bestehend aus einem Blechformteil, das mit einem anderen metallischen Bauteil verbunden ist, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
- Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Verbundbauteil ein Lamellenträger mit einer Welle ist.
- Nachfolgend werden zwei Ausführungsvarianten der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen
-
1 bis3 die erste Ausführungsvariante, nämlich -
1 die Blechplatine und das andere Bauteil in dem Preßhärtwerkzeug vor dem Preßhärten, -
2 das Blechformteil nach dem Formen in dem Preßhärtwerkzeug, -
3 das Positionieren des anderen Bauteils in der Ausnehmung des Blechformteils, -
4 bis6 die zweite Ausführungsvariante, nämlich -
4 die Blechplatine und das andere Bauteil in dem Preßhärtwerkzeug vor dem Preßhärten, -
5 das Positionieren des anderen Bauteils in der Ausnehmung des Blechformteils, -
6 das Verbundbauteil nach dem Formen in dem Preßhärtwerkzeug. - Wie aus
1 ersichtlich, wird eine Blechplatine1 , die eine Ausnehmung2 aufweist, bis zur Rotglut erhitzt und dann in ein Preßhärtwerkzeug3 eingebracht, das aus zwei zusammenwirkenden Preßelementen3a und3b besteht. In einen Kanal4b eines der Preßelemente (hier: in das Preßelement3b ) wird das andere Bauteil5 eingebracht, bei dem es sich hier um eine Welle5 handelt. Das andere Bauteil5 wird nicht oder auf eine geringere Temperatur als die Blechplatine1 erhitzt. - Als Werkstoffe für die Blechplatine
1 und das andere Bauteil5 kommen insbesondere Stahl, Stahlblech und Aluminium in Frage. -
2 zeigt, wie beim Zusammenfahren der beiden Preßelemente3a und3b aus der Blechplatine1 ein Blechformteil1' geformt wird, das immer noch eine Ausnehmung2 aufweist. Nun wird beispielsweise über einen Stempel (nicht dargestellt) eine Kraft F in axialer Richtung auf das andere Bauteil5 ausgeübt, das sich entlang des Kanals4b , durch die Ausnehmung2 des Blechformteils1' hindurch bis in einen oberhalb der Ausnehmung2 angeordneten Kanal4a in dem anderen Preßelement3a schiebt. - In
3 hat das andere Bauteil5 seine Endposition erreicht. Nun wird der Abkühlprozeß des Preßhärtens durchgeführt, wobei sich das andere Bauteil5 aufgrund der Schrumpfung des Blechformteils1' fest mit diesem verbindet. Zur Förderung eines möglichen Stoffschlusses kann ein Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem der Blechplatine1 und dem anderen Bauteil5 auf die Blechplatine1 und/oder das andere Bauteil5 aufgebracht werden, beispielsweise Aluminium. Alternativ kann eine Lotverbindung aufgebracht werden. - Gegebenenfalls kann anschließend die Endbearbeitung des anderen Bauteils
5 erfolgen, um ein rotationssymmetrisches und dynamisch gewuchtetes Verbundbauteil zu erhalten. - Die
4 bis6 zeigen eine alternative Vorgehensweise. Der erste Schritt ist bei dieser Vorgehensweise identisch mit dem von1 der oben beschriebenen Vorgehensweise. - Im zweiten Schritt (
5 ) wird das andere Bauteil5 aus dem Kanal4b durch eine axiale Kraft in der Ausnehmung2 der vorerhitzten Blechplatine1 positioniert, wobei sich das andere Bauteil5 aufgrund der Schrumpfung des Blechformteils1' fest mit diesem verbindet. Zur Förderung eines möglichen Stoffschlusses kann ein Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem der Blechplatine1 und dem anderen Bauteil5 auf die Blechplatine1 und/oder das andere Bauteil5 aufgebracht werden, beispielsweise Aluminium. Alternativ kann eine Lotverbindung aufgebracht werden. - Anschließend (
6 ) wird beim Zusammenfahren der beiden Preßelemente3a und3b ein Verbundbauteil1'' geformt und anschließend der Abkühlprozeß des Preßhärtens durchgeführt. - Gegebenenfalls kann anschließend die Endbearbeitung des anderen Bauteils
5 erfolgen, um ein rotationssymmetrisches und dynamisch gewuchtetes Verbundbauteil zu erhalten.
Claims (11)
- Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundbauteils, bestehend aus einem Blechformteil (
1' ), das mit einem anderen metallischen Bauteil (5 ) verbunden ist, das folgende Verfahrensschritte aufweist: • Versehen einer Blechplatine (1 ) mit einer Ausnehmung (2 ), deren Form im Wesentlichen der des anderen metallischen Bauteils (5 ) entspricht, • Einbringen des anderen Bauteils (5 ) in ein Preßhärtwerkzeug (3 ), • Formen der Blechplatine (1 ) zu dem Blechformteil (1' ) in dem Preßhärtwerkzeug, • Positionieren des anderen Bauteils (5 ) in der Ausnehmung (2 ) des Blechformteils (1' ), wobei ein Verbundbauteil (1'' ) entsteht, • Durchführen eines Abkühlprozesses in dem Preßhärtwerkzeug (3 ). - Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundbauteils, bestehend aus einem Blechformteil (
1' ), das mit einem anderen metallischen Bauteil (5 ) verbunden ist, das folgende Verfahrensschritte aufweist: • Versehen einer Blechplatine (1 ) mit einer Ausnehmung (2 ), deren Form im Wesentlichen der des anderen metallischen Bauteils (5 ) entspricht, • Einbringen des anderen Bauteils (5 ) in ein Preßhärtwerkzeug (3 ), • Positionieren des anderen Bauteils (5 ) in der Ausnehmung (2 ) des Blechformteils (1' ), wobei ein Verbundbauteil (1'' ) entsteht, • Formen des Verbundbauteils (1'' ) in dem Preßhärtwerkzeug, • Durchführen eines Abkühlprozesses in dem Preßhärtwerkzeug (3 ). - Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechformteil (
1' ) und/oder das andere Bauteil (5 ) so ausgebildet sind, daß sich ein Formschluß zwischen dem Blechformteil (1' ) und dem anderen Bauteil (5 ) ergibt. - Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Bauteil (
5 ) einen Vorsprung aufweist, der beim Positionieren des anderen Bauteils (5 ) an den Rand der Ausnehmung (2 ) anschlägt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechformteil (
1' ) ein topfförmiges Blechformteil ist. - Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das topfförmige Blechformteil ein Lamellenträger ist.
- Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Bauteil (
5 ) ein wellenförmiges Bauteil ist. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem der Blechplatine (
1 ) bzw. des anderen Bauteils (5 ) auf die Blechplatine (1 ) und/oder das andere Bauteil (5 ) aufgebracht wird. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Bauteil (
5 ) nach dem Durchführen des Abkühlprozesses mechanisch fertigbearbeitet wird. - Metallisches Verbundbauteils, bestehend aus einem Blechformteil (
1' ), das mit einem anderen metallischen Bauteil (5 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Verbundbauteil gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 hergestellt ist. - Metallisches Verbundbauteil gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundbauteil ein Lamellenträger mit einer Welle ist.
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