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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Bauteilanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Bauteilanordnung.
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Im modernen Automobilbau für Großserienfahrzeuge stellt die Blechschalenbauweise die am weitesten verbreitete Karosseriebauweise dar. Dabei werden umgeformte Blechteile aus Aluminium oder Stahl zu einer selbsttragenden Struktur gefügt. Eine Karosserie eines Fahrzeugs umfasst dabei Komponenten einer tragenden Struktur einer Rohkarosse und Anbauteile wie Türen, Klappen und Vorderkotflügel. Bei einer Auslegung eines Karosserieteils, bspw. eines Anbauteils, ist u. a. zu beachten, dass dieses einerseits hinsichtlich eines Crashkonzepts ausreichend stabil sein muss und andererseits optisch ansprechend sein sollte, da Fugen zwischen zwei aneinandergrenzenden Karosserieteilen wesentliche Komponenten eines Fahrzeugdesigns sind.
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Bei den Anbauteilen der Karosserie wird durch große, hohle Blechquerschnitte eine Struktursteifigkeit erzeugt. Üblicherweise werden diese Blechquerschnitte im Bereich der Karosseriestruktur durch Nieten, Kleben und Schweißen von zwei geformten Blechbauteilen erzeugt, wobei ein Fügen eines bauteilversteifenden Innenblechs mit einem gestrakten Außenblech von Anbauteilen durch Falzen durchgeführt wird.
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Das Falzen gehört zu den Fügeverfahren durch Umformen nach DIN 8593. Hierbei wird zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Außen- und einem Innenblech zunächst ein tiefgezogenes Außenblech während eines Abstellens um einen definierten Biegewinkel gebogen. Anschließend wird das Innenblech in das abgestellte Außenblech an einer definierten Position eingelegt, was auch als Schachteln bezeichnet wird. Eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Außen- und Innenblech als Bauteile wird durch Biegen eines Bauteilflansches des Außenblechs auf das Innenblech hergestellt, wobei das Biegen des Bauteilflansches in einer Falzstufe oder in mehreren Falzstufen erfolgen kann.
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Eine Prozesssicherheit eines derartigen Fertigungsprozesses hängt in der Regel von einer kumulierten Beanspruchung des Blechwerkstoffs, primär einer Dehnung mit einem Falzradius, durch einen Herstellungsprozess des Bauteils und dem Falzprozess ab. Die Herstellung von optisch hochwertig anmutenden Falzschlaufen aus Aluminium mit Radien, die kleiner als das 2,5-fache einer Dicke des Bauteils aus Blech sind, sind aufgrund einer hohen Zugspannung auf einer Außenfaser des Bauteils, die aus dem sehr kleinen Biegeverhältnis resultieren, äußerst kritisch.
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Weiterhin kann es während des Falzens zu einem sogenannten Falzverlust und somit zu einer Veränderung, bspw. Verringerung, eines Umrisses des Bauteils kommen. Demzufolge erfüllt der während des Abstellens des Bauteilflansches des Außenteils erzeugte Umriss bzw. Radius im Sichtbereich nicht die letztendlich erforderlichen Eigenschaften. Zusätzlich wird das zu bearbeitende Bauteil durch eine örtliche Überlagerung der Biegebeanspruchung beim Abstellen und Falzen stark beansprucht, was bei Überschreiten eines werkstofflichen Grenzwerts zu Rissen auf einer sichtbaren Oberfläche des Bauteils führen kann.
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Ein Verfahren zum Umbiegen und Falzen eines Blechs ist in der Druckschrift
DE 41 13 719 A1 beschrieben. Hierbei wird das Blech in einem Biegebereich ausgehend von einer ursprünglichen Blechdicke auf eine Restwandstärke gestaucht und danach umgebogen.
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In der Druckschrift
DE 44 45 579 C1 ist beschrieben, einen Abkantvorgang für eine Vorbereitung eines Außenblechs dazu zu nutzen, um eine Abstreckung eines abgekanteten Bereichs zum Zweck einer Reduzierung einer Blechdicke zu erreichen.
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Ein Verfahren zum Umformen eines flächigen Metallwerkstücks ist in der Druckschrift
EP 0 907 431 B1 beschrieben. Hierbei wird das Metallwerkstück in einem umzuformenden Bereich mit einem Strahlwerkzeug thermisch behandelt.
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Die Druckschrift
US 6 474 128 B1 beschreibt ein Verfahren zum Falten eines Blechs, bei dem das Bauteil entlang einer Linie eingeschnitten wird, um das Bauteil entlang dieser Linie einfacher falten zu können.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Bauteilanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und der Bauteilanordnung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bereitstellen einer Bauteilanordnung ist ein erstes, sog. äußeres Bauteil der bereitzustellenden Bauteilanordnung in einem Falzbereich zu falzen. Dabei wird in das erste Bauteil vor dem Falzen entlang einer Falzachse, üblicherweise einer geraden Linie, des vorgesehenen Falzbereichs unter Materialabtrag eine Kerbe eingebracht, und das erste Bauteil ausgehend von der Kerbe entlang der Falzachse gefalzt.
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In Ausgestaltung wird die Kerbe entlang der Falzachse in das erste Bauteil geschnitten bzw. eingeschnitten.
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In der Regel werden zwei Teilabschnitte bzw. Bauteilflansche des ersten Bauteils, die durch den Falzbereich miteinander verbunden sind, ausgehend von der Falzachse als Biegeachse um einen Winkel, der größer als 90°, bspw. 180° ist, relativ zu der Falzachse gefalzt und/oder gebogen. Hierbei wird der Falzbereich mit der Falzachse als Zentrum kurvenförmig gekrümmt.
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Außerdem werden die beiden Teilabschnitte beim Falzen zumindest abschnittsweise, in der Regel vollständig zueinander parallel angeordnet.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird zwischen den beiden Teilabschnitten des ersten, äußeren Bauteils ein zweites, sog. inneres Bauteil der bereitzustellenden Bauteilanordnung angeordnet, wobei das zweite Bauteil zwischen den beiden Teilabschnitten des ersten Bauteils üblicherweise eingeklemmt wird. Dieser weitere Schritt neben dem Falzen wird auch als Schachteln bezeichnet.
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Als zusätzlicher Schritt des Verfahrens wird das erste Bauteil vor einem Falzen entlang der Falzachse parallel zu der Falzachse gebogen, wobei dieser zusätzliche Schritt auch als Abstellen bezeichnet wird.
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Bei einem derartigen Abstellen wird das erste Bauteil um einen definierten Winkel, bspw. 90°, gebogen und demnach vor dem eigentlichen Falzen vorgebogen.
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Die Kerbe wird in das erste Bauteil, entweder nachdem es beim Abstellen gebogen wurde oder bevor es beim Abstellen gebogen wird, eingebracht, bspw. geschnitten.
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Die Kerbe wird in Ausgestaltung mit einem Laserstrahl in das erste Bauteil eingebracht. Es ist jedoch auch denkbar, die Kerbe mit einem anderen Werkzeug, bspw. aus Metall, in das erste Bauteil einzubringen, üblicherweise zu schneiden.
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Die erfindungsgemäße Bauteilanordnung umfasst zumindest das erste Bauteil und ist durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitzustellen, wobei das erste Bauteil entlang der mit der Kerbe versehenen Falzachse zu falzen ist.
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Das zweite Bauteil der Bauteilanordnung ist zwischen den beiden Teilabschnitten des ersten Bauteils angeordnet bzw. geschachtelt.
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Mindestens eines der beiden Bauteile, in der Regel beide Bauteile, ist bzw. sind aus Blech gebildet.
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Außerdem ist mindestens eines der beiden Bauteile aus Aluminium und/oder Eisen, üblicherweise aus Stahl gebildet.
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Die Bauteilanordnung ist für ein Kraftfahrzeug, bspw. eine Karosserie des Kraftfahrzeugs, vorgesehen.
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Mit dem Verfahren ist durch Einbringen, bspw. Einschneiden, der Kerbe in das erste Bauteil eine lokale bzw. örtliche Vordefinierung des Falzbereichs als Umformbereich für eine Falzverbindung herzustellen.
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Im Rahmen des Verfahrens wird die zum Falzen vorgesehene Falzachse relativ zu einer Biegezone, die zuvor beim Abstellen bereitgestellt wird, bewusst verschoben. Somit wird eine örtliche Überlagerung von kumulierten Biegebeanspruchungen aufgelöst und eine Rissbildung auf einer Oberfläche einer Falzschlaufe als Falzbereich zumindest reduziert oder vermieden. Hierzu wird der Falzbereich beim Falzen im Flanschbereich des abgestellten ersten Bauteils lokal vordefiniert. Eine derartige Vordefinierung wird durch eine lokale Schwächung eines Querschnitts des aus Blech gebildeten Bauteils entlang der Falzachse und somit der Kerbe erzielt. An einer geschwächten Stelle des Bauteils wird beim Falzen eine Biegung üblicherweise bevorzugt auftreten. Diese Schwächung kann umformtechnisch, z. B. beim Prägen, während oder nach einer Herstellung des Bauteils, thermisch, z. B. durch lokale Aushärtung des ersten Bauteils, das bspw. aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist, oder werkstofftrennend, z. B. durch einen Lasereinschnitt, hervorgerufen werden.
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Während die Biegezone bei konventionellen Falzprozessen durch eine Vorbeanspruchung des Werkstoffs, einen Radius eines bereits abgestellten Bau- bzw. Einzelteils, einer Länge eines Flansches und durch Wirkflächen verwendeter Werkzeuge bestimmt wird, wird der Falzbereich bei Umsetzung des Verfahrens unabhängig von den genannten Parametern festgelegt.
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Durch Verschieben der Falzachse in Richtung eines der Teilabschnitte des ersten Bauteils wird auch ein Falzverlust reduziert. Ebenso kann eine bei einer konventionellen Vorgehensweise notwendige Falzvorlage, d. h. ein bewusst vergrößerter Umriss des ersten Bauteils zur Steuerung und/oder Kompensation eines Umrissverlusts beim Falzen, reduziert werden. Der beim Abstellen hergestellte, sichtbare Radius einer Umrandung des ersten Bauteils verbleibt in einem für den Kunden sichtbaren Bereich der gefertigten Bauteilanordnung.
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Das Verfahren kann bei einem Rollfalzen sowie bei einem Maschinenfalzen eingesetzt werden. Weiterhin sind an Karosserieanbauteilen auch bei großen Dehnungen kleine Falzradien herzustellen sowie Risse an der Oberfläche, üblicherweise einer Falzkante, zu vermeiden, da der Falzradius am fertigen Bauteil durch den Abstellradius bestimmt wird. Eine Falzvorlage zur Reduzierung und/oder Kompensation von Falzverlusten kann im Rahmen des Verfahrens reduziert werden. Außerdem können Umrissschwankungen verringert werden.
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Bei einer möglichen Umsetzung des Verfahrens wird der Falzbereich und somit ein Biegebereich nach dem Abstellen des ersten, äußeren Bauteils durch eine lokale Schwächung des ersten Bauteils, bspw. über einen Lasereinschnitt, entlang der Falzachse vordefiniert. Danach wird das erste Bauteil gefalzt.
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Das Verfahren ist für metallische Bauteile, in der Regel Bleche, bspw. aus Aluminium oder Stahl, einzusetzen. Außerdem wird der vorgesehene Falz- und/oder Biegebereich des ersten Bauteils nur lokal, bspw. entlang einer Linie, geschwächt. Eine Dicke des ersten Bauteils im gesamten Falz- und/oder Biegebereich zu reduzieren, ist nicht vorgesehen. Mit der lokalen Schwächung, die über die eingebrachte, ggf. eingeschnittene Kerbe bereitgestellt wird, ist es u. a. möglich, einen Falz- und/oder Biegevorgang an einer fertigungstechnisch geeigneten Stelle gezielt zu initialisieren. Die Dicke bzw. ein Querschnitt des ersten Bauteils ist lediglich an der vorgesehenen lokal begrenzten Stelle entlang der Falzachse zu reduzieren, wobei auf der Oberfläche des ersten Bauteils entlang der vorgesehenen Falzachse Material abgetragen und somit die Kerbe bereitgestellt wird. Durch diese Maßnahme sind u. a. eine Position und eine Breite des Falz- und/oder Biegebereichs zu steuern. Die bspw. entlang der Linie vorzusehende Schwächung des ersten Bauteils ist in dieses entweder vor oder nach einem ersten Biegen auf bspw. 90° und somit vor oder nach dem durchzuführenden Abstellen des ersten Bauteils in dieses einzubringen. Durch die lokal begrenzte Schwächung wird zudem ein Volumen in einer Falzschlaufe als Falzbereich nur geringfügig verändert, wodurch bei einem evtl. durchzuführenden Falzkleben keine Probleme verursacht werden.
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Die vorgesehene lokale Schwächung, die durch die Kerbe bereitgestellt wird, kann durch eine lokale geometrische Reduzierung des Querschnitts des Bauteils, bspw. durch Stauchen, und somit eine Reduzierung einer lokalen Steifigkeit des Bauteils ohne Veränderung einer werkstofflichen Festigkeit erreicht werden. In weiterer Ausgestaltung ist durch eine thermische Vorbehandlung oder Behandlung im Biegeprozess eine lokale werkstoffliche Festigkeit des zu falzenden und/oder zu biegenden Bauteils anzupassen. Dabei wird ein ursprünglicher Querschnitt im Falz- und/oder Biegebereich entweder unverändert beibehalten oder verändert. Außerdem wird bei dem vorgestellten Verfahren eine Festigkeit des ersten Bauteils an einer lokal begrenzten Stelle erreicht, wodurch ein Umformvermögen des ersten Bauteils beibehalten wird.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Bauteilanordnung, die bei einer Durchführung eines ersten Beispiels für eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise bereitzustellen ist.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung, die bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitzustellen ist.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung, die bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitzustellen ist.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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Die 1a, 1b und 1c zeigen eine aus dem Stand der Technik bekannte Bauteilanordnung 2, die als Komponenten ein erstes, äußeres Bauteil 4 sowie ein zweites, inneres Bauteil 6 umfasst. Bei der Herstellung dieser Bauteilanordnung 2 ist vorgesehen, dass das erste Bauteil 4 zunächst bei einem sogenannten Abstellen um 90° gebogen wird. Hierbei ergibt sich an dem ersten Bauteil 4 eine sichtbare Biegestelle 8 mit einem sichtbaren Radius re (1a). Danach wird das zweite Bauteil 6 auf das erste Bauteil 4 aufgelegt und weiterhin das erste Bauteil 4 gefalzt, wobei das zweite Bauteil 6 zwischen zwei Teilabschnitten des ersten Bauteils angeordnet wird, was auch als Einschachteln bezeichnet wird (1b). Dabei zeigt 1b die bereits beim Abstellen bereitgestellte Biegestelle 8 des ersten Bauteils 4 sowie eine Falzstelle 10 der kompletten Bauteilanordnung 2, die einen sichtbaren Radius rf aufweist. 1c zeigt die Zustände des ersten Bauteils 4 (1a), sowie der Bauteilanordnung 2 (1b) in Kombination, wobei hier durch einen Doppelpfeil 12 ein sogenannter Falzverlust angedeutet ist, der sich aus einer Differenz eines Umrisses des abgestellten und gefalzten ersten Bauteils 4 ergibt.
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Schritte der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung 20 sind anhand der 2a bis 2h schematisch dargestellt. Hierbei wird ein erster Teilabschnitt 22 eines ersten Bauteils 24 der Bauteilanordnung 20 zwischen einem Oberwerkzeug 26 und einem Unterwerkzeug 28 einer Vorrichtung zum Bereitstellen der Bauteilanordnung 20 eingeklemmt (2a). Ein zweiter Teilabschnitt 30 des ersten Bauteils 24 wird, wie 2b zeigt, durch ein Abstellwerkzeug 32 beaufschlagt und unter Bereitstellung eines Biegebereichs 34 hier relativ zu dem ersten Teilabschnitt 22 um etwa 90° gebogen.
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In einem weiteren Schritt (2c) wird eine für das erste Bauteil 24 vorgesehene Falzachse 36 in einem Falzbereich durch einen Laserstrahl 38, der von einem Laser 40 bereitgestellt wird, beaufschlagt, wobei an der vorgesehenen Falz 36 in das erste Bauteil 24, hier explizit in den zweiten Teilabschnitt 30 des ersten Bauteils 24, eine Kerbe 42 eingebracht, hier exemplarisch geschnitten wird.
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Danach wird der erste Teilabschnitt 22 des zunächst um 90° gebogenen ersten Bauteils 24, das entlang der Falzachse 36 mit der Kerbe 42 versehen ist, auf einem Falzbett 44 der Vorrichtung aufgelegt. Außerdem wird auf dem ersten Teilabschnitt 22 ein zweites Bauteil 46, das auch als inneres Bauteil 46 bezeichnet wird, aufgelegt. Auf diesem zweiten Bauteil 46 wird zumindest abschnittsweise ein Niederhalter 48 angeordnet, wodurch der erste Teilabschnitt 22 des ersten Bauteils 24 und das zweite Bauteil 46 zwischen dem Falzbett 44 und dem Niederhalter 48 eingeklemmt werden (2e).
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Nachfolgend wird, wie 2f zeigt, der zweite Teilabschnitt 30 des ersten Bauteils 24 durch eine Vorfalzbacke 50, die hier in Richtung eines Pfeils 51 bewegt wird, beaufschlagt und hierbei um etwa 135° vorgefalzt.
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Weiterhin wird der zweite Teilabschnitt 30 des ersten Bauteils 24 mit einer Fertigfalzbacke 52, die in Richtung eines Pfeils 53 bewegt wird, beaufschlagt und dabei relativ zu dem ersten Teilabschnitt 22 entlang der Falzachse 36 um etwa 180° gedreht. Dabei wird das zweite Bauteil 46 zumindest abschnittsweise zwischen den beiden Teilabschnitten 22, 30 des ersten Bauteils 24 eingeklemmt und somit die erste Ausführungsform der Bauteilanordnung 20 bereitgestellt (2g und 2h).
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3a zeigt in schematischer Darstellung ein erstes, äußeres Bauteil 60 einer in den 3b und 3c gezeigten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung 62, die als weitere Komponente ein zweites, inneres Bauteil 64 umfasst.
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Hierbei wird das erste Bauteil 60 zunächst in einem Biegebereich 66 um ca. 90° gebogen (3a), wobei ein erster Teilabschnitt 68 des ersten Bauteils 60 relativ zu einem zweiten Teilabschnitt 70 des ersten Bauteils 60 um ca. 90° gebogen bzw. abgestellt wird.
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Außerdem wird hier in einem vorgesehenen Falzbereich des ersten Bauteils 60 entlang einer vorgesehenen Falzachse 72 eine Kerbe 74 eingeschnitten und somit eingebracht, wodurch entlang des Falzbereichs eine Schwächung des ersten Bauteils 60 herbeigeführt wird. Dabei zeigt 3a, dass die Falzachse 72 und somit auch die Kerbe 74 zu einem Mittelpunkt des Biegebereichs 66 versetzt angeordnet bzw. neben dem Biegebereich 66 angeordnet sind. 3a zeigt auch, dass der Biegebereich 66 des ersten Bauteils 60 hier einen sichtbaren Radius re aufweist.
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Weiterhin wird das zweite Bauteil 64 auf den ersten Teilabschnitt 68 des ersten Bauteils 60 gelegt. Nachfolgend wird der zweite Teilabschnitt 70 entlang der Falzachse 72 und somit entlang der Kerbe 74 relativ zu dem ersten Teilabschnitt 68 um ca. 180° gefalzt, wobei das zweite, innere Bauteil 64 zwischen den beiden Teilabschnitten 68, 70, die nunmehr zueinander parallel angeordnet sind, eingeklemmt wird. Ein Falzbereich 76, der hier die beiden Teilabschnitte 68, 70 des ersten Bauteils 60 verbindet, weist hier einen sichtbaren Radius rf der nunmehr hergestellten zweiten Ausführungsform der Befestigungsanordnung 62 auf.
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Wie eine vergleichende Darstellung des ersten Bauteils 60 aus 3a und der Befestigungsanordnung aus 3b in 3c zeigt, sind der Biegeradius re und der Falzradius rf annähernd gleich groß, so dass sich aus einer Differenz eines Umrisses zwischen dem zunächst abgestellten und danach gefalzten ersten Bauteil 60 lediglich ein geringer Falzverlust 78 ergibt.
