DE102014210439A1

DE102014210439A1 - Bauteilverbund mit wenigstens einer durch einen Schraubenkopf verdeckten Punktschweißverbindung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102014210439A1
Application number: DE102014210439.4A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Rodermund
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2034-06-04
Also published as: CN105156419B; CN105156419A; DE102014210439B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bauteilverbund (100) mit wenigstens zwei Fahrzeugbauteilen (110, 120, 130), die an wenigstens einer Fügestelle mit einer Schraube (200), die einen Schraubenschaft (220) und einen überstehenden Schraubenkopf (210) aufweist, gefügt sind, wobei im Bereich der Fügestelle auch wenigstens eine Punktschweißverbindung (140) vorgesehen ist, die durch den Schraubenkopf (210) verdeckt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteilverbunds (100).

Description

Die Erfindung betrifft einen Bauteilverbund mit wenigstens zwei Fahrzeugbauteilen, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteilverbunds.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bauteilverbund betreffender Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, mit denen wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermeidbar oder zumindest verringerbar ist.
Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Bauteilverbund entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines solchen, insbesondere wenigstens drei Bauteile umfassenden, Bauteilverbunds entsprechend den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
Ein erfindungsgemäßer Bauteilverbund umfasst wenigstens zwei Bauteile, die an wenigstens einer Fügestelle mittels Schraube bzw. Schraubverbindung gefügt sind, wobei die Schraube einen Schraubenschaft und einen überstehenden bzw. den Schraubenschaft in radialer Richtung überragenden Schraubenkopf aufweist. Im Bereich der Fügestelle bzw. Verschraubungsstelle ist ferner wenigstens eine Punktschweißverbindung und insbesondere Buckelschweißverbindung vorgesehen, die durch den Schraubenkopf abgedeckt wird bzw. verdeckt ist.
Der erfindungsgemäße Bauteilverbund umfasst wenigstens zwei und bevorzugt wenigstens drei Bauteile. Bei den ersten beiden Bauteilen handelt es sich vorzugsweise um Fahrzeug- und insbesondere Karosseriebauteile. Bei dem dritten Bauteil handelt es sich vorzugsweise um ein Fahrzeuganbauteil bzw. -montageteil. Bei dem erfindungsgemäßen Bauteilverbund handelt es sich bevorzugt um ein mehrteiliges Fahrzeugbauteil oder einen Fahrzeug- und insbesondere Karosseriebestandteil.
Die Erfindung hat viele Vorteile. Eine mittels Schraubenkopf abgedeckte bzw. verdeckte Punktschweißverbindung ist bspw. vor schädlichen mechanischen Einwirkungen geschützt.
Zudem kann auch ein Schutz vor Einwirkung korrosiver Medien gegeben sein. Ferner wird die Qualitätsanmutung an der Fügestelle verbessert, insbesondere indem Punktschweißverbindungen aus einem sichtbaren Bereich unter den Schraubenkopf verlegt werden können. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass eine zuweilen angewendete Nachbearbeitung der Schweißpunkte (bspw. durch Bürsten) entfallen kann. Dies ist keine abschließende Aufzählung von Vorteilen.
Der erfindungsgemäße Bauteilverbund umfasst bevorzugt ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil, die an der Fügestelle gelocht bzw. durchlocht und neben den/ihren Lochungen mit wenigstens einer Punktschweißverbindung gefügt sind, und wenigstens ein drittes Bauteil, das über die Schraube mit dem ersten und dem zweiten Bauteil verschraubt ist, wobei der Schraubenkopf am ersten Bauteil anliegt und der Schraubenschaft die Lochungen (im ersten und zweiten Bauteil) durchragend am dritten Bauteil angreift bzw. in das dritte Bauteil eingreift. Der Eingriff erfolgt bevorzugt durch Einschrauben, d. h. durch formschlüssigen Gewindeeingriff, wozu der Schraubenschaft einen Gewindeabschnitt und das dritte Bauteil eine Gewindebohrung bzw. -buchse (oder dergleichen) aufweisen kann. Der am ersten Bauteil anliegende Schraubenkopf überdeckt die Punktschweißverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil.
Der Schraubenkopf der verwendeten Schraube kann einen Durchmesser von 10 mm bis 30 mm und insbesondere von 15 mm bis 25 mm aufweisen. Der Schraubenschaft der verwendeten Schraube kann einen Nenndurchmesser von 4 mm bis 10 mm (z. B. M4 bis M10) und insbesondere von 5 mm bis 8 mm (z. B. M5 bis M8) aufweisen.
Bevorzugt sind das erste und zweite Bauteil auch miteinander verklebt. Die Punktschweißverbindung ist insbesondere dazu vorgesehen, beim Fügen eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil zu verhindern, bis der verwendete Klebstoff ausgehärtet ist. Danach wird die Verbindungsfestigkeit im Wesentlichen durch die Verklebung bewirkt. Durch die Verklebung und Verschweißung wird eine aus Klebeverbindung und Punktschweißverbindung bestehende Hybridfügeverbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil gebildet.
Das erste Bauteil und das zweite Bauteil können an der Fügestelle durch einen Spalt beabstandet sein, wozu das zweite Bauteil eine die/seine Lochung umgebende bzw. umlaufende Ringwulst aufweist. Bevorzugt ist die Ringwulst an wenigstens einer Stelle (bzw. an einem Ort) unterbrochen, wobei an dieser Stelle die Punktschweißverbindung (zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil) ausgebildet ist. Das zweite Bauteil kann an der Unbrechungsstelle mit einer die Punktschweißverbindung umgebenden Abflachung in Gestalt eines planen Flächensegments (bzw. Flächenstücks) ausgebildet sein, welches als Anlagefläche bzw. Kontaktfläche für eine Schweißelektrode dient.
Bei dem ersten Bauteil und bei dem zweiten Bauteil handelt es sich bevorzugt um Blechbauteile, die insbesondere aus einem Stahlblechmaterial gebildet sind. Zumindest das zweite Bauteil kann ein Blechformteil sein, wobei die Ringwulst und unterbrechende Abflachung (bzw. das plane Flächensegment) durch Umformung des Blechmaterials, insbesondere durch einen bei der Umformung mittels geeigneten Werkzeugen ausgeführten Prägevorgang, erzeugt sind. Die Lochungen im ersten und zweiten Bauteil können durch Stanzoperationen hergestellt sein. Bei dem ersten und/oder zweiten Bauteil kann es sich auch um Gussbauteile handeln. Das dritte Bauteil kann ebenfalls aus einem Blechmaterial oder auch aus einem anderen Material, bspw. einem Kunststoff- oder Kunststoffverbundmaterial (z. B. CFK oder GFK), hergestellt sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem dritten Bauteil um ein Montageteil.
Bei dem ersten Bauteil handelt es sich bevorzugt um ein Türinnenteil (Türinnenblech) einer Fahrzeugtüre, bei dem zweiten Bauteil um ein Verstärkungsteil (Schlossverstärkung) und bei dem dritten Bauteil um ein Türschloss.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines wenigstens drei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds, wobei die Bauteile gemäß den vorausgehenden Erläuterungen ausgebildet sein können, umfasst zumindest folgende Schritte:

– Herstellen eines Vorverbunds durch Fügen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils durch Verkleben und Punktverschweißen (insbesondere Buckelverschweißen), wozu die mit Lochungen (bzw. Vorlöchern) ausgebildeten Bauteile unter Einbringung eines Klebstoffs miteinander in Anlage gebracht und gegebenenfalls zueinander ausgerichtet werden und durch Erzeugen von Punktschweißverbindungen und insbesondere Buckelschweißverbindungen (wobei wenigstens eine Punkt- bzw. Buckelschweißverbindung erzeugt wird) neben bzw. im Randbereich von übereinanderliegenden und zueinander ausgerichteten Lochungen stoffschlüssig gefügt werden, insbesondere um dadurch die Bauteile bis zur Aushärtung des Klebstoffs gegen Relativverschiebung zu sichern;
– gegebenenfalls Aushärten des Klebstoffs (bspw. im Zuge eines KTL-Prozesses);
– Fügen bzw. Anbinden wenigstens eines dritten Bauteils mit dem Vorverbund, d. h. mit dem vorgefügten ersten Bauteil und zweiten Bauteil, wozu das dritte Bauteil durch die (übereinanderliegenden) Lochungen im ersten Bauteil und zweiten Bauteil hindurch festgeschraubt wird, derart, dass die Schraubenköpfe der verwendeten Schrauben (wobei das Festschrauben mit wenigstens einer Schraube erfolgt) die Punktschweißverbindungen (neben den Lochungen) überdecken bzw. verdecken, so dass diese Punktschweißverbindungen quasi unsichtbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise unter Bezug auf die Figuren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und Anwendungsfalls näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
1 zeigt in einer Schnittansicht eine Fügestelle eines erfindungsgemäßen, nur ausschnittsweise dargestellten, Bauteilverbunds.
2 veranschaulicht in einer Draufsicht (wie in 1 angegeben) die Gegebenheiten an der Fügestelle.
Der in 1 ausschnittsweise gezeigte Bauteilverbund 100 umfasst ein erstes Bauteil 110, ein zweites Bauteil 120 und ein drittes Bauteil 130. Bei dem ersten Bauteil 110 handelt es sich um einen Träger (Trägerblech), bei dem zweiten Bauteil 120 um ein Verstärkungsteil (Verstärkungsblech) und bei dem dritten Bauteil 130 um ein Montageteil. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Bauteil 110 um ein Türinnenteil (Türinnenblech) einer Fahrzeugtüre, bei dem zweiten Bauteil 120 um ein Verstärkungsteil (Schlossverstärkung) und bei dem dritten Bauteil 130 um einen Türschlossflansch eines Türschlosses. Die gezeigten Bauteile 110, 120 und 130 sind aus geformten Blechmaterialien gebildet; demnach handelt es sich um Blechformteile.
Das erste Bauteil 110 und das zweite Bauteil 120 weisen an der gezeigten Fügestelle übereinanderliegende bzw. zueinander ausgerichtete Bohrungen bzw. Lochungen 115 und 125 auf. Neben diesen Durchgangslöchern 115 und 125 sind das erste Bauteil 110 und das zweite Bauteil 120 mit einer insbesondere als Buckelschweißverbindung ausgeführten Punktschweißverbindung 140 gefügt. Die Punktschweißverbindung 140 befindet sich in einem die Lochungen 115 und 125 umgebenden Randbereich. Das erste Bauteil 110 und das zweite Bauteil 120 sind ferner miteinander verklebt, wobei die Verklebung an jeder geeigneten Stelle zwischen den Bauteilen 110 und 120 erfolgen kann. Das dritte Bauteil 130 ist an der gezeigten Fügestelle durch die dargestellte Schraube 200 mit dem ersten Bauteil 110 und dem zweiten Bauteil 120 verschraubt, wobei der Schraubenkopf 210 am ersten Bauteil 110 anliegt und der Schraubenschaft 220 durch das erste Bauteil 110 und zweite Bauteil 120 hindurch (wozu der Schraubenschaft 220 die Bohrungen bzw. Lochungen 115 im ersten Bauteil 110 und 125 im zweiten Bauteil 120 durchragt) in eine als Durchzug ausgebildete Gewindebuchse 135 am dritten Bauteil 130 eingreift. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Schraubenkopf 210 die Punktschweißverbindung 140 überdeckt bzw. verdeckt (siehe auch 2). Die Bauteile 110, 120 und 130 sind demnach durch Hybridfügen mit mehreren unterschiedlichen Fügeverfahren (Verkleben, Verschweißen und Verschrauben) miteinander gefügt.
An der gezeigten Füge- bzw. Schraubstelle sind das erste Bauteil 110 und das zweite Bauteil 120 durch einen Spalt 150 zueinander beabstandet. Der Spalt 150 ermöglicht eine Korrosionsschutzbeschichtung zwischen den Bauteilen 110 und 120 (so genannter KTL-Spalt). Der Spalt 150 ermöglicht ferner die Verwendung einer unterkopfseitig verstärkten Flachschraube 200, ohne dass der Kegelabschnitt 230 die Bauteile 110 und 120 auseinander drückt.
Der Spalt 150 ergibt sich mit einem exakten Spaltmaß (bspw. von 0,5 mm) durch eine die Lochung 125 im zweiten Bauteil 120 umgebende und zum ersten Bauteil 110 weisende Ringwulst 127, mit der sich das zweite Bauteil 120 gegen das erste Bauteil 110 abstützt. Die Ringwulst 127 ist durch rückseitige Einprägung einer korrespondierenden Ringsicke bzw. Ringnut 128 im zweiten Bauteil 120 gebildet. Die radiale Breite B der Ringwulst 127 beträgt bspw. 4,0 mm bis 5,0 mm. Die entsprechend steif ausgebildete Ringwulst 127 ermöglicht beim Anziehen der Schraube 200 die Schraubenkopfabstützung, ohne dass der Spalt 150 zusammengedrückt wird.
Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist die die Lochung 125 umgebende bzw. umlaufende Ringwulst 127 bzw. die korrespondierende Ringsicke 128 an einer Stelle bzw. entlang eines möglichst kurzen Umfangsabschnitts durch eine als planes kreisförmiges Flächensegment 129 gebildete Abflachung unterbrochen, innerhalb der sich die Punktschweißverbindung 140 in gedachter Verlängerung der Ringwulst 127 befindet. Das Flächensegment 129 ist, wie auch die Ringwulst 127, durch rückseitige Einprägung einer tellerartigen Vertiefung im zweiten Bauteil 120 gebildet und dient der flächigen Anlage einer Schweißelektrode. Beim Einprägen des Flächensegments 129 in das zweite Bauteil 120 kann eine in Richtung des ersten Bauteils 110 weisende Noppe oder dergleichen in das Blechmaterial geformt werden, die als Schweißbuckel für ein nachfolgendes Widerstands-Buckelschweißen zur Erzeugung der Punktschweißverbindung 140 dient. Die Schweißnoppe bzw. der Schweißbuckel ist innerhalb des Flächensegments 129 so positioniert, bspw. flächenmittig, das während des Schweißvorgangs keine Schweißspritzer (oder sonstiges Schweißgut) in die Lochungen 115 und/oder 125 dringen können, um Nacharbeit zu vermeiden.
Zum Herstellen der gezeigten Fügeverbindung werden zuerst das erste Bauteil 110 und das zweite Bauteil 120 durch Verkleben und Punktverschweißen und insbesondere durch Buckelverschweißen zu einem Vorverbund gefügt. Anschließend wird das dritte Bauteil 130 an wenigstens einer Schraubstelle (wie in 1 gezeigt) mit diesem Vorverbund verschraubt.
Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der gezeigten Füge- bzw. Schraubstelle nur ein einzelner Schweißpunkt 140 vorgesehen. Die in den Figuren dargestellten Größenverhältnisse sind im Übrigen nur beispielhaft, gleichwohl können diese zumindest teilweise realen Gegebenheiten entsprechen. Ferner handelt es sich bei den Figuren um vereinfachende Darstellungen, wobei insbesondere die sich durch umformende Herstellung ergebenden Flächenübergänge nicht dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

100: Bauteilverbund
110: erstes Bauteil
115: Lochung (Bohrung)
120: zweites Bauteil
125: Lochung (Bohrung)
127: Ringwulst
128: Ringnut
129: Abflachung
130: drittes Bauteil
135: Gewindebuchse
140: Punktschweißverbindung (Schweißpunkt)
150: Spalt
200: Schraube
210: Schraubenkopf
220: Schraubenschaft
230: Kegelabschnitt
B: radiale Breite
D: Schraubenkopfdurchmesser
L: Längsachse (Schraub-/Fügeachse)

Claims

Bauteilverbund (100) mit wenigstens zwei Fahrzeugbauteilen (110, 120, 130), wobei die Bauteile an wenigstens einer Fügestelle mit einer Schraube (200), die einen Schraubenschaft (220) und einen überstehenden Schraubenkopf (210) aufweist, gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Fügestelle wenigstens eine Punktschweißverbindung (140) vorgesehen ist, die durch den Schraubenkopf (210) verdeckt ist.
Bauteilverbund (100) nach Anspruch 1, umfassend ein erstes Bauteil (110) und ein zweites Bauteil (120), die an der Fügestelle gelocht und neben den Lochungen (115, 125) mit wenigstens einer Punktschweißverbindung (140) gefügt sind, und wenigstens ein drittes Bauteil (130), das über die Schraube (200) mit dem ersten Bauteil (110) und dem zweiten Bauteil (120) verschraubt ist, wobei der Schraubenkopf (210) am ersten Bauteil (110) anliegt und der Schraubenschaft (220) die Lochungen (115, 125) durchragend am dritten Bauteil (130) angreift.
Bauteilverbund (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (110) und das zweite Bauteil (120) miteinander verklebt sind.
Bauteilverbund (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (110) und zweite Bauteil (120) an der Fügestelle durch einen Spalt (150) zueinander beabstandet sind, wozu das zweite Bauteil (120) eine die Lochung (125) umgebende Ringwulst (127) aufweist.
Bauteilverbund (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwulst (127) an wenigstens einer Stelle unterbrochen und an dieser Stelle die Punktschweißverbindung (140) ausgebildet ist.
Bauteilverbund (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (120) an der Unbrechungsstelle mit einem die Punktschweißverbindung (140) umgebenden planen Flächensegment (129) ausgebildet ist.
Bauteilverbund (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Bauteil (110) und bei dem zweiten Bauteil (120) um Blechbauteile und insbesondere um Blechformteile handelt.
Bauteilverbund (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Bauteil (110) um ein Türinnenteil, bei dem zweiten Bauteil (120) um ein Verstärkungsteil und bei dem dritten Bauteil (130) um ein Türschloss handelt.
Bauteilverbund (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) des Schraubenkopfs (210) 10 mm bis 30 mm betragen kann.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: – Fügen des ersten Bauteils (110) und des zweiten Bauteils (120) durch Verkleben und Punktverschweißen, wozu die mit Lochungen (115, 125) ausgebildeten Bauteile (110, 120) unter Einbringung eines Klebstoffs miteinander in Anlage gebracht und durch Erzeugen von Punktschweißverbindungen (140) im Randbereich übereinanderliegender und zueinander ausgerichteter Lochungen (115, 125) stoffschlüssig gefügt werden; – gegebenenfalls Aushärten des Klebstoffs; – Fügen des dritten Bauteils (130) mit dem vorgefügten ersten Bauteil (110) und zweiten Bauteil (120), wozu dieses durch die Lochungen (115, 125) hindurch festgeschraubt wird, derart, dass die Schraubenköpfe (210) der verwendeten Schrauben (200) die Punktschweißverbindungen (140) überdecken.