DE102014204643A1

DE102014204643A1 - Bauteilfügeverfahren und Bauteilfügestruktur

Info

Publication number: DE102014204643A1
Application number: DE102014204643.2A
Authority: DE
Inventors: Kensuke Sakai
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-10-02
Also published as: JP2014188548A; US20140294489A1; CN104070277A; US10118254B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein Bauteilfügeverfahren und eine Bauteilfügestruktur. Das Bauteilfügeverfahren weist die Schritte auf Bilden einer Öffnung (10) in einer Seitenschwellerverstärkung (5), die sich aus einem Teil oder mindestens zwei übereinanderliegenden Teilen zusammensetzt, Einbetten eines aus Metall gebildeten Einsatzbauteils (11) in der Öffnung (10, Platzieren eines aus Metall gebildeten Seitenschwellers (1) auf einer Außenfläche der Seitenschwellerverstärkung (5), so dass die Seitenschwellerverstärkung (5) auf einer Innenseite des Seitenschwellers (1) gehalten wird, und Zusammenfügen des Seitenschwellers (1) mit dem Einsatzbauteil (11).

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-066056 , eingereicht am 27. März 2013, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Die Erfindung betrifft ein Bauteilfügeverfahren und eine Bauteilfügestruktur und insbesondere ein Bauteilfügeverfahren und eine Bauteilfügestruktur unter Verwendung von Widerstandspunktschweißen.
Bei einem Fügeverfahren und einer Fügestruktur, die in einer Schweißstraße für Kraftfahrzeugkarosserien zum Einsatz kommen, werden normalerweise höchstens drei Bleche verschweißt, um eine stabile Qualität beim Widerstandspunktschweißen zu gewährleisten (siehe beispielsweise die JP-A-2012-66795 ). Aus diesem Grund wird beim Verschweißen von beispielsweise vier oder mehr Blechen ein vorbestimmter Fügeabschnitt ausgeschnitten, um eine Struktur zum verschweißen von drei Blechen zu erhalten.
Oft werden unterschiedliche Metallmaterialien in einer Grundbauteilfügestruktur verschweißt, und mitunter wird eine intermetallische Verbindung zwischen den unterschiedlichen Metallmaterialien erzeugt. Damit ist es schwierig, ein Bauteilfügeverfahren und eine Bauteilfügestruktur zu erhalten, die ausreichende Festigkeit gewährleisten. Aus diesem Grund hängt die Bauteilfügestruktur im Grunde von mechanischer Befestigung ab, z. B. Nietung.
Wird aber bei herkömmlichen Fügestrukturen und -verfahren ein Ausschnittabschnitt durch Ausschneiden eines vorbestimmten Fügeabschnitts gebildet, so kommt es bei Einwirkung von Außenkraft durch Kollision oder aus anderen Gründen leicht zu einem solchen Problem wie Verformung, die vom Ausschnittabschnitt ausgeht. Aus diesem Grund müssen die Blechdicke und das Material geändert werden, um ein solches Problem zu vermeiden.
Beim Nieten, das ein Fügeverfahren ist, sind eine Spezialvorrichtung und Nieten, die Verbrauchsgüter sind, notwendig. Dies verursacht neue Probleme in der Produktionslinie sowie Kosten.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Bauteilfügeverfahren und eine Bauteilfügestruktur bereitzustellen, mit denen mindestens drei Bleche leicht verschweißt werden können. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Anhand der Zeichnungen wird nachstehend eine Realisierung der Erfindung näher beschrieben.
1 ist eine Perspektivansicht einer Karosserieseitenstruktur eines Fahrzeugs gemäß einer Realisierung der Erfindung;
2 ist eine Querschnittansicht einer Querschnittstruktur eines Teilstücks A in 1;
3 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittansicht eines Beispiels für eine Bauteilfügestruktur;
4 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittansicht eines weiteren Beispiels für eine Bauteilfügestruktur;
5A bis 5C zeigen ein Bauteilfügeverfahren; und
6 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittansicht eines weiteren Beispiels für eine Bauteilfügestruktur.
Gemäß 1 verfügt eine Karosserieseitenstruktur eines Fahrzeugs über einen Seitenschweller 1, der als Verkleidungsbauteil dient, das sich in Richtung von vorn nach hinten in einem Seitenteil der Fahrzeugkarosserie erstreckt, eine A- bzw. Scharniersäule 2, die sich von einem vorderen Endabschnitt des Seitenschwellers 1 nach oben erstreckt, und eine B-Säule 3, die sich von einem Mittelabschnitt des Seitenschwellers 1 nach oben erstreckt. Im Seitenschweller 1 sind die Scharniersäule 2 und die B-Säule 3, eine Seitenschwellerverstärkung 5 (siehe 2), eine Scharniersäulenverstärkung (nicht gezeigt) und eine B-Säulenverstärkung (nicht gezeigt) jeweils als Zwischenbauteile angeordnet.
Gemäß 2 weist der als Verkleidungsbauteil dienende Seitenschweller 1 einen Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und einen Seitenschweller-Außenabschnitt 1b auf. Die als Zwischenbauteil im Seitenschweller 1 angeordnete Seitenschwellerverstärkung 5 weist eine Innenverstärkung 5a und eine Außenverstärkung 5b auf.
Der Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und Seitenschweller-Außenabschnitt 1b sind jeweils durch ein Stahlblech gebildet, wogegen die Innenverstärkung 5a und Außenverstärkung 5b jeweils aus einem hochfesten Leichtgewichtigen Material gebildet sind, z. B. einer Aluminiumlegierung oder einem mit Kohlefasern verstärkten Verbundmaterial, um größere Festigkeit und leichteres Gewicht in der Fahrzeugkarosseriestruktur zu erzielen.
Zum Zusammenfügen der vier Bauteile, d. h. des Seitenschweller-Innenabschnitts 1a, des Seitenschweller-Außenabschnitts 1b, der Innenverstärkung 5a und der Außenverstärkung 5b, nicht durch mechanische Befestigung, z. B. Nietung, sondern durch Widerstandspunktschweißen wendet diese Realisierung eine Bauteilfügestruktur gemäß 3 an.
Bei dieser Bauteilfügestruktur haben die Innenverstärkung 5a und die Außenverstärkung 5b, die aus mindestens zwei übereinanderliegenden Zwischenbauteilen hergestellt sind, die aus Metall (zum Beispiel einer Aluminiumlegierung) oder Nichtmetall (zum Beispiel einem mit Kohlefasern verstärkten Verbundmaterial) gebildet sind, jeweils eine Öffnung 10, die durch kreisförmige Löcher oder Öffnungen gebildet ist. In den Öffnungen 10 ist ein Einsatzbauteil 11 eingebettet, das scheiben- oder münzartig ausgebildet ist. Das Einsatzbauteil 11 ist aus dem gleichen Metall wie der als Verkleidungsbauteil dienende Seitenschweller 1 gebildet (beispielsweise aus einem Stahlmaterial).
Grundsätzlich ist bevorzugt, dass die Dicke des Einsatzbauteils gleich der Summe der Dicke der Innenverstärkung 5a und der Dicke der Außenverstärkung 5b in der Seitenschwellerverstärkung 5 sein sollte. Alternativ kann die Dicke des Einsatzbauteils 11 so festgelegt sein, dass sie etwas größer als die Summe der Dicken der Innenverstärkung 5a und Außenverstärkung 5b in der Seitenschwellerverstärkung 5 ist, und Vorsprungabschnitte des Einsatzbauteils 11, die von Außenflächen der Innenverstärkung 5a und Außenverstärkung 5b vorstehen, können durch Schlagen mit einem Hammer 13 gemäß 5A entfernt werden.
Wird das Einsatzbauteil 11 einfach in die kreisförmigen Öffnungen 10 eingepasst, kann es sich aus der Öffnung 10 lösen. Folglich ist der Außendurchmesser des Einsatzbauteils 11 vorzugsweise so festgelegt, dass er etwas größer als der Innendurchmesser der Öffnungen 10 ist. Die Innenverstärkung 5a und Außenverstärkung 5b werden übereinander auf einem Amboss 12 gemäß 5A platziert, und ein einzelnes Einsatzbauteil 11 wird in beide kreisförmige Öffnungen 10 der Innen- und Außenverstärkung 5a und 5b mit dem Hammer 13 so eingetrieben, dass plastische Verformungskraft auf das Einsatzbauteil 11 wirkt. Dadurch wird das Einsatzbauteil 11 eingepasst und in den Öffnungen 10 durch Druckspannung gehalten (siehe 5B).
Gemäß 5C sind der Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und Seitenschweller-Außenabschnitt 1b, die aus Metall, z. B. Stahlblechen, gebildet sind, mit den Außenflächen der Innenverstärkung 5a und Außenverstärkung 5b in Kontakt gebracht, die jeweils als Zwischenbauteile dienen, so dass die Innenverstärkung 5a und Außenverstärkung 5b zwischen dem Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und Seitenschweller-Außenabschnitt 1b gehalten werden. Ferner sind diese Bauteile gemäß 5C zwischen entgegengesetzten Elektroden 14a und 14b in einer Vorrichtung 14 zum Widerstandspunktschweißen platziert, und Außenflächen des Seitenschweller-Innenabschnitts 1a und Seitenschweller-Außenabschnitts 1b sind zwischen den Elektroden 14a und 14b eingespannt. In diesem Zustand wird Widerstandspunktschweißen durch Anlegen von Spannung zwischen den Elektroden 14a und 14b durchgeführt.
Das Einsatzbauteil 11 wird so eingesetzt, dass die Mitte des Einsatzbauteils 11 auf einer Mittellinie zwischen den Elektroden 14a und 14b in der Vorrichtung 14 zum Widerstandspunktschweißen liegt, die Außenflächen des Seitenschweller-Innenabschnitts 1a und Seitenschweller-Außenabschnitts 1b sind zwischen den Elektroden 14a und 14b eingespannt, und Widerstandspunktschweißen wird durch Anlegen von Spannung zwischen den Elektroden 14a und 14b durchgeführt. Widerstandspunktschweißen wird durchgeführt, um den Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und Seitenschweller-Außenabschnitt 1b mit dem Einsatzbauteil 11 zusammenzufügen.
Dadurch werden gemäß 3 der Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und Seitenschweller-Außenabschnitt 1b an Verschweißten Abschnitten 15 in einem Stück am Einsatzbauteil 11 befestigt. Damit ist es möglich, eine Bauteilfügestruktur bereitzustellen, mit der mindestens drei (in der Realisierung vier) Blechbauteile ohne Bildung eines Ausschnittabschnitts leicht verschweißt werden können.
Das Einsatzbauteil 11 ist durch einen Verschnitt des Seitenschwellers 1 gebildet. Da der Verschnitt des Seitenschwellers 1 somit als Einsatzbauteil 11 verwendet werden kann, lasst er sich effektiv nutzen. Dies führt zu Kosteneinsparung.
Als Nächstes wird ein Bauteilfügeverfahren beschrieben. Bei diesem Bauteilfügeverfahren werden zunächst kreisförmige Öffnungen 10 in einer Innverstärkung 5a und einer Außenverstärkung 5b eines Zwischenbauteils (Seitenschwellerverstärkung) 5 gebildet, das sich aus einem oder mindestens zwei übereinanderliegenden metallischen oder nichtmetallischen Bauteilen zusammensetzt (erster Schritt).
Nach dem ersten Schritt wird gemäß 5A und 5B ein aus Metall gebildetes kreisförmiges Einsatzbauteil 11 mit einem Hammer 13 in die kreisförmigen Öffnungen 10 eingetrieben (zweiter Schritt).
Nach dem zweiten Schritt werden ein Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und ein Seitenschweller-Außenabschnitt 1b, die ein metallisches Verkleidungsbauteil bilden, auf Außenflächen der Innverstärkung 5a und Außenverstärkung 5b so platziert, dass das Zwischenbauteil 5 dazwischen gehalten wird (dritter Schritt).
Nach dem dritten Schritt werden der Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und Seitenschweller-Außenabschnitt 1b, die als Verkleidungsbauteil dienen, durch Widerstandspunktschweißen mit dem Einsatzbauteil 11 zusammengefügt (vierter Schritt).
Gemäß diesem Bauteilfügeverfahren mit dem ersten bis vierten Schritt können mindestens drei (in dieser Realisierung vier) Bleche (Bauteile) ohne Bildung eines Ausschnittabschnitts leicht verschweißt werden. Anders als beim Nieten sind daher eine Spezialvorrichtung und Nieten als Verbrauchsgüter unnötig, und eine vorhandene Schweißvorrichtung kann verwendet werden. Somit kann eine existierende Produktionsstraße ohne Änderung genutzt werden. Damit reduzieren sich Ausrüstungskosten.
Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Realisierung beschränkt, und im Schutzumfang der Erfindung können verschiedene konstruktive Änderungen vorgenommen werden. Während sich beispielsweise die Seitenschwellerverstärkung 5 aus zwei Zwischenbauteilen 5a und 5b in der Realisierung gemäß 3 zusammensetzt, kann sie sich aus drei Zwischenbauteilen oder vier Zwischenbauteilen gemäß 4 zusammensetzen. Das heißt, die Anzahl von Zwischenbauteilen ist nicht eingeschränkt. Während die Öffnungen 10 in der Realisierung kreisförmig sind, ist die Form der Öffnungen 10 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Öffnungen 10 eine elliptische, dreieckige, rechtwinklige oder polygonale Form haben.
In einem Seitenschweller 1, der als Verkleidungsbauteil in einem Beispiel gemäß 4 dient, sind eine Innenverkleidung 5a und eine Außenverkleidung 5b jeweils auf einen Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und einen Seitenschweller-Außenabschnitt 1b gelegt, und der Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und Seitenschweller-Außenabschnitt 1b erstrecken sich in Gegenrichtungen (Linksrichtung und Rechtsrichtung). In 4 tragen ähnliche Komponenten wie in 3 die gleichen Bezugszahlen, und ihre Beschreibung entfällt.
6 ist eine vergrößerte Hauptquerschnittansicht eines weiteren Beispiels für eine Bauteilfügestruktur. Gemäß 6 braucht sich ein als Verkleidungsbauteil dienender Seitenschweller 1 nicht immer aus zwei Blechen zusammenzusetzen, und ein einzelner Seitenschweller 1 kann so gefaltet sein, dass er einen U-förmigen oder winkligen U-förmigen Querschnitt hat, so dass ein Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und ein Seitenschweller-Außenabschnitt 1b einander gegenüberliegen.
Während Widerstandspunktschweißen vorzugsweise zum Zusammenfügen des Verkleidungsbauteils und Einsatzbauteils zum Einsatz kommt, können andere Fügeverfahren verwendet werden, zum Beispiel Laserschweißen oder Reibrührschweißen.
Während die Innenverstärkung 5A und die Außenverstärkung 5b der Seitenschwellerverstärkung 5 in der zuvor beschriebenen Realisierung aus einem hochfesten leichtgewichtigen Material gebildet sind, z. B. einer Aluminiumlegierung oder einem mit Kohlefasern verstärkten Verbundmaterial, können sie aus den gleichen Stahlblechen wie der Seitenschweller-Innenabschnitt 1a und Seitenschweller-Außenabschnitt 1b gebildet sein. In diesem Fall ist bevorzugt, ein durch ein Stahlblech gebildetes Einsatzbauteil 11 in Öffnungen 10 einzubetten, die in der Innenverstärkung 5a und Außenverstärkung 5b gebildet sind. Das heißt, beim Punktschweißen mehrerer Stahlbleche, während sie zwischen den Elektroden 14a und 14b der Vorrichtung 14 zum Widerstandspunktschweißen eingespannt sind, die auf beiden Außenseiten der Stahlbleche liegen, wird ein Zwischenstahlblech mitunter unzureichend verschweißt. Ist aber das Einsatzbauteil so eingelassen, lasst sich verhindern, dass ein unverschweißter Abschnitt auftritt, und die Zuverlässigkeit eines verschweißten Fügeabschnitts kann erhöht sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-066056 [0001]
JP 2012-66795 A [0003]

Claims

Bauteilfügeverfahren mit den Schritten: Bilden einer Öffnung in einem Zwischenbauteil, das sich aus einem Teil oder mindestens zwei übereinanderliegenden Teilen zusammensetzt; Einbetten eines aus Metall gebildeten Einsatzbauteils in der Öffnung; Platzieren eines aus Metall gebildeten Verkleidungsbauteils auf einer Außenfläche des Zwischenbauteils, so dass das Zwischenbauteil auf einer Innenseite des Verkleidungsbauteils gehalten wird; und Zusammenfügen des Verkleidungsbauteils mit dem Einsatzbauteil.
Bauteilfügeverfahren nach Anspruch 1, wobei das Einsatzbauteil durch einen Verschnitt des Verkleidungsbauteils gebildet ist.
Bauteilfügestruktur, die aufweist: ein Zwischenbauteil, das sich aus einem Teil oder mindestens zwei übereinanderliegenden Teilen zusammensetzt und eine Öffnung hat; ein Verkleidungsbauteil, das aus Metall gebildet und auf einer Außenfläche des Zwischenbauteils so angeordnet ist, dass das Zwischenbauteil auf einer Innenseite des Verkleidungsbauteils gehalten wird; und ein Einsatzbauteil, das aus Metall gebildet und in der Öffnung eingebettet ist.
Bauteilfügestruktur nach Anspruch 3, wobei das Einsatzbauteil durch einen Verschnitt des Verkleidungsbauteils gebildet ist.