DE102015002262A1

DE102015002262A1 - Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils

Info

Publication number: DE102015002262A1
Application number: DE102015002262.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Kürten; Marcus Gröger; Thilo Röth
Original assignee: Imperia GmbH
Current assignee: Fev Vehicle De GmbH
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils (1), welches einen Einleger (3) aus einem ersten Material und wenigstens eine lokal mit dem Einleger (3) verbundene Verstärkungsstruktur (4) aus einem zweiten Material umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Komponentensatz (2) zur Verwendung in einem solchen Verfahren, wobei der Komponentensatz (2) einen vorstehend beschriebenen Einleger (3) sowie wenigstens eine Verstärkungsstruktur (4) mit den vorstehend genannten Merkmalen umfasst. Der Einleger (3) und die Verstärkungsstruktur (4) werden miteinander verbunden, indem ein Klebemittel über einen Zugang (6) in einen Hohlraum (10) zwischen dem Einleger (3) und der Verstärkungsstruktur (4) unter Differenzdruck injiziert wird. Dabei kann Luft über wenigstens eine Entlüftung (5) aus dem Hohlraum (10) entweichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, welches einen Einleger aus einem ersten Material und wenigstens eine lokal mit dem Einleger verbundene Verstärkungsstruktur aus einem zweiten Material umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Komponentensatz zur Verwendung in einem solchen Verfahren, wobei der Komponentensatz einen vorstehend beschriebenen Einleger sowie wenigstens eine Verstärkungsstruktur mit den vorstehend genannten Merkmalen umfasst. Sofern im Folgenden der Begriff „Leichtbauteilkomponenten” gebraucht wird, so umfasst dieser den Einleger und die Verstärkungsstruktur.
Bei dem Leichtbauteil mit den vorstehend genannten Merkmalen handelt es sich typischerweise um ein Hybridbauteil, das heißt der Einleger und die Verstärkungsstruktur bestehen aus unterschiedlichen Materialien, wobei es jedoch auch möglich ist, ein Leichtbauteil mit einem Einleger und einer Verstärkungsstruktur aus dem gleichen Material herzustellen, das heißt das erste Material ist gleich dem zweiten Material. Das Leichtbauteil mit den eingangs angegebenen Merkmalen wird insbesondere als Karosseriebauteil, z. B. im Automobilbereich, vorwiegend zur Materialeinsparung und Gewichtsreduzierung bei gleichzeitig hoher Belastbarkeit eingesetzt. Ein solches Karosseriebauteil wird schwerpunktmäßig als länglicher Träger mit Längen im Bereich von ca. 20 cm bis 1,5 m verwendet, z. B. als Längsträger, Querträger oder als Instrumententafelträger. Weiterhin werden betreffende Leichtbauteile jedoch auch beispielsweise als flächige Bauteile mit integrierten Trägern hergestellt, z. B. als Sitzstrukturen.
Der Einleger kann insbesondere dünnwandig ausgeführt sein, d. h. er weist eine Materialstärke von ca. 3 mm und weniger auf und besteht typischerweise aus Blech, z. B. Stahlblech (beispielsweise Standardstahl, Tailorrolled-Stahl oder Tailor-welded-Stahl) oder Leichtmetallblech (beispielsweise basierend auf einem Aluminium-, Magnesium- oder einem anderem Leichtmetallwerkstoff). Das Querschnittsprofil des Einlegers ist typischerweise im Wesentlichen U-förmig bzw. schalenförmig, wobei jedoch auch geschlossene Querschnittsprofile in Frage kommen.
Die Verstärkungsstruktur besteht typischerweise aus einem Leichtmetallwerkstoff, bevorzugt basierend auf Aluminium oder Magnesium und dient der Verstärkung des Einlegers bzw. des Leichtbauteils. Die Verbindung zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur erfolgt nur in diskreten Bereichen, das heißt lokal und nicht flächendeckend, wodurch eine erhebliche Materialeinsparung und Gewichtsreduktion erreichbar ist. Typischerweise sind dabei weniger als 40% der Oberfläche des Einlegers mit der Verstärkungsstruktur verbunden bzw. von dieser bedeckt und mehr als 60% der Oberfläche des Einlegers sind typischerweise Freiflächen, das heißt nicht mit der Verstärkungsstruktur verbunden bzw. von dieser bedeckt. Die Verstärkung des Einlegers durch die Verstärkungsstruktur wird bevorzugt dort vorgesehen, wo im eingebauten Zustand hohe Belastungen in der Regel durch lokales Ausbeulen auftreten. Die Verstärkungsstruktur weist kein Vollprofil auf und kann beispielsweise rippenförmig oder wabenförmig ausgebildet sein, wobei die Rippen bzw. Waben bevorzugt dünnwandig, insbesondere mit einer Materialstärke zwischen ca. 1 mm und 8 mm ausgeführt sind.
Ein Leichtbauteil mit den eingangs genannten Merkmalen ist beispielsweise aus der DE 101 53 712 C1 bekannt. Der darin gezeigte Einleger aus einem Stahlblech und die Verstärkungsstruktur aus einem Leichtmetallwerkstoff sind form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Das Leichtbauteil zeichnet sich dadurch insbesondere durch eine hohe strukturelle Leistungsfähigkeit und Verbindungsfestigkeit zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur aus.
Allerdings berühren sich Stahl des Einlegers und Leichtmetall der Verstärkungsstruktur großflächig zumindest überall dort, wo sie miteinander verbunden sind, was die Gefahr von Kontaktkorrosion erhöht. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Verstärkungsstruktur an den Einleger angegossen wird. Durch den dabei entstehenden Wärmeeintrag in den Einleger kann es zu negativen Veränderungen der Werkstoffeigenschaften des Einlegers kommen. Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe von Einleger und Verstärkungsstruktur tritt außerdem die sogenannte Delta-Alpha-Problematik auf, welche Verzug in dem fertig gestellten Leichtbauteil mit der Folge verursachen kann, dass Maßtoleranzen des Leichtbauteils nicht eingehalten werden können. Die DE 101 53 712 C1 liefert noch keinen Ansatz wie diesen Risiken und Problemen begegnet werden kann.
Aus der DE 602 14 699 T2 ist ein Hybridbauteil bekannt, bei dem eine Verstärkungsstruktur mittels eines expandierbaren Klebematerials in einen hohlen Einleger mit geschlossenem Querschnitt geklebt ist. Dazu umfasst die Verstärkungsstruktur wenigstens zwei Paare von Verlängerungen, insbesondere paralleler Rippen, welche sich der Innenfläche des Einlegers annähern und innerhalb derer das expandierbare Klebematerial angeordnet ist. Das Klebematerial kann dazu vor dem Einsetzen in den Einleger an die Verstärkungsstruktur angehaftet werden, z. B. mittels Extrusionsbeschichten, Over-Moulding oder Spritzgießen. Die mit Klebematerial versehene Verstärkungsstruktur wird in den Einleger eingeführt und die danach vorgesehene durch Erhitzen hervorgerufene Expansion des Klebematerials wird durch die Paare von Verlängerungen geführt.
Das durch die DE 602 14 699 T2 gezeigte Leichtbauteil und das Verfahren zu seiner Herstellung ermöglichen bereits, das Risiko von Kontaktkorrosion zu verringern, indem Einleger und Verstärkungsstruktur verbunden werden, ohne dass sie sich an den Verbindungsstellen berühren müssen. Auch der Wärmeeintrag in den Einleger kann durch die gezeigte Klebetechnik mittels expandierbarem Klebematerials im Vergleich zu einem Angießen der Verstärkungsstruktur an den Einleger herabgesetzt werden.
Die DE 602 14 699 T2 liefert jedoch noch keinen Ansatz, wie vorteilhaft auch (schalenförmige) Einleger mit offenem Querschnittsprofil mit der Verstärkungsstruktur verklebt werden können. Weiterhin ist gemäß der DE 602 14 699 T2 vorgesehen, das Klebematerial vor dem Einführen der Verstärkungsstruktur in den Einleger aufzubringen, weshalb das Klebematerial eine relativ hohe Viskosität aufweisen muss, um an der Verstärkungsstruktur während des Einführens in den Einleger haften zu bleiben und dabei seine Verteilung zwischen den Paaren von Verlängerungen nicht wesentlich zu verändern. Auch bezüglich der zu erzeugenden Geometrien der Klebverbindungen ist die durch DE 602 14 699 T2 vorgeschlagene Lösung relativ beschränkt. Außerdem ist beim Kleben mit dem expandierendem Klebematerial problematisch, dass dieses durch Erhitzen soweit expandiert werden muss, dass die Spalte zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur überbrückt und zusätzlich alle real vorkommenden Toleranzen des Einlegers und der Verstärkungsstruktur ausgeglichen sind. Durch die Expansion des Klebematerials reduziert sich jedoch dessen Festigkeit stark, was insbesondere die Festigkeit zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur negativ beeinflusst. Weiterhin kann eine Prozesssicherheit nicht gewährleistet und durch Fertigungstoleranzen hervorgerufene Spalte nicht vollständig ausgefüllt werden.
Aus dem Stand der Technik ist alternativ zum Einsatz expandierender Klebematerialien das Anhaften von Kleberaupen an den Einleger und/oder die Verstärkungsstruktur bekannt. Dabei besteht jedoch insbesondere das Problem, dass die Kleberaupen beim Zusammenführen von Einleger und Verstärkungsstruktur wenigstens teilweise abstreifen und somit eine haltbare Verbindung nicht immer zufriedenstellend gewährleisten können.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils mit den eingangs genannten Merkmalen sowie einen verbesserten Komponentensatz der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ein verbessertes Handling der Komponenten während der Herstellung des Leichtbauteils, komplexe, dreidimensionale Geometrien, einen verbesserten Ausgleich von Maßabweichungen im Einleger und in der Verstärkungsstruktur sowie eine erhöhte Festigkeit des Klebers ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einen Komponentensatz nach Anspruch 8.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils mit den eingangs genannten Merkmalen zeichnet sich aus durch Verkleben des Einlegers und der Verstärkungsstruktur mittels eines Klebemittels, wobei das Klebemittel in wenigstens einen Hohlraum zwischen dem Einleger und der Verstärkungsstruktur injiziert wird.
Der Hohlraum ist dabei bevorzugt im Wesentlichen geschlossen, das heilt vorgesehen sind lediglich ein oder mehrere Zugänge, um das Klebemittel injizieren zu können, und ein oder mehrere Entlüftungen, um ein Entweichen der in dem Hohlraum befindlichen Luft zu ermöglichen.
Das Verkleben erfolgt durch Injizieren an diskreten Klebeflächen des Einlegers und der Verstärkungsstruktur, wobei die Klebeflächen jeweils Begrenzungen des Hohlraums ausbilden. Damit das Klebemittel auch mit Sicherheit an die vorgesehenen Klebeflächen gelangt, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Hohlraum vollständig mit Klebemittel gefüllt wird. Das Injizieren kann mit Differenzdruck in der geschaffenen Kavität im Kleber erfolgen. Der Differenzdruck in dem Kleber kann beispielsweise durch Pumpen, Schwerkraft oder Kapillarwirkung erzeugt werden. Um eine Füllung des Hohlraums mit Klebemittel besonders sicher zu gewährleisten, ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Injektion mit einer Vakuumunterstützung erfolgt oder dass das Klebemittel komplett über ein Vakuum angesaugt wird. Ebenfalls ist eine volumengesteuerte Injektion vorgesehen, bei welcher die Vollständigkeit der Füllung des Hohlraums durch entsprechende Dosierung des zu injizierenden Klebemittels sichergestellt werden kann.
Als Klebemittel kommen bevorzugt Strukturkleber zum Einsatz, beispielsweise Ein- oder Zweikomponentenkleber oder thermoplastische Kleber. Bevorzugt weist das Klebemittel eine Mindestfestigkeit auf, z. B. zwischen ca. 5–30 MPas. Grundsätzlich können Klebemittel eingesetzt werden, deren Volumen sich nicht ändert (volumenkonstantes Klebemittel), schrumpft (kontrahierendes Klebemittel) oder sich ausdehnt (expandierendes Klebemittel).
Besonders bevorzugt kommen volumenkonstante (Theorie) bzw. annähernd (Praxis) volumenkonstante Klebemittel, z. B. Strukturkleber, zum Einsatz, welche insbesondere eine optimale Ausfüllung der Hohlräume ermöglichen, weil das Volumen des Klebemittels, welches in den Hohlraum injiziert wird, besonders genau auf dessen Volumen abgestimmt werden kann. Ebenfalls können mit injizierten volumenkonstanten Klebemitteln besonders gut Maßabweichungen im Einleger und in der Verstärkungsstruktur ausgeglichen werden, weil die durch Maßabweichungen hervorgerufenen Volumina in den Hohlräumen durch das Klebemittel ausgefüllt werden können. Beim Einsatz volumenkonstanter Klebemittel, besonders bevorzugt Strukturkleber, ist weiterhin die Haltbarkeit der Verbindung zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur im Vergleich zum Einsatz expandierender Kleber besonders hoch, weil so gut wie kein Festigkeitsverlust des volumenkonstanten Klebemittels während seines Aushärtens auftritt. Der Einsatz von expandierenden Klebemitteln bietet hingegen den Vorteil, dass sich zum Beispiel auch größere Hohlräume leichter füllen lassen, wodurch insbesondere eine besonders saubere Abdichtung zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur auch bei größeren Toleranzen realisiert werden kann.
Das Injizieren des Klebemittels ermöglicht, dass dreidimensionale Klebestrukturen nahezu beliebiger Gestalt erzeugt werden können, welche optimal an die Geometrie der Leichtbauteilkomponenten und deren Lage zueinander im ausgerichteten Zustand sowie an die Diskreten Fügestellen zwischen den Leichtbauteilkomponenten angepasst sind. Weiterhin muss die Viskosität des flüssigen Klebemittels keinen Mindestwert aufweisen und kann vorteilhaft sehr niedrig gewählt werden. Ferner muss das Klebemittel nicht mehr wie bisher vor dem Zusammenbringen von Einleger und Verstärkungsstruktur appliziert werden, was das Handling während der Herstellung des Leichtbauteils vereinfacht.
Besonders bevorzugt werden die Klebestellen bzw. Fügestellen vor dem Injizieren des Klebemittels Vorbehandlungen unterzogen, welche für eine besonders hohe Verbindungsfestigkeit zwischen den Leichtbauteilkomponenten sind. In diesem Zusammenhang sind insbesondere Reinigungsvorbereitungen, Passivierungsvorbereitungen oder Beizen vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ferner, dass nahezu beliebige Werkstoffe und Werkstoffkombinationen des Einlegers und der Verstärkungsstruktur miteinander verbunden werden können, nämlich insbesondere diejenigen Werkstoffpaarungen, welche durch das Klebemittel ausreichend fest miteinander verklebbar sind. So können neben den weiter oben genannten typischen Werkstoffen für den Einleger und die Verstärkungsstruktur insbesondere auch Composit-Werkstoffe wie faserverstärkte Kunststoffe (z. B. GFK oder CFK) oder Hybride zum Einsatz kommen.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen im Folgenden beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen hergestellte Leichtbauteil ist im Rahmen eines Rohbauprozesses einer Fahrzeugkarosserie bevorzugt für eine sich anschließende Anbindung an ein weiteres Bauteil der Fahrzeugkarosserie vorgesehen. Dabei kann die Aushärtung des Klebemittels bereits erfolgt sein oder aber erst nach der Anbindung während einer sich bevorzugt anschließenden Kathodentauchlackierung (KTL) erfolgen. Weiterhin ist auch vorteilhaft vorgesehen, zunächst eine der Leichtbauteilkomponenten an ein solches weiteres Bauteil anzubinden und danach das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorteilhaft vorgesehen, dass vor dem Verkleben der Einleger und die Verstärkungsstruktur bereitgestellt werden und – ebenfalls vor dem Verkleben – der Einleger und die Verstärkungsstruktur dreidimensional zueinander positioniert sowie anschließend fixiert werden. Gemäß dieser Ausführungsform können der Einleger und die Verstärkungsstruktur auf herkömmliche Weise besonders einfach separat hergestellt und zum anschließenden Positionieren und Fixieren bereitgestellt werden.
Das Positionieren von Einleger und Verstärkungsstruktur zueinander erfolgt bevorzugt in allen drei Raumrichtungen und unterteilt sich in die Abstandspositionierung und die Verschiebepositionierung. Bei der Abstandspositionierung werden die Leichtbauteilkomponenten so zueinander ausgerichtet, dass korrespondierende Klebestellen an Einleger und Verstärkungsstruktur einen gewünschten Abstand voneinander haben. Bei der Verschiebepositionierung werden die Leichtbauteilkomponenten so zueinander ausgerichtet, dass sie vor dem Verkleben bereits so zueinander ausgerichtet sind, wie es gemäß der gewünschten Endgeometrie des Leichtbauteils vorgesehen ist.
Insbesondere durch das Injizieren des Klebemittels und – bei Verwenden von Klebemitteln mit veränderlichem Volumen – durch ein Schrumpfen bzw. Ausdehnen des Klebemittels während seiner Aushärtung können Kräfte auf die Komponenten wirken, welche ein Verschieben der Leichtbauteilkomponenten bewirken, wodurch die zuvor vorgenommene Positionierung nicht gehalten werden kann. Die Fixierung wirkt den auftretenden Kräften entgegen und sorgt dafür, dass die Leichtbauteilkomponenten in ihrer vorher durch das Positionieren herbeigeführten Lage zueinander verbleiben.
Soll ein Leichtbauteil mit einem Einleger aus einem ersten Material und einer mit dem Einleger lokal verbundenen Verstärkungsstruktur aus einem Leichtmetall, z. B. basierend auf einem Aluminiumwerkstoff, ist ebenfalls vorteilhaft vorgesehen, die Verstärkungsstruktur in dem Formhohlraum eines Gusswerkzeugs druckzugießen und unmittelbar nach dem Druckgießen bzw. noch während sich die Verstärkungsstruktur in dem Gusswerkzeug befindet, Klebemittel in dazu vorgesehenen Hohlräumen zu injizieren. Die zuvor gegossene Verstärkungsstruktur bildet somit gleichzeitig eine Spritzgussform für das Klebemittel. Auf diese Weise ist die durch das injizierte Klebemittel erzeugte Struktur bereits an der Verstärkungsstruktur vorhanden, welche anschließend mit dem Einleger zusammengebracht wird. Ein weiterer Injektionsschritt kann entfallen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft das Bereitstellen von Einleger und Verstärkungsstruktur und umfasst folgende Verfahrensschritte:

– Einlegen des Einlegers in einen Formholraum eines Gusswerkzeugs,
– Beschichten des Einlegers mit einer Beschichtung, welche einem Stoffschluss der Materialien des Einlegers und der Verstärkungsstruktur entgegenwirkt, wenigstens in Bereichen, welche einen Teil des verbleibenden Formhohlraums des Gusswerkzeugs begrenzen und
– Gießen der Verstärkungsstruktur in dem verbleibenden Formhohlraum des Gusswerkzeugs.

Bevorzugt besteht der Einleger dabei aus einem Stahlblech und die Verstärkungsstruktur wird aus einem Leichtmetallwerkstoff druckgegossen. Der Einleger für sich ist beispielsweise durch ein Tiefziehverfahren bereits fertig hergestellt und an die Geometrie des Formhohlraums angepasst. Des Weiteren ist der Einleger vollständig oder aber zumindest überall dort beschichtet, wo er im nachfolgenden Gießprozess in Berührung mit Gussmaterial der Verstärkungsstruktur kommt. Die Beschichtung hat den Effekt, dass ein Stoffschluss zwischen dem Einleger und der Verstärkungsstruktur während und nach dem Gießen verhindert wird. Nachdem Einleger und Verstärkungsstruktur auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt worden sind, können sie erfindungsgemäß miteinander verklebt werden. Auf diese Weise leistet die Weiterbildung insbesondere einen Beitrag, dass Toleranzen der Anlageflächen von Einleger und Verstärkungsstruktur besonders gut eingehalten werden können. Für die Beschichtung kommen sowohl organische als auch anorganische Materialien in Betracht. In diesem Zusammenhang haben sich als Beschichtungsmaterialien insbesondere Nano-X, Bornitrid, Polysiloxane, Talkum, Nickel oder typische Gusstrennmittel als geeignet erwiesen.
Besonders vorteilhaft ist auch das Fixieren mittels separater Klemmen, wenigstens eines weiteren Bauteils, eines Clipverbinders des Einlegers, Vernieten, clinchen oder Punktschweißen.
Gemäß dieser Ausführungsform werden der Einleger und die Verstärkungsstruktur an einer oder wenigen Stellen wenigstens kraftschlüssig miteinander verbunden. Separate Klemmen können dabei besonders flexibel an dazu geeignet Bereiche von Einleger und Verstärkungsstruktur angelegt, gespannt, wieder gelöst und entfernt werden, ohne dass konstruktive Anpassungen der Leichtbauteilgeometrie an die Klemmen vorzunehmen wären. Die Klemmen können insbesondere derart zum Fixieren vorgesehen werden, dass sie während des Injizierens und des Aushärtens des Klebemittels an dem Einleger und der Verstärkungsstruktur mit Druck anliegen und die Komponenten dadurch in der zuvor eingestellten Position halten. Anschließend können sie von dem Leichtbauteil wieder besonders einfach entfernt werden.
Der gleiche bzw. ein ähnlicher Effekt wie beim Vorsehen von Klemmen kann durch den Einsatz wenigstens eines weiteren Bauteils zum Fixieren erzielt werden. Diese Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei dem weiteren Bauteil um ein solches handelt, dass ohnehin an das Leichtbauteil angebracht werden soll. Bei einem solchen weiteren Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Schließblech für das Leichtbauteil handeln. Das Leichtbauteil wird bevorzugt mit dem Einleger oder der Verstärkungsstruktur derart gefügt, z. B. mittels einer Niet- oder Schweißverbindung, dass der Einleger und die Verstärkungsstruktur in ihrer gemäß der Endgeometrie des Leichtbauteils vorgesehenen Position zueinander fixiert sind. Es handelt sich bei dieser Variante somit um eine bevorzugt dauerhafte Fixierung. Das Fixieren mittels des weiteren Bauteils erfolgt stets derart, dass Zugänge für das Injizieren des Klebemittels nicht verbaut werden. Weiterhin können die weiteren Bauteile durch das Verspannen des Einlegers gegenüber der Verstärkungsstruktur einen Beitrag zur Abdichtung des Hohlraums leisten.
Beim Fixieren mittels wenigstens eines Clipverbinders des Einlegers werden Letzterer und die Verstärkungsstruktur ebenfalls dauerhaft fixiert. Die Clipverbinder sind dabei mit dem Einleger fest verbunden und besonders bevorzugt einteilig mit dem Einleger in der Art verbunden, dass sie als elastisch rückfedernde, z. B. klammerartige Bereiche ausgeformt sind, welche einen korrespondierenden Bereich der Verstärkungsstruktur umklammern können. Insbesondere können der Einleger und die Verstärkungsstruktur miteinander verrastet werden. Dadurch entsteht eine zwar dauerhafte Verbindung zwischen den Komponenten. Diese ist jedoch auf besonders einfache Weise wieder zerstörungsfrei trennbar. Weiterhin bietet die jeweils vorgesehene Raststellung eine besonders geeignete Orientierungshilfe während des Positionierens der Komponenten zueinander. Dies leistet im Zuge der Herstellung des Leichtbauteils insbesondere einen Beitrag, das Handling zu vereinfachen, die Gefahr von Fehlpositionierungen zu verringern und die Verfahrensdauer zu verkürzen.
Durch das Verbinden der Komponenten durch Vernieten, Clinchen oder Punktschweißen kann eine besonders feste und dauerhafte Fixierung der Komponenten erreicht werden, während das Klebemittel noch nicht ausgehärtet ist, indem Letztere wenigstens kraftschlüssig und darüber hinaus stoffschlüssig (im Falle des Clinchens und Punktschweißens) bzw. formschlüssig (im Falle des Vernietens) miteinander verspannt und verbunden werden.
Beim Injizieren des Klebemittels in den Hohlraum zwischen den Komponenten muss sichergestellt werden, dass das Klebemittel im Hohlraum verbleibt, um eine gleichmäßige und feste Verklebung zu erzielen. Weiterhin soll vermieden werden, dass aus dem Hohlraum austretendes Klebemittel negativ auf nachfolgende Fertigungsschritte, insbesondere auf ein nachfolgendes Eintauchen des Leichtbauteils in ein Bad zur kathodischen Tauchlackierung auswirkt. Der Einleger und die Verstärkungsstruktur begrenzen den Formhohlraum. Eine mögliche Öffnung, aus dem Klebemittel austreten kann, ist durch die Entlüftung des Hohlraums gegeben. Weiterhin können zwischen den den Hohlraum begrenzenden Leichtbauteilkomponenten, insbesondere aufgrund bestehender Fertigungstoleranzen Spalte bestehen, durch welche Klebemittel aus dem Hohlraum austreten kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Leichtbauteils ist daher vorteilhaft vorgesehen, dass ein Abdichten des Hohlraums erfolgt und zwar mittels Aneinanderpressen von Einleger und Verstärkungsstruktur, eines zusätzlichen Dichtwerkzeugs oder durch Injizieren einer auf den Hohlraum angepassten Menge an Strukturkleber.
Das Aneinanderpressen der Leichtbauteilkomponenten zueinander stellt eine besonders einfache Art des Abdichtens dar, wozu insbesondere die zuvor beschriebenen Verfahren zur Fixierung, welche die Leichtbauteilkomponenten zueinander verspannen, genutzt werden können. Das Aneinanderpressen erfolgt zumindest während des Injizierens und des (zumindest teilweisen) Aushärtens des Klebemittels nach dem Injizieren. Das Aneinanderpressen der Leichtbauteilkomponenten aneinander kann – sowohl zum Zwecke des Fixierens als auch des Abdichtens – beispielsweise mittels eines Niederhalters und Hebels, eines Niederhalters und einer Feder sowie mittels Vakuum- oder Autoklavmethoden erfolgen.
Beim Einsatz wenigstens eines zusätzlichen Dichtwerkzeugs müssen die Leichtbauteilkomponenten nicht zueinander verspannt werden. Das zusätzliche Dichtwerkzeug wird in Anlage mit dem Einleger und der Verstärkungsstruktur gebracht, so dass wenigstens ein zwischen den Leichtbauteilkomponenten liegender Hohlraum von außen abgedichtet wird.
Eine weitere Variante, bei der auf ein zusätzliches Dichtwerkzeug und das Aneinanderpressen der Leichtbauteilkomponenten aneinander verzichtet werden kann, besteht darin, eine auf das Volumen des zu füllenden Hohlraums abgestimmte Menge an Klebemittel mit abgestimmter Viskosität zu injizieren. Dadurch wird ein Beitrag geleistet, dass die Gefahr des Austretens von Klebemittel insbesondere im Bereich von Entlüftungen des Hohlraums und etwaigen undichten Spalten zwischen den Leichtbauteilkomponenten allein aufgrund der injizierten Klebemittelmenge reduziert wird.
Alternativ ist ebenfalls vorteilhaft vorgesehen, eine dosierte Menge an Klebemittel in einen Spalt zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur zu injizieren, welcher nicht zwangsläufig einen im Wesentlichen geschlossenen Hohlraum bilden muss, sodass der Spalt vollständig ausgefüllt ist, das Klebemittel sich jedoch nicht derart auf dem Leichtbauteil außerhalb des Spalts verteilt, dass die Optik des Leichtbauteils und dessen Anschlussflansche beeinträchtigt werden. Ein solcher Spalt kann auch als Offset zwischen den Leichtbauteilkomponenten vorgesehen sein, in dem Sinne, dass sich Einleger und Verstärkungsstruktur zumindest größtenteils nicht berühren und dabei großflächige einander gegenüberliegende Außenkonturen geringen Abstands ausbilden, welche durch Injizieren von Klebemittel miteinander verklebt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf die Geometrie der Klebeflächen an Einleger und Verstärkungsstruktur innerhalb des Hohlraums gerichtet. Die Gestaltung der Geometrie der Klebeflächen soll dabei die diskrete Stützwirkung der Verstärkungsstruktur unterstützen. In diesem Zusammenhang ist daher besonders vorteilhaft vorgesehen, genannte Klebeflächen großflächig oder besonders bevorzugt kanalförmig, punktuell oder kanalförmig und punktuell bereitzustellen. Großflächige Klebeflächen sorgen für eine besonders hohe Haltbarkeit zwischen den Leichtbauteilkomponenten. Kanalförmige und punktuelle Klebeflächen oder eine Kombination aus beiden ermöglichen einen besonders effektiven und effizienten Einsatz von Klebemittel durch Anordnung der Klebeflächen an belastungstechnisch sinnvollen Stellen.
Der erfindungsgemäße Komponentensatz zur Verwendung in dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren weist die eingangs genannten Merkmale auf und zeichnet sich dadurch aus, dass der Einleger und/oder die Verstärkungsstruktur wenigstens eine Einbuchtung zur Ausbildung eines Hohlraums zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur aufweisen, wobei der Hohlraum wenigstens einen Zugang für ein Injizieren eines Klebemittels und wenigstens eine Entlüftung aufweist.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in wenigstens einen Hohlraum zwischen dem Einleger und der Verstärkungsstruktur Klebemittel injiziert, so dass korrespondierende Klebeflächen an Einleger und Verstärkungsstruktur miteinander verklebt werden. Bei einem bevorzugt schalenförmigen offenen Einleger mit offenem Querschnittsprofil, welcher besonders bevorzugt einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und eine Basis sowie zwei an gegenüberliegenden Seiten der Basis angeordnete und gegenüber dieser angewinkelten Flankenteile umfasst, ist vorteilhaft vorgesehen, wenigstens einen Hohlraum im Bereich der Basis und/oder den Flanken vorzusehen. Zur Ausbildung des Hohlraums weisen entweder der Einleger, die Verstärkungsstruktur oder beide wenigstens eine Einbuchtung auf, deren Öffnung von der jeweils anderen Leichtbauteilkomponente bedeckt bzw. verschlossen wird. Eine Einbuchtung in der jeweiligen Leichtbauteilkomponente kann beispielsweise derart gestaltet sein, dass der Verlauf der der jeweils anderen Leichtbauteilkomponente zugeneigten Außenkontur im Bereich der Einbuchtung gegenüber der sich an die Einbuchtung anschließenden Bereiche der Außenkontur zurückgesetzt ist, z. B. im Wesentlichen U-förmig. Ferner ist auch vorgesehen, die Einbuchtung bogenförmig zu gestalten, das heißt die jeweils den Hohlraum ausbildende Komponente ist im Bereich des Hohlraums aus der Richtung der jeweils anderen Leichtbauteilkomponente betrachtet konkav geformt. Bei Vorsehen mehrerer Hohlräume ist besonders vorteilhaft vorgesehen, diese zumindest teilweise miteinander, z. B. über Kanäle, zu verbinden, wodurch insbesondere Zugänge für das Injizieren und/oder Entlüftungen eingespart werden können.
Der Zugang dient der Zufuhr von Klebemittel in den Hohlraum und kann beispielsweise als Öffnung, offener Anschlussflansch oder Kanal in dem Einleger oder in der Verstärkungsstruktur ausgebildet sein. An den Zugang kann ein Injektionswerkzeug. z. B. eine Düse, angesetzt werden, um beispielsweise unter Druck stehendes Klebemittel durch den Zugang in den Hohlraum einzuspritzen. Der Zugang bildet dabei bevorzugt eine Fläche für die Abdichtung des Injektionspunktes im Zusammenspiel mit der Düsengeometrie aus. Die Entlüftung kann ebenfalls in Form einer Öffnung, eines offenen Anschlussflansches oder eines Kanals ausgebildet sein und dient dazu, den Druck in dem Hohlraum auf Umgebungsdruck zu halten. Ferner ist auch vorgesehen, dass Klebemittel in den Hohlraum durch Erzeugen eines Differenzdrucks gesaugt wird. In diesem Fall kann entweder über den Zugang oder die Entlüftung angesaugt und dadurch ein Unterdruck in dem Hohlraum erzeugt werden. Die Zufuhr von Klebemittel erfolgt dann über die jeweils andere Öffnung (Zugang oder Entlüftung).
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Einleger oder die Verstärkungsstruktur oder beide gemeinsam den Zugang ausbilden.
Wird der Zugang durch die Verstärkungsstruktur ausgebildet, so kann dies vorteilhaft beispielsweise über durch sie ausgebildete Anbindungspunkte, Dome, Rippen, Waben oder andere Verstärkungsgeometrien erfolgen. Insbesondere bei Rippen der Verstärkungsstruktur können die Zugänge eine Öffnung und einen Kanal umfassen, wobei die Öffnung z. B. am oberen, von dem Einleger abgewandten Ende der Rippe angeordnet ist und in einen Kanal mündet, welcher die Öffnung mit dem mit Klebemittel zu füllenden Hohlraum verbindet. Wird der Zugang durch den Einleger ausgebildet, so kann dies z. B. besonders einfach durch eine Lochung des Einlegers im Bereich des Hohlraums vorgesehen werden. Die gemeinsame Ausbildung des Zugangs durch den Einleger und die Verstärkungsstruktur kann besonders vorteilhaft derart umgesetzt werden, dass der Hohlraum zwischen den Leichtbauteilkomponenten frei ausläuft und somit einen Ansatzpunkt für eine Düse eines Injektionswerkzeugs ausbildet. Durch eine geeignete Gestaltung der Injektionsdüse kann die Abdichtung und Injektion an dem Zugang ermöglicht werden.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes ist zur Erzeugung einer gewünschten und besonders bevorzugt konstanten Schichtdicke des injizierten und ausgehärteten Klebemittels in einem Hohlraum zwischen den Leichtbauteilkomponenten eingerichtet, denn für das Ausbilden einer leistungsfähigen Verklebung zwischen den Leichtbauteilkomponenten ist die Schichtdicke des Klebemittels von großer Bedeutung. In diesem Zusammenhang ist daher vorteilhaft vorgesehen, dass der Einleger und/oder die Verstärkungsstruktur Abstandhalter zur Erzeugung eines gewünschten Abstands zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur ausbilden. Die Abstandhalter weisen dabei eine Geometrie auf, die es ermöglicht, dass die Abstandhalter beim Injizieren des Klebemittels in den Hohlraum umströmt werden können. Die Abstandhalter können dazu insbesondere eine einförmige Geometrie aufweisen. Die Pins können dabei von der Außenkontur eines der Leichtbauteilkomponenten oder von beiden hervorstehen, sich innerhalb des Hohlraums bis zu der jeweils anderen Leichtbauteilkomponente erstrecken und mit ihrem frei auslaufenden Pin-Ende die Außenkontur der jeweils anderen Leichtbauteilkomponente berühren und letztere dadurch auf Abstand halten.
Alternativ sind vorteilhaft auch separate, das heißt nicht zu den Leichtbauteilkomponenten gehörige Abstandhalter zwischen dem Einleger und der Verstärkungsstruktur zur Erzeugung eines gewünschten Abstands zwischen Einleger und Verstärkungsstruktur vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die Geometrie der Leichtbauteilkomponenten besonders einfach gestaltet werden kann. Das Ein- und Sicherstellen der Schichtdicke des Klebemittels erfolgt durch die separaten Abstandhalter, deren Materialstärke bevorzugt der angestrebten Schichtdicke entspricht. Die separaten Abstandhalter berühren dabei auf einer ihrer Seiten den Einleger und mit einer ihrer anderen Seiten die Verstärkungsstruktur innerhalb des Hohlraums. Auch die Geometrie der separaten Abstandhalter ist derart gestaltet, dass sie beim Injizieren des Klebemittels umströmt werden können. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die separaten Abstandhalter in dem zu injizierenden Klebemittel angeordnet sind, wodurch das Einbringen der separaten Abstandhalter in den Hohlraum besonders vereinfacht wird. Als separate Abstandhalter im Klebemittel können insbesondere Glaskugeln, sogenannte Gap-Filler dienen.
Insbesondere um das Positionieren der Leichtbauteilkomponenten zueinander zu vereinfachen ist ferner vorteilhaft vorgesehen, dass der Einleger und die Verstärkungsstruktur korrespondierende Stifte und Löcher für das Positionieren ausbilden. Bei den Löchern handelt sind bevorzugt Langlöcher, in welche jeweils ein korrespondierender Stift verschiebbar eingreifen kann. Zusätzlich weisen die Leichtbauteilkomponenten bevorzugt korrespondierende Paarungen von Anlageflächen auf, welche das Positionieren weiter vereinfachen können.
Um insbesondere das Fixieren der Leichtbauteilkomponenten in der zueinander vorgesehenen Position zu erleichtern, ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, dass der Einleger wenigstens einen Clipverbinder zum Fixieren mit der Verstärkungsstruktur ausbildet. Der Clipverbinder weist bevorzugt eine Geometrie auf, welche es ermöglicht, die Verstärkungsstruktur fest zu umklammern und dadurch zu fixieren. Besonders bevorzugt bildet der Clipverbinder dabei ein frei auslaufendes, gebogenes Ende aus, in welches ein korrespondierender Teil der Verstärkungsstruktur eingespannt werden kann. Mit einem einzigen Clipverbinder und einem ebenfalls durch den Einleger ausgebildeten Gegenlager für die Verstärkungsstruktur kann diese in zumindest einer Dimensionen besonders sicher und einfach verspannt und fixiert werden. Das gleiche gilt für zwei in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirkende Clipverbinder. Bezüglich weiterer Vorteile der Clipverbinder sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfinderischen Verfahren verwiesen.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass der Komponentensatz ein weiteres Bauteil umfasst, welches den Einleger und die Verstärkungsstruktur in ihrer gemäß der Endgeometrie des Leichtbauteils vorgesehenen Position fixiert. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem weiteren Bauteil und der Verstärkungsstruktur ein weiterer Hohlraum mit Klebemittel wenigstens teilweise ausgefüllt ist, wodurch das weitere Bauteil und die Verstärkungsstruktur miteinander verklebt sind. In analoger Weise wie bei der erfindungsgemäßen Verklebung von Blecheinleger und Verstärkungsstruktur kann dabei auch in den Hohlraum zwischen der Verstärkungsstruktur und dem weiteren Bauteil Klebemittel injiziert werden. Bezüglich weiterer Vorteile und Weiterbildungen sei ebenfalls auf die vorstehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Einleger oder die Verstärkungsstruktur oder beide gemeinsam die Entlüftung ausbilden, wobei die Entlüftung beispielsweise durch eine Öffnung in dem Einleger oder in der Verstärkungsstruktur ausgebildet werden.
Schließlich ist gemäß einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes ein Dichtwerkzeug vorgesehen mit einer Form passend, um an dem Einleger und der Verstärkungsstruktur anzuliegen und dabei wenigstens einen durch den Einleger und die Verstärkungsstruktur gebildeten Hohlraum von außen abzudichten. Insbesondere kann das Dichtwerkzeug derart geformt sein, dass es wie ein Tentakel von außen um möglichst alle abzudichtenden Hohlräume an den Leichtbauteilkomponenten platziert werden kann.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
1A eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Komponentensatzes zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Leichtbauteils mit Entlüftungsöffnungen im Blecheinleger und mit durch die Leichtbauteilkomponenten gemeinsam ausgebildeten Entlüftungen,
1B einen Teilquerschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Komponentensatzes zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Entlüftungsöffnung in dem Blecheinleger,
2 einen Teilquerschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit Zugang und Entlüftung in der Verstärkungsstruktur,
3 einen Teilquerschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Komponentensatzes, bei welchem die Entlüftung durch Einleger und Verstärkungsstruktur ausgebildet wird,
4 einen Teilquerschnitt durch ein Gusswerkzeug, in welchem mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Leichtbauteil bzw. dessen Komponenten hergestellt wird bzw. werden,
5 einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit einer Clipverbindung des Einlegers,
6A einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit einem weiteren Bauteil zur Fixierung von Einleger und Verstärkungsstruktur,
6B einen vergrößerten weiteren Teilquerschnitt durch einen Teil des Komponentensatzes nach 6A, in welchem ein mit Klebemittel gefüllter weiterer Hohlraum zwischen der Verstärkungsstruktur und dem weiteren Bauteil dargestellt ist,
7 einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit einem zusätzlichen Dichtwerkzeug,
8 einen Teilquerschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit einem durch beide Leichtabuteilkomponenten gemeinsam ausgebildeten Zugang,
9 einen Teilquerschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit Einbuchtungen im Einleger,
10 einen Teilquerschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit Einbuchtungen im Einleger und in der Verstärkungsstruktur,
11 bis 15 Teilquerschnitte durch fünf weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit unterschiedlichen Abstandhaltern,
16 einen Teilquerschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Komponentensatzes mit einem Stift und mit diesem korrespondierendem Loch und
17–20 verschiedene Ausgestaltungen von Klebeflächen an Ausschnitten eines Einlegers eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Komponentensatzes.
1A und 1B zeigen in einer perspektivischen Ansicht bzw. in einer schematischen Teilquerschnittsdarstellung zwei ähnliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2, welcher jeweils einen Einleger 3 aus einem Stahlblech und eine Verstärkungsstruktur 4 basierend auf einem Aluminiumwerkstoff umfasst. Der Einleger 3 und die Verstärkungsstruktur 4 werden durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens lokal, das heißt an diskreten Stellen und nicht flächendeckend miteinander verbunden, wodurch das im Ganzen mit dem Bezugszeichen ”1” bezeichnete Leichtbauteil entsteht.
Der zuvor in einem Tiefziehverfahren hergestellte, im Querschnitt schalenförmige Einleger 3 umfasst eine Basis 3B, zwei nahezu senkrecht von dieser abstehende Schenkel 3S und zwei lateral nach außen abstehende Flanschbereiche 3F, wobei in 1B lediglich jeweils einer der Schenkel 3S und einer der Flanschbereiche 3F dargestellt ist. Der in 1B rechts gezeigte Schenkel 3S bzw. die in 1A links und rechts dargestellte Schenkel 3S des Einlegers 3 bilden jeweils eine Entlüftung 5 in Form einer Öffnung aus, aus welcher Luft während des Injizierens von Klebemittel entweichen kann.
Die zuvor in einem Druckgussverfahren hergestellte Verstärkungsstruktur 4 und der Einleger 3 wurden räumlich zueinander positioniert und anschließend durch geeignet, in 1 nicht dargestellte Mittel fixiert, wobei die in 1A und 1B dargestellte Ausrichtung der Leichtbauteilkomponenten 3, 4 zueinander derjenigen der gewünschten Endgeometrie des Leichtbauteils 1 entspricht. Die Fixierung erfolgt dabei durch Anpressen der Leichbauteilkomponenten 3, 4 aneinander, und zwar derart, dass gleichzeitig eine Abdichtung eines Hohlraums 10 (siehe weiter unten) zwischen Einleger 3 und Verstärkungsstruktur 4 abgedichtet wird. Die Verstärkungsstruktur 4 umfasst mehrere Verstärkungsrippe 4R (in 1 ist lediglich eine von ihnen links dargestellt), welche an zweien ihrer oberen, frei auslaufenden Enden jeweils einen Zugang 6 in Form einer weiteren Öffnung ausbilden. In die Öffnung bzw. den Zugang 6 kann eine Düse 7 eines Injektionswerkzeugs 8 eingeführt werden, so dass die Düse 7 in einen in der Rippe 4R verlaufenden Kanal 9 (siehe insbesondere 1B) eingeführt werden kann, welcher die Öffnung der Verstärkungsrippe 4 mit einem Hohlraum 10 zwischen dem Einleger 3 und der Verstärkungsstruktur 4 verbindet.
Zur Ausbildung des Hohlraums 10 weist die Verstärkungsstruktur 4 wenigstens eine Einbuchtung 11 auf. Die Einbuchtung 11 entsteht dadurch, dass der Verlauf der dem Einleger 3 gegenüberliegenden Außenkontur 12 der Verstärkungsstruktur 4 im Bereich des Hohlraums 10 gegenüber benachbarten Bereichen zurückgesetzt ist. Durch den Zugang 6 und den Kanal 9 kann Klebemittel in den Hohlraum 10 injiziert werden. Die Einbuchtung 11 erstreckt sich beispielsweise (siehe 1B) – unterbrochen lediglich durch den in den Hohlraum 10 mündenden Kanal 9 – bis zu der die Entlüftung 5 ausbildenden Öffnung des Einlegers 3.
In den Flanschbereichen 3F sind der Einleger 3 und die Verstärkungsstruktur 4 bereichsweise auf Abstand gehalten, sodass der Hohlraum 10 zwischen den Leichtbauteilkomponenten 3, 4 frei auslaufen kann. Auf diese Weise bilden der Einleger 3 und die Verstärkungsstruktur 4 gemeinsam eine Entlüftung 5 aus.
Mittels der in den Kanal 9 eingeführten Düse 8 wird ein nicht dargestelltes Klebemittel, in diesem Fall ein Strukturkleber, dessen Volumen während seiner Aushärtung wenigstens annähernd konstant bleibt, mit einem Differenzdruck durch den Kanal 9 in den Hohlraum 10 injiziert. Die Menge und der Differenzdruck in der geschaffenen Kavität im injizierten Strukturkleber sind dabei derart bemessen, dass der Hohlraum 10 bis zu den Öffnungen 5 bzw. Entlüftungen des Einlegers 3 nahezu vollständig mit Strukturkleber gefüllt wird, Letzterer jedoch nicht aus der Öffnung 5 austritt. Dabei kann durch den Strukturkleber im Kanal 9 und im Hohlraum 10 verdrängte Luft über die Öffnungen 5 des Einlegers 3 bzw. die durch die Leichtbauteilkomponenten 3, 4 gemeinsam ausgebildeten Entlüftungen 5 entweichen. Die einander im Bereich des Hohlraums 10 gegenüberliegenden Außenkonturen 12, 13 der Leichtbauteilkomponenten 3, 4 werden dadurch von dem Strukturkleber benetzt und bilden somit Klebestellen 12, 13 aus, an denen der Einleger 3 mit der Verstärkungsstruktur 4 verklebt ist.
Die 2 und 3 zeigen in einer Querschnittsansicht schematisch jeweils einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2, wobei in 2 sowohl der Zugang 6 als auch die Entlüftung 5 durch zwei Öffnungen in der Verstärkungsstruktur 4 ausgebildet sind und in 3 die Entlüftung 5 durch einen Auslauf zwischen dem Einleger 3 und der Verstärkungsstruktur 4 ausgebildet wird. Bei allen durch 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist bevorzugt vorgesehen, dass über die Entlüftung 5 ein Unterdruck in dem Hohlraum 10 erzeugt wird, um dessen Befüllung mit Klebemittel zu fördern und gleichzeitig Lufteinschlüsse innerhalb des Hohlraums 10 besonders sicher vermeiden zu können. Weiterhin können die durch 1 bis 3 gezeigten Entlüftungen 5 alternativ als Zugänge 6 und Letztere als Entlüftungen dienen, wenn über die Entlüftungen 5 ein Klebemittel injiziert wird.
4 zeigt schematisch stark vereinfacht ein Gusswerkzeug 14 mit einer oberen Werkzeughälfte 15 und einer unteren Werkzeughälfte 16, welche in 4 in ihrer zueinander geschlossenen Stellung dargestellt sind, in welcher sie einen durch einen Einleger 3 aus Stahlblech und eine bereits gegossene Verstärkungsstruktur 4 aus Magnesium ausgefüllten Formhohlraum begrenzen. Bevor die Verstärkungsstruktur 4 wie in 4 dargestellt gegossen worden ist, wurde der Einleger 3 im geöffneten Zustand des Gusswerkzeugs 14 in die obere Werkzeughälfte 15 eingesetzt und überall dort mit einer nicht dargestellten Beschichtung beschichtet, wo der Einleger 3 nicht an der oberen Werkzeughälfte 15 anliegt. Die Beschichtung, welche aus einem Bornitridwerkstoff besteht, verhinderte während des sich anschließenden Gießens der Verstärkungsstruktur 4 und deren Abkühlung einen Stoffschluss des Stahlblechs des Einlegers 3 und dem Magnesium der Verstärkungsstruktur 4. Nachdem Einleger 3 und Verstärkungsstruktur 4 auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt worden sind, können sie erfindungsgemäß miteinander verklebt werden. Dies kann entweder in dem Gusswerkzeug 14 geschehen, oder aber erst nachdem die Leichtbauteilkomponenten 3, 4 aus dem Gusswerkzeug 14 entnommen wurden.
5 zeigt in einer schematischen Teilquerschnittsdarstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2 mit einem Einleger 3 aus Stahlblech, einer Verstärkungsstruktur 4 aus einem Aluminiumwerkstoff und einem Klebemittel 17 (Strukturkleber), mit welchem die Leichtbauteilkomponenten 3, 4 erfindungsgemäß verklebt sind. Die Leichtbauteilkomponenten 3, 4 wurden vor dem Injektionskleben zueinander ausgerichtet und durch einen Clipverbinder 18 des Einlegers 3 im Sinne einer Verrastung fixiert. Der Clipverbinder 18 ist einteilig mit dem Einleger 3 verbunden und klammerartig geformt, so dass eines der in 5 dargestellten frei auslaufenden Enden der Verstärkungsstruktur 4 in dem Clipverbinder 18 eingespannt wird. Auf diese Weise sind die Leichtbauteilkomponenten 3, 4 miteinander verspannt und in ihrer zuvor justierten Ausrichtung zueinander fixiert.
6A zeigt in einer schematischen Teilquerschnittsdarstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2 mit einem Einleger 3 aus Stahlblech, einer Verstärkungsstruktur 4 aus einem Leichtmetallwerkstoff und einem weiteren Bauteil 19 aus Stahlblech, welches durch eine Nietverbindung 20 mit einem Flanschbereich 3F des Einlegers 3 verbunden ist. Das weitere Bauteil 19 liegt auf den frei auslaufenden Enden der Verstärkungsrippe 4R der Verstärkungsstruktur 4 an und übt auf diese eine Druckkraft aus, so dass Einleger 3 und Verstärkungsstruktur 4 verspannt und dadurch in ihrer gemäß der Endgeometrie des Leichtbauteils vorgesehenen Position fixiert sind. Auf der Höhe des durch die Verstärkungsrippe 4R ausgebildeten Zugangs 6 weist das weitere Bauteil 19 eine Öffnung 21 auf, an welche ein nicht dargestelltes Injektionswerkzeug angesetzt werden kann.
Wie aus 6B ersichtlich, ist das weitere Bauteil 19 bereichsweise mit dem frei auslaufenden Ende der Verstärkungsrippe 4R verklebt. Die in 6B dargestellte vergrößerte Teilquerschnittsdarstellung schneidet den in 6A dargestellten Komponentensatz ein Stück weit tiefer in die Zeichenebene hinein. In diesem Bereich weist die Verstärkungsrippe 4R eine weitere Einbuchtung 11' auf und bildet dadurch einen weiteren Hohlraum 11' zwischen ihr 4R und dem weiteren Bauteil 19 aus. Der weitere Hohlraum 11' ist mit dem in 6A dargestellten Zugang 6, Kanal 9 und der Entlüftung 5 verbunden, sodass nach erfindungsgemäßem Injizieren von Klebemittel 17 in den Hohlraum 11 zwischen dem Einleger 3 und der Verstärkungsstruktur 4 auch der weitere Hohlraum 11' mit Klebemittel gefüllt ist, wie dies in 6B dargestellt ist. Auf diese Weise werden korrespondierende Klebestellen der Verstärkungsrippe 4R und des weiteren Bauteils 19 innerhalb des weiteren Hohlraums 11' mit Klebemittel 17 benetzt und die genannten Bauteile 4R, 19 miteinander verklebt.
7 zeigt in einer schematischen Teilquerschnittsdarstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2 mit einem Einleger 3 aus Stahlblech, einer Verstärkungsstruktur 4 aus einem Leichtmetallwerkstoff und einem zusätzlichen Dichtwerkzeug 22. Letzteres ist derart geformt, dass es an dem Einleger 3 und der Verstärkungsstruktur 4 anliegt und dabei die zwischen dem Einleger 3 und der Verstärkungsstruktur 4 gelegenen Hohlräume 10 von außen abdichtet.
8 zeigt einen schematischen Teilquerschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2, bei welchem zwei Zugänge 6 durch beide Leichtbauteilkomponenten 3, 4 gemeinsam ausgebildet sind. Die durch 7 gezeigten Hohlräume 10 laufen frei aus. Durch eine entsprechend geformte Düse eines nicht dargestellten Injektionswerkzeugs ist die Injektion von Klebemittel unter gleichzeitiger Abdichtung der frei auslaufenden Hohlräume 10 möglich.
Die 9 und 10 zeigen in zwei weiteren schematischen Teilquerschnitten zwei weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2, mit einem Einleger 3 aus Stahlblech und einer Verstärkungsstruktur 4 basierend auf einem Leichtmetallwerkstoff. Dabei sind gemäß 9 zwei Hohlräume 10 durch Einbuchtungen 11 in dem Einleger 3 und gemäß 10 zwei Hohlräume 10 durch paarweise korrespondierende Einbuchtungen beider Leichtbauteilkomponenten 3, 4 ausgebildet.
Die 11 bis 15 zeigen in fünf weiteren schematischen Teilquerschnitten fünf weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2 mit Abstandhaltern 23–26 zur Erzeugung eines gewünschten Abstands zwischen einem Einleger 3 aus Stahlblech und einer Verstärkungsstruktur 4 aus einem Aluminiumwerkstoff. Gemäß 11 bildet der Einleger 3 buchtenartige Abstandhalter 23 aus, wohingegen in 12 die Verstärkungsstruktur einförmige Abstandhalter 24 ausbildet. 13 zeigt eine Kombination aus einem buchtenartigen Abstandhalter 23 des Einlegers 3 und zwei pinartigen Abstandhaltern 24 der Verstärkungsstruktur 4. In 14 sind separate Abstandhalter 25 zwischen dem Einleger 3 und der Verstärkungsstruktur 4 dargestellt. Gemäß 15 sind Glaskugeln 26, sogenannte Gap-Filler, als Abstandhalter im Klebemittel 17 vorgesehen.
16 zeigt in einem weiteren schematischen Teilquerschnitt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Komponentensatzes 2, bei welchem zum Zwecke der leichteren Positionierung die Verstärkungsstruktur 4 aus einem Aluminiumwerkstoff einen Stift 27 aufweist, welcher durch ein korrespondierendes Loch 28 in dem Einleger 3 aus Stahlblech gesteckt ist.
Schließlich zeigen die 17 bis 20 mit unterbrochen dargestellten Linien Klebeflächen 12 an einem Ausschnitt des Einlegers 3 aus Stahlblech, wobei die gezeigten Klebeflächen 12 auf die gleiche Art ebenso an einer Verstärkungsstruktur 4 vorgesehen werden können. In 17 ist die Klebefläche vollflächig vorgesehen. Gemäß 18 sind 4 kanalförmige Klebeflächen 12, gemäß 19 3 kreisförmige Klebeflächen 12 und gemäß 20 eine kreisförmige, von zwei kanalförmigen Klebeflächen 12 überlagerte Klebefläche 12 vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10153712 C1 [0005, 0006]
DE 60214699 T2 [0007, 0008, 0009, 0009, 0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils (1) umfassend einen Einleger (3) aus einem ersten Material und wenigstens eine lokal mit dem Einleger (3) verbundene Verstärkungsstruktur (4) aus einem zweiten Material, gekennzeichnet durch Verkleben des Einlegers (3) und der Verstärkungsstruktur (4) mittels eines Klebemittels (17), wobei das Klebemittel (17) in wenigstens einen Hohlraum (10) zwischen dem Einleger (3) und der Verstärkungsstruktur (4) injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verkleben – der Einleger (3) und die Verstärkungsstruktur (4) bereitgestellt werden und – der Einleger (3) und die Verstärkungsstruktur (4) dreidimensional zueinander positioniert sowie anschließend fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch – Einlegen des Einlegers (3) in einen Formholraum eines Gusswerkzeugs (14), – Beschichten des Einlegers (3) mit einer Beschichtung, welche einem Stoffschluss der Materialien des Einlegers (3) und der Verstärkungsstruktur (4) entgegenwirkt, wenigstens in Bereichen, welche einen Teil des verbleibenden Formhohlraums des Gusswerkzeugs (14) begrenzen und – Gießen der Verstärkungsstruktur (4) in dem verbleibenden Formhohlraum des Gusswerkzeugs (14).
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Fixieren mittels separater Klemmen, wenigstens eines weiteren Bauteils (19), Clipverbinders (18) des Einlegers (3), Vernieten, clinchen oder Punktschweißen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Abdichten des Hohlraums (10) mittels – Aneinanderpressen von Einleger (3) und Verstärkungsstruktur (4), – eines zusätzlichen Dichtwerkzeugs (22) oder – durch Injizieren einer auf den Hohlraum (10) angepassten Menge an Klebemittel (17).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Injizieren eines Strukturklebers (17) mit gleichbleibendem oder expandierendem Volumen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bereitstellen – großflächiger, – kanalförmiger, – punktueller oder – kanalförmiger und punktueller Klebestellen (12, 13) innerhalb des Hohlraums (10) an Einleger (3) und/oder Verstärkungsstruktur (4).
Komponentensatz (2) zur Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Komponentensatz (2) einen Einleger (3) aus einem ersten Material und wenigstens eine lokal mit dem Einleger (3) verbundene Verstärkungsstruktur (4) aus einem zweiten Material umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (3) und/oder die Verstärkungsstruktur (4) wenigstens eine Einbuchtung (11) zur Ausbildung eines Hohlraums (10) zwischen Einleger (3) und Verstärkungsstruktur (4) aufweisen, wobei der Hohlraum (10) wenigstens einen Zugang (6) für ein Injizieren eines Klebemittels (17) und wenigstens eine Entlüftung (5) aufweist.
Komponentensatz (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (3) oder die Verstärkungsstruktur (4) oder beide (3, 4) gemeinsam den Zugang (6) ausbilden.
Komponentensatz (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (3) und/oder die Verstärkungsstruktur (4) Abstandhalter (23 bis 26) zur Erzeugung eines gewünschten Abstands zwischen Einleger (3) und Verstärkungsstruktur (4) ausbilden.
Komponentensatz (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch separate Abstandhalter (25, 26) zwischen dem Einleger (3) und der Verstärkungsstruktur (4) zur Erzeugung eines gewünschten Abstands zwischen Einleger (3) und Verstärkungsstruktur (4).
Komponentensatz (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die separaten Abstandhalter (26) in dem zu injizierenden Klebemittel (17) angeordnet sind.
Komponentensatz (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (3) und die Verstärkungsstruktur (4) korrespondierende Stifte (27) und Löcher (28) für das Positionieren ausbilden.
Komponentensatz (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (3) wenigstens einen Clipverbinder (18) zum Fixieren mit der Verstärkungsstruktur (4) ausbildet.
Komponentensatz (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch ein weiteres Bauteil (19), welches den Einleger (3) und die Verstärkungsstruktur (4) in ihrer gemäß der Endgeometrie des Leichtbauteils (1) vorgesehenen Position fixiert.
Komponentensatz (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem weiteren Bauteil (19) und der Verstärkungsstruktur (4) ein weiterer Hohlraum (11') mit Klebemittel (17) wenigstens teilweise ausgefüllt ist, wodurch das weitere Bauteil (19) und die Verstärkungsstruktur (4R) miteinander verklebt sind.
Komponentensatz (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (3) oder die Verstärkungsstruktur (4) oder beide (3, 4) gemeinsam die Entlüftung (5) ausbilden.
Komponentensatz (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 17, gekennzeichnet durch ein Dichtwerkzeug (22) mit einer Form passend, um an dem Einleger (3) und der Verstärkungsstruktur (4) anzuliegen und dabei wenigstens einen durch den Einleger (3) und die Verstärkungsstruktur (4) gebildeten Hohlraum (10) von außen abzudichten.