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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbearbeitung einer fehlerhaften Clinchverbindung zwischen wenigstens zwei Werkstücken.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Clinchverbindung zwischen wenigstens zwei Werkstücken.
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Die Erfindung betrifft auch einen Werkstückverbund, mit wenigstens einer die Werkstücke formschlüssig verbindenden Clinchverbindung.
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Beim Clinchen (auch als Durchsetzfügen bezeichnet) werden wenigstens zwei Werkstücke, wobei es sich insbesondere um Blechwerkstücke oder blechartige Werkstücke handelt, an einer Fügestelle durch teilweises Umformen mittels Stempel und Matrize formschlüssig miteinander verbunden. Das Clinchen wird auch als kalte Fügetechnik und die hergestellte Fügeverbindung als Clinchpunkt bezeichnet. Zum Stand der Technik wird stellvertretend auf die Patentschriften
DE 198 43 834 C2 und die
DE 297 00 868 U1 hingewiesen.
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Als weiterer Stand der Technik werden die
DE 10 2009 004 661 A1 , die eine Vorrichtung zur Reparatur der Schaufeln von BLISK-Trommeln mittels Laserstrahlauftragsschweißen beschreibt, sowie die
NL 940 1196 A1 , die ein Verfahren zum nicht trennbaren Punktverbinden von Plattenabschnitten durch Clinchen mit Hilfe eines Klebstoffs und einer Vorrichtung dafür beschreibt, genannt.
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Bei einer fehlerhaften Clinchverbindung muss der hergestellte Werkstückverbund in der Regel entsorgt werden. Erschwerend kommt der Umstand hinzu, dass eine fehlerhafte Clinchverbindung häufig erst am Ende eines übergeordneten Fertigungsprozesses, bspw. dem Zusammenbau einer Fahrzeugkarosserie, als solche erkannt wird.
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Die Erfindung soll Möglichkeiten aufzeigen, wie sich wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermeiden oder zumindest verringern lässt.
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Dies gelingt durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Nachbearbeitung einer fehlerhaften Clinchverbindung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Dies gelingt ferner durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Clinchverbindung zwischen wenigstens zwei Werkstücken entsprechend den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs. Mit einem weiteren nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf einen mit einem der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten bzw. nachbearbeiteten Werkstückverbund. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nachbearbeitung einer fehlerhaften Clinchverbindung zwischen wenigstens zwei Werkstücken umfasst zumindest folgende Schritte:
- - einseitiges Aufbohren der (fehlerhaften) Clinchverbindung im Bodenbereich (bzw. im Boden des Clinchfügepunkts), wobei zumindest das Werkstückmaterial des zugangsseitigen Werkstücks, d. h. des Werkstücks auf der Bohrungszugangsseite, unter Ausbildung einer Bohrung abgetragen wird; und
- - stoffschlüssiges Fügen der Werkstücke durch Verschweißen oder Verlöten innerhalb der (zuvor erzeugten) Bohrung.
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Durch das vorgeschlagene Verschweißen oder Verlöten im Bodenbereich der Clinchverbindung wird eine dauerhafte Verbindungsfestigkeit erreicht, die zumindest näherungsweise der einer fehlerfreien Clinchverbindung entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine Fehlerbeseitigung, so dass die fehlerhaft gefügten Werkstücke bzw. Bauteile nicht mehr entsorgt bzw. verschrottet werden müssen, sondern nach der erfindungsgemäßen Fehlerbehebung ohne Einschränkungen verwendet bzw. verbaut werden können. Hieraus ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen und Umweltvorteile. In vorteilhafter Weise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Clinchpunkte repariert werden, nachdem der betreffende Werkstück- bzw. Bauteilverbund bereits weiter bearbeitet wurde (bspw. nach Lackbeschichtung) und/oder weiter verbaut wurde (bspw. nach Einbau in eine Fahrzeugkarosserie). Die Erfindung eignet sich insbesondere auch für die Serienfertigung.
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Das Aufbohren kann mittels konventionellem Bohrwerkzeug (bspw. einem Wendelnutenbohrer, Zentrierbohrer, Fräsbohrer oder dergleichen) erfolgen. Das Aufbohren kann manuell, bspw. mittels Handbohrmaschine oder Ständerbohrmaschine, oder automatisch, bspw. mittels Bohrroboter, erfolgen. Letzteres bietet den Vorteil, dass die Bohrtiefe automatisch gesteuert werden kann. Auch das Verschweißen oder Verlöten kann manuell oder automatisch erfolgen.
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Das Aufbohren erfolgt von der Seite, die besser zugänglich ist. Diese ausgewählte Seite wird auch als Zugangsseite und das betreffende Werkstück als zugangsseitiges Werkstück bezeichnet. Bei gegebener Zugänglichkeit erfolgt das Aufbohren insbesondere an jener Seite, die später, d. h. nach dem Verbau des hergestellten Werkstück- bzw. Bauteilverbunds, nicht sichtbar ist. Die nicht-sichtbare Seite kann als Rückseite und die sichtbare Seite kann als Vorderseite bezeichnet werden.
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Bezogen auf die beim Clinchen verwendeten Clinchwerkzeuge (Stempel und Matrize) erfolgt das Aufbohren insbesondere vom matrizenseitigen Werkstück her, wobei das Aufbohren auch vom stempelseitigen Werkstück her erfolgen kann.
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Die Bohrungstiefe der durch Aufbohren zu erzeugenden bzw. einzubringenden Bohrung kann so bemessen sein, dass das zugangsseitige Werkstück nicht durchbohrt wird, sondern insbesondere nur angebohrt oder angesenkt wird. Bspw. kann eine restliche Materialdicke von wenigen Zehntel Millimetern, insbesondere zwischen 1 und 3 Zehntel Millimeter, übrig bleiben, wobei dieser im Bohrungsgrund übrigbleibende Materialsteg beim anschließenden Verschweißen oder Verlöten durchschmolzen wird.
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Bevorzugt wird die Bohrungstiefe der beim Aufbohren zu erzeugenden bzw. einzubringenden Bohrung so bemessen, dass das zugangsseitige Werkstück durchbohrt wird, was gegebenenfalls auch in Kombination mit einem Ansenken erfolgen kann. Durch die Bohrung wird somit ein direkter Zugang zum anderen bzw. zu dem von der Zugangsseite abgewandten Werkstück geschaffen. Das andere Werkstück kann hierbei angebohrt oder auch durchgebohrt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass das andere Werkstück weder durchbohrt noch angebohrt wird, sondern quasi unbeeinträchtig bleibt oder gegebenenfalls nur angesenkt wird, wodurch das Aufbohren und Verschweißen bzw. Verlöten auf der Gegenseite (d. h. auf der von der Zugangsseite abgewandten Seite bzw. der Sichtseite) kaum oder nicht sichtbar wird. Der Bohrungsdurchmesser der beim Aufbohren zu erzeugenden bzw. einzubringenden Bohrung ist bevorzugt kleiner als der Clinchpunktdurchmesser (womit insbesondere der Durchmesser der Clinchverbindung bzw. des Clinchpunkts im Bodenbereich gemeint ist) und beträgt bevorzugt maximal 50 % und insbesondere weniger als 50 % des Clinchpunktdurchmessers. Bei einem Clinchpunktdurchmesser von bspw. 8 mm kann die Bohrung einen Bohrungsdurchmesser von 1,5 mm bis 4,0 mm aufweisen, aber jedoch auch größer ausgebildet sein und bspw. einen Bohrungsdurchmesser von 4,5 mm oder mehr aufweisen.
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Ein Verschweißen der Werkstücke im Bodenbereich einer fehlerhaften Clinchverbindung kann ohne Zusatzwerkstoff erfolgen, bspw. mit Hilfe eines Laserstrahls. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Verschweißen mittels Zusatzwerkstoff und einem Laserstrahl erfolgt. Das Verschweißen, oder gegebenenfalls auch Verlöten, mittels Laserstrahl ermöglicht einen geringen Energieeintrag, so dass kein Verzug auftritt. Bevorzugt wird ein gepulster Laserstrahl (Pulslaser) verwendet. Der Laserkopf kann manuell geführt werden und hierzu bspw. als Laserpistole oder dergleichen ausgebildet sein. Der Laserkopf kann auch automatisch geführt werden, bspw. mittels Roboter. Der Zusatzwerkstoff kann in Form eines Schweiß- oder Lotdrahts zugeführt werden, wobei sowohl eine manuelle als auch eine automatisierte Zuführung, bspw. über den Laserkopf, vorgesehen sein kann. Der Schweiß- oder Lotdraht kann einen verhältnismäßig geringen Durchmesser von bspw. 0,2 mm bis 0,6 mm aufweisen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Zusatzwerkstoff pastös ausgebildet ist und in die zuvor erzeugte Bohrung eingebracht wird. Durch die Verwendung eines Zusatzwerkstoffs wird die erzielbare Festigkeit erhöht und die Abdichtung verbessert.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der zugeführte Zusatzwerkstoff innerhalb der Bohrung verbleibt und nach Abschluss des Schweißvorgangs nicht übersteht. Gegebenenfalls kann die Bohrung nach Abschluss eines Schweiß- oder Lötvorgangs überschliffen werden, um überstehenden Zusatzwerkstoff abzutragen und/oder Krater und Spritzer zu entfernen, vor allem dann, wenn sich die Bohrung an der sichtbaren Seite bzw. an der Vorderseite befindet.
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Gegebenenfalls muss lokal im Bereich einer nachzubearbeitenden fehlerhaften Clinchverbindung eine vorhandene Lack- und/oder Korrosionsschutzbeschichtung zunächst abgetragen werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass nach dem Verschweißen oder Verlöten die Lack- und/oder Korrosionsschutzbeschichtung lokal wieder aufgetragen wird. Eventuell wird die betreffende Stelle nach dem Verschweißen oder Verlöten und vor dem Auftragen einer Lack- und/oder Korrosionsschutzbeschichtung zunächst noch geglättet, bspw. durch Überschleifen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Clinchverbindung zwischen wenigstens zwei Werkstücken umfasst zumindest folgende Schritte:
- - Erzeugen einer die Werkstücke formschlüssig verbindenden Clinchverbindung, bei der es sich insbesondere um eine Clinchverbindung mit Hinterschnitt bzw. Hinterschneidung handelt, wobei (während des Fügevorgangs) Prozesssignale automatisch erfasst und ausgewertet werden;
- - Nachbearbeiten der erzeugten Clinchverbindung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Nachbearbeitung (gemäß vorausgehenden und/oder nachfolgenden Erläuterungen), sofern bei der Auswertung die betreffende Clinchverbindung als fehlerhaft erkannt oder zumindest als fehlerhaft eingestuft wurde.
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Das automatische Erfassen und Auswerten von Prozesssignalen beim Herstellen bzw. Erzeugen einer Clinchverbindung ist als solches aus dem Stand der Technik bekannt, wozu auf die Patentschriften
DE 103 27 886 B4 und
DE 10 2004 038 922 A1 hingewiesen wird. Ergänzend wird auch auf die
DE 10 2007 033 153 A1 hingewiesen.
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Die Schritte der erfindungsgemäßen Verfahren können manuell, teilautomatisch oder vollautomatisch ausgeführt werden.
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Die Erfindung eignet sich auch für Clinchverbindungen mit mehr als zwei Werkstücken, wobei das Aufbohren im Bodenbereich analog zu den vorausgehenden und/oder nachfolgenden Erläuterungen derart erfolgt, dass beim anschließenden Verschweißen oder Verlöten alle am Clinchpunkt gefügten Werkstücke bzw. Bauteile miteinander verschweißt oder verlötetet werden können.
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Ein erfindungsgemäßer Werkstückverbund umfasst wenigstens zwei Werkstücke, wobei es sich insbesondere um Blechwerkstücke und/oder blechartige Werkstücke handelt. Wenigstens eine die Werkstücke formschlüssig verbindende Clinchverbindung wurde mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt und nachbearbeitet oder (nur) mit einem erfindungsgemäßen Verfahren nachbearbeitet. Die betreffende Clinchverbindung (bzw. der betreffende Clinchpunkt) ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Bohrung im Bodenbereich aufweist, innerhalb derer die Werkstücke miteinander verschweißt oder verlötet sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Werkstückverbund handelt es sich insbesondere um ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, wie bspw. eine Frontklappe, eine Heckklappe oder dergleichen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figur beispielhaft näher erläutert. Die in der Figur gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
- 1 veranschaulicht in zwei Schnittdarstellungen das erfindungsgemäße Verfahren zur Nachbearbeitung einer fehlerhaften Clinchverbindung.
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1a zeigt ausschnittsweise einen Werkstück- bzw. Bauteilverbund 100, der zwei Blechwerkstücke 110 und 120 umfasst (so genannte Zweiblechverbindung), die bspw. aus Stahlblechen oder Aluminiumblechen gebildet sind. Dargestellt ist der Bereich einer hinterschnittigen Clinchverbindung 130 (Clinchpunkt) an dem die beiden Werkstücke 110 und 120 in bekannter Weise durch lokales Umformen formschlüssig miteinander verbunden sind. Der Durchmesser der Clinchverbindung 130 beträgt bspw. 8 mm und die Tiefe beträgt bspw. 3 mm bis 5 mm. Die Blechdicken der Werkstücke 110 und 120 liegen bspw. in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 mm.
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Eine fehlerhafte Clinchverbindung kann durch Überprüfen (bspw. durch Nachmessen der Bodendicke) im Anschluss an deren Herstellung bzw. Erzeugung erkannt werden. Ebenso kann, nahezu in Echtzeit, eine Überprüfung beim Herstellen der Clinchverbindung erfolgen, bspw. durch automatisches Erfassen und Auswerten von Prozesssignalen. Eine als fehlerhaft erkannte oder eingestufte Clinchverbindung 130 kann erfindungsgemäß nachbearbeitet werden, wie nachfolgend erläutert.
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Hierzu wird die betreffende Clinchverbindung 130 in ihrem Bodenbereich 135 mittels Bohrer 200 flächenmittig aufgebohrt. Das Aufbohren erfolgt beispielhaft von unten, also von der Matrizenseite bzw. der Rückseite (d. h. diese Unterseite stellt in diesem Fall die Bohrer- bzw. Bohrungszugangsseite dar), wobei das Werkstückmaterial des zugangsseitigen unteren Werkstücks 120 unter Ausbildung einer Bohrung 140 bis zum oberen Werkstück 110 abgetragen wird (siehe 1b). Zum Aufbohren wird ein flacher Bohrer 200 (oder dergleichen) mit großem Spitzenwinkel verwendet. Das untere Werkstück 120 wird hierbei angesenkt und innerhalb der erzeugten Bohrung 140 bzw. im Bohrungsgrund nur teilweise durchbohrt. Abhängig vom Spitzenwinkel und der Bohrungstiefe wird gegebenenfalls auch das obere Werkstück 110 von unten angesenkt (wie dargestellt). Der Bohrungsdurchmesser der beim Aufbohren einzubringenden Bohrung 140 ist kleiner als der Durchmesser der Clinchverbindung 130 im Bodenbereich 135.
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Anschließend werden die Werkstücke 110 und 120 innerhalb der Bohrung 140 miteinander verschweißt oder verlötet, wie in 1 b gezeigt. Das Verschweißen oder Verlöten erfolgt mittels Laserstahl L und unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffs 400, der bspw. in Form eines Schweiß- oder Lotdrahts zugeführt wird. Mit 300 ist ein manuell oder automatisiert geführter Laserkopf bezeichnet. Der Fokusdurchmesser des Laserstrahls L beträgt bspw. 0,5 mm bis 0,7 mm. Das Verschweißen oder Verlöten kann punktuell oder umlaufend erfolgen. Mit 150 ist eine fertig ausgebildete Schweiß- bzw. Lotverbindung bezeichnet, die sich innerhalb der Bohrung 140 im Bodenbereich 135 der Clinchverbindung 130 befindet. Es kann vorgesehen sein, dass die Bohrung 140 mit dem verwendeten Zusatzwerkstoff 400 aufgefüllt und gegebenenfalls noch überschliffen oder in sonstiger geeigneter Weise geglättet wird. Auch ein Überlackieren ist möglich.
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Weder die Bohrung 140 noch die Schweiß- oder Lotverbindung 150 sind von der Vorderseite bzw. Oberseite sichtbar. Abweichend von der Darstellung in 1 und den vorausgehenden Erläuterungen kann das Aufbohren und anschließende Verschweißen oder Verlöten auch von oben, also von der Stempelseite bzw. Vorderseite, erfolgen. Das Aufbohren und Verschweißen kann auch von beiden Seiten erfolgen. Weitere Varianten und Ausführungsmöglichkeiten sind obenstehend erläutert.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Werkstückverbund
- 110
- stempelseitiges bzw. oberes Werkstück
- 120
- matrizenseitiges bzw. unteres Werkstück
- 130
- Clinchverbindung (Clinchpunkt)
- 135
- Bodenbereich
- 140
- Bohrung
- 150
- Verbindungspunkt, -naht
- 200
- Bohrer
- 300
- Laserkopf
- 400
- Zusatzwerkstoff
- F
- Kraft (Bohrrichtung)
- L
- Laserstrahl
- U
- Bohrerumdrehung
