DE102014013211A1 - Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung zwischen einem Innenteil und einem Außenteil - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung zwischen einem Innenteil und einem Außenteil Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung (10) zwischen einem Innenteil (1) und einem Außenteil (2) welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Bereitstellen eines flächigen Innenteils (1) und eines flächigen Außenteils (2), wobei das Innenteil (1) und/oder das Außenteil (2) aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff besteht, b) Erwärmen des thermoplastischen Faserverbundwerkstoff in dem zum Falzen vorgesehenen Randbereich (1.1, 2.1, 2.2) des Innenteils (1) und/oder des Außenteils (2) bis zum Aufschmelzen der thermoplastischen Kunststoffmatrix, c) Falzen des Außenteils (2) um den Randbereich des Innenteils (1), wobei die aufgeschmolzene Kunststoffmatrix als adhäsive Komponente (3) dient, und d) Abkühlen des Bereichs der Falzverbindung (10) zur Bildung einer Klebverbindung zwischen dem Innen- und Außenteil (1, 2) mittels der adhäsiven Komponente (3).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung zwischen einem Innenteil und einem Außenteil.
  • Die Herstellung von Karosserieanbauteilen im Rahmen der Fertigung einer Fahrzeugkarosserie erfolgt durch Falzen. Hierbei wird das Außenteil mit dem Innenteil gefügt. Das Fügen erfolgt durch die kontinuierliche oder sequentielle Biegung des Flansches des Außenteils, bis die Kante des Innenteils vollständig umschlossen ist. Durch das Falzen des Außenteils auf das bauteilversteifende Innenteil wird eine formschlüssige Verbindung erzeugt. Ferner ist es bekannt, in dem Falzbereich zwischen den beiden Bauteilen zusätzlich Klebstoff einzubringen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Dies dient zusätzlich dem Korrosionsschutz. Der Klebstoff wird anschließend im Trocknungsofen der kathodischen Tauchlackierung (KTL) ausgehärtet.
  • Im Zuge des zunehmenden Leichtbaus im Automobilbereich kommt es zur vermehrten Verwendung von Bauteilen im Multi-Material-Design. Insbesondere die Kombinationen von Metall, insbesondere Leichtmetall, mit faserverstärkten Kunststoffen lassen ein hohes Gewichtseinsparungspotential erwarten. Auch für Anbauteile, wie Türen oder Frontklappen, wird eine solche Kombination mit faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt.
  • Aus der FR 2 909 306 A3 ist eine Anordnung aus einem thermoumformbaren Bauelement und einem Verstärkungselement bekannt, bei welcher das Ende des thermoumformbaren Bauelementes um das Ende des Versteifungselementes gefaltet ist, so dass eine Seite des thermoumformbaren Elementes ein Ende des Verstärkungselementes auf dessen gegenüberliegenden Seiten kontaktiert. Zum Zwecke der Abdichtung ist zwischen dem thermoumformbaren Bauelement und dem Verstärkungselement eine Dichtmasse vorgesehen.
  • Als Nachteil dieses Verfahrens kann angesehen werden, dass zusätzlich zur Durchführung des Biegeverfahrens ein weiterer Prozess zur Abdichtung der Verbindung der beiden Bauelemente durch Einbringen von Dichtmasse erforderlich ist.
  • Des Weiteren beschreibt die EP 2 111 333 B1 ein Verfahren zur Fixierung eines ersten und zweiten Bauteils aus thermoplastischen Material für Fahrzeuge, bei dem das erste Bauteil einem senkrecht auf dessen Fläche stehenden Vorsprung und das zweite Bauteil eine Aufnahmefläche aufweist. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird das zweite Bauteil auf das erste Bauteil gelegt, so dass dieses an dem Vorsprung anliegt. Anschließend wird der Vorsprung des ersten Bauteils erwärmt und plastisch derart verformt, dass der Vorsprung die Aufnahmefläche des zweiten Bauteils kontaktiert, wobei gleichzeitig ein oberflächliches Schmelzen der Kontaktflächen und ein Mischen der geschmolzenen Materialien zustande kommt. Bei diesem bekannten Verfahren ist die Herstellung des ersten Bauteils mit einem entsprechenden Vorsprung aufwändig.
  • Schließlich ist aus der EP 0 907 431 B1 ein Verfahren zum Biegen/Falzen eines flächigen Werkstückes bekannt, bei dem das Werkstück aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung im Bereich der Umformung lokal thermisch behandelt wird, wobei die Wärmebehandlung entlang einer Biegezone erfolgt. Das Verfahren wird derart durchgeführt, dass das Biegen/Falzen zeitlich nach der Wärmebehandlung innerhalb eines Zeitraumes erfolgt, in dem der Werkstoff des Werkstückes noch eine, durch die Wärmebehandlung hervorgerufene, höhere Umformbarkeit aufweist. Dieses bekannte Verfahren bezieht sich lediglich auf Bauteile aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung zwischen einem Innenteil und einem Außenteil bereitzustellen, bei welchem wenigstens ein Fügepartner aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht und mit geringem Aufwand und daher mit einer kurzen Prozesszeit durchführbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Ein solches Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung zwischen einem Innenteil und einem Außenteil zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte aus:
    • a) Bereitstellen eines flächigen Innenteils und eines flächigen Außenteils, wobei das Innenteil und/oder das Außenteil aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff besteht,
    • b) Erwärmen des thermoplastischen Faserverbundwerkstoff des zum Falzen vorgesehenen Randbereiches des Innenteils und/oder des Außenteils bis zum Aufschmelzen der thermoplastischen Kunststoffmatrix,
    • c) Falzen des Außenteils um den Randbereich des Innenteils, wobei die aufgeschmolzene Kunststoffmatrix als adhäsive Komponente dient, und
    • d) Abkühlen des Bereichs der Falzverbindung zur Bildung einer Klebverbindung zwischen dem Innen- und Außenteil mittels der adhäsiven Komponente.
  • Bei der Herstellung dieser erfindungsgemäßen Falzverbindung wird bzw. werden als Innenteil und/oder als Außenteil ein Kunststoffbauteil aus einem faserverstärkten thermoplastischen Werkstoff, das auch als Organoblech bezeichnet wird, verwendet. Thermoplastische Kunststoffe haben gegenüber Duromeren den Vorteil, dass sie durch Temperatureintrag weich werden und bei Abkühlung wieder aushärten. Ein solches Organoblech lässt sich unter Wärme und Druck leicht umformen, insbesondere Tiefziehen und Biegen. Beim Falzen der Bauteilumrandung wird die thermoplastische Matrix des Außenteils an gezielten Stellen erwärmt, um die nötigen Umformgrade prozesssicher zu erreichen. Gleichzeitig dient die lokal aufgeschmolzene Matrix des Faserverbund-Werkstoffs als adhäsive Komponente im Sinne eines Falzklebstoffs. Falls nur das Innenteil aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff besteht und als Außenteil bspw. ein Metallblech verwendet wird, wird dieses Innenteil vor dem Biegen erwärmt, so dass auch dessen lokal aufgeschmolzene Matrix als Falzklebstoff wirkt. So entfällt die zusätzliche Einbringung eines Klebstoffs völlig, wodurch Anlagentechnik und Kosten eingespart werden können.
  • Neben dem Vorteil, dass ein zusätzlicher Falzklebstoff nicht erforderlich ist, werden die an der Falzverbindung beteiligten Bauteile keiner ganzheitlichen thermischen Belastung ausgesetzt, wie dies bei Verwendung eines Rohbau-Klebstoffes erforderlich wäre. Damit können innerhalb kurzer Zeit solche Falzverbindung hergestellt werden, wobei die mit einer solchen erfindungsgemäßen Falzverbindung hergestellten Bauteile innerhalb kurzer Zeit nach dem Fügen und dem Abkühlen des Außenteils zur weiteren Verarbeitung bereit stehen.
  • Vorzugsweise kann das Innenteil als Kunststoffbauteil aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff bereitgestellt werden, wobei das zugehörige Außenteil aus Metallblech, bspw. aus Stahlmaterial oder Aluminium bestehen kann. Es ist natürlich auch möglich, umgekehrt das Innenteil als Metallblech und das Außenteil aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff herzustellen. Schließlich können auch sowohl das Innenteil als auch das Außenteil als Kunststoffbauteil aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff bereitgestellt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Prozesszustandes zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Falzverbindung, und
  • 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen hergestellten Falzverbindung.
  • Zunächst werden zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Falzverbindung ein Innenteil 1 als erster Fügepartner und ein Außenteil 2 als zweiter Fügepartner bereitgestellt. Das Innenteil 1 stellt ein sogenanntes Organoblech dar und besteht aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff.
  • Zur Herstellung eines am Rand des Innenteils 1 verlaufenden Fügebereiches 1.1 wird das Innenteil 1 entsprechend der Darstellung nach 1 abgewinkelt hergestellt und mit diesem Fügebereich 1.1 auf einen Fügebereich 2.1 des Außenteils 2 abgelegt, so dass randseitig ein Falzüberstand 2.2 entsteht.
  • Anschließend wird der Fügebereich 1.1 des Innenteils 1 erwärmt und daran anschließend mittels eines geeigneten Werkzeugs der Falzüberstand 2.2 des Außenteils 2 um den Fügebereich 1.1 gebogen. Die aufgeschmolzene thermoplastische Matrix des Innenteils 1 wirkt als adhäsive Komponente, also als Falzklebstoff, und benetzt die Kontaktbereiche zwischen dem Innenteil 1 und dem Außenteil 2.
  • Während des anschließenden Abkühlens der Fügeverbindung 10 verfestigt sich die Polymermatrix zwischen dem Innenteil 1 und dem Außenteil 2, sodass eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Diese verfestigte Polymermatrix ist in 2 als Schicht 3 bezeichnet, die sich zwischen den Fügebereich 1.1 des Innenteils 1 und dem Fügebereich 2.1 bzw. dem Falzüberstand 2.2 des Außenteils 2 befindet.
  • Das Außenteil 2 kann als Metallblech aus einem Stahlwerkstoff oder Leichtmetallwerkstoff, wie bspw. Aluminium hergestellt sein. Auch ist es möglich, das Außenteil 2 entsprechend dem Innenteil 1 als Organoblech bereitzustellen. Im letztgenannten Fall kann bei der Herstellung der Falzverbindung 10 auch der Fügebereich 2.1 sowie der Falzüberstand 2.2 erwärmt werden, so dass auch die aufgeschmolzene thermoplastische Matrix des Außenteils 2 als Falzklebstoff wirken kann.
  • Entgegen dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Falzverbindung 10 auch mit einem Innenteil 1 aus einem Metallwerkstoff und einem Außenteil 2 als Organoblech hergestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Innenteil
    1.1
    Fügebereich
    2
    Außenteil
    2.1
    Fügebereich
    2.2
    Falzüberstand
    3
    verfestigte Polymermatrix
    10
    Falzverbindung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • FR 2909306 A3 [0004]
    • EP 2111333 B1 [0006]
    • EP 0907431 B1 [0007]

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung (10) zwischen einem Innenteil (1) und einem Außenteil (2), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines flächigen Innenteils (1) und eines flächigen Außenteils (2), wobei das Innenteil (1) und/oder das Außenteil (2) aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff besteht, b) Erwärmen des thermoplastischen Faserverbundwerkstoff in dem zum Falzen vorgesehenen Randbereich (1.1, 2.1, 2.2) des Innenteils (1) und/oder des Außenteils (2) bis zum Aufschmelzen der thermoplastischen Kunststoffmatrix, c) Falzen des Außenteils (2) um den Randbereich des Innenteils (1), wobei die aufgeschmolzene Kunststoffmatrix als adhäsive Komponente (3) dient, und d) Abkühlen des Bereichs der Falzverbindung (10) zur Bildung einer Klebverbindung zwischen dem Innen- und Außenteil (1, 2) mittels der adhäsiven Komponente (3).
DE102014013211.0A 2014-09-06 2014-09-06 Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung zwischen einem Innenteil und einem Außenteil Ceased DE102014013211A1 (de)

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