DE102015214149A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds durch indirektes Fügen mittels eingepresstem Blechbutzen, sowie hiermit hergestellter Bauteilverbund und Kraftfahrzeugkarosserie mit solchem Bauteilverbund - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds durch indirektes Fügen mittels eingepresstem Blechbutzen, sowie hiermit hergestellter Bauteilverbund und Kraftfahrzeugkarosserie mit solchem Bauteilverbund Download PDF

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Robert Lindacher
Dietmar Opel
Bernhard Glück
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile (110, 120) umfassenden Bauteilverbunds (100), wobei die Bauteile (110, 120) an wenigstens einer Fügestelle gefügt werden, umfassend: – Lochen des ersten Bauteils (110) an der Fügestelle zur Erzeugung eines Durchgangslochs; – formschlüssiges Einpressen eines Blechbutzens (140) in das Durchgangsloch; – Positionieren und Ausrichten des ersten Bauteils (110) relativ zum zweiten Bauteil (120); und – Erzeugen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung (150) zwischen den Bauteilen (110, 120), wozu der im ersten Bauteil (110) eingepresste Blechbutzen (140) mit dem zweiten Bauteil (120) verschweißt, verlötet oder verklebt wird. Die Erfindung betrifft ferner einen nach diesem Verfahren hergestellten Bauteilverbund (100) aus wenigstens zwei Bauteilen (110, 120) und eine Kraftfahrzeugkarosserie, die wenigstens einen solchen Bauteilverbund (100) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds durch indirektes stoffschlüssiges Fügen dieser Bauteile.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Bauteilverbund und eine Kraftfahrzeugkarosserie.
  • Ein direktes Verschweißen oder Verlöten von Bauteilen ist nicht immer möglich, bspw. dann, wenn die zu fügenden Bauteile aus unterschiedlichen Metallwerkstoffen (bspw. Aluminium und Stahl) oder sogar artfremden Werkstoffen (bspw. CFK und Metall) gebildet sind.
  • Die Patentschrift DE 100 15 713 A1 beschreibt ein Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, das aus nicht miteinander verschweißbaren Blechen aufgebaut ist. Das eine Blech besteht aus einem Leichtmetall, wobei in diesem Blech an vorbestimmten Befestigungsstellen Nieten, insbesondere Vollnieten, befestigt sind, die aus einem Werkstoff bestehen, der mit dem Werkstoff verschweißbar ist, aus dem das andere Blech besteht.
  • Als Stand der Technik werden im Weiteren die Patentschriften DE 100 60 390 B4 , DE 10 2004 025 492 A1 , DE 10 2007 036 416 A1 und DE 10 2010 053 608 A1 benannt.
  • Die im Stand der Technik verwendeten niet- oder nagelartigen Hilfsfügeteile werden auch als Widerstandsschweißelemente bezeichnet. Zum Stand der Technik wird ergänzend auch noch auf die Patentschrift DE 10 2012 010 870 A1 hingewiesen, die u. a. ein Schweißhilfsfügeteil in Form eines Bolzens beschreibt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren eingangs genannter Art anzugeben, das gegenüber den vorbekannten Verfahren wenigstens einen Vorteil aufweist, bzw. das wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1. Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf einen erfindungsgemäß hergestellten Bauteilverbund und auf eine Fahrzeugkarosserie, die wenigstens einen erfindungsgemäß hergestellten Bauteilverbund aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, aus den nachfolgenden Erläuterungen und auch aus den Figuren bzw. der Zeichnung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines wenigstens ein erstes und ein zweites Bauteil umfassenden Bauteilverbunds, wobei die Bauteile an wenigstens einer Fügestelle gefügt werden, umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    • – Lochen des ersten Bauteils an der (vorgesehenen) Fügestelle zur Erzeugung eines Durchgangslochs;
    • – formschlüssiges Einpressen (wenigstens) eines Blechbutzens in dieses Durchgangsloch;
    • – Positionieren und Ausrichten des ersten Bauteils relativ zum zweiten Bauteil, insbesondere derart, dass sich der in das erste Bauteil eingepresste Blechbutzen (bzw. dessen dem zweiten Bauteil zugewandte Fügefläche bzw. Stirnseite) und das zweite Bauteil an der Fügestelle berühren oder zumindest berühren können oder wenigstens fluchtend sind; und
    • – Erzeugen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung (an der Fügestelle) zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil, wozu der im ersten Bauteil eingepresste Blechbutzen mit dem zweiten Bauteil verschweißt, verlötet und/oder verklebt wird.
  • Unter einem Blechbutzen wird ein kopf- und schaftloses Metall- bzw. Blechplättchen verstanden, das zuvor, bspw. durch Ausschneiden bzw. Ausstanzen, aus einem Blechmaterial (Feinblech) erzeugt wurde. Gleichwohl kann der Blechputzen beim Einpressen so verform werden, dass dieser anschließend wenigstens einen kopfartigen Abschnitt aufweist. Der Blechbutzen ist insbesondere aus einem Blechmaterial (bspw. Stahlblech oder Aluminiumblech) gebildet, welches bezüglich des zweiten Bauteils bzw. dessen Werkstoff eine ausreichende Schweiß- oder Löteignung aufweist. Der Blechbutzen kann auch aus einem mehrschichtigen Blechmaterial, bspw. einem Bimetallblech, oder sogar auch aus einem nichtmetallische Werkstoffe umfassenden Verbundmaterial gebildet sein. Ferner kann der Blechbutzen eine speziell erzeugte Ausgestaltung, bspw. wenigstens eine Fase, eine Facettierung, eine Konusform (Kegelstumpfform) oder dergleichen aufweisen, wie nachfolgend noch näher erläutert.
  • Bevorzugt weist der Butzen eine Fläche (Butzenfläche in axialer Draufsicht) von wenigstens 20 mm2 oder wenigstens 50 mm2 oder wenigstens 100 mm2 (= 1 cm2) oder wenigstens 2 cm2 oder wenigstens 5 cm2 oder wenigstens 10 cm2 oder wenigstens 20 cm2 auf. Ein großflächiger Butzen (wenigstens 1 cm2) kann auch als „Patch” bezeichnet werden. Das Lochen des ersten Bauteils und Einpressen eines Butzens kann dann auch als „Patchen” bezeichnet werden.
  • Das bspw. durch Schneiden oder Stanzen gebildete Durchgangsloch im ersten Bauteil weist vorzugsweise eine geschlossene Loch- bzw. Schnittkontur und somit eine umlaufend geschlossene Lochwandung auf. Durch das Einpressen wird eine quer zur Fügeachse formschlüssige und entlang der Fügeachse form- oder kraftschlüssige Befestigung bzw. Halterung des Blechbutzens im Durchgangsloch des ersten Bauteils herbeigeführt. Der Blechbutzen kann bspw. durch kraftschlüssiges Verklemmen (aufgrund eines Übermaßes bzw. Übergröße des Blechbutzens bezüglich der Lochkontur) und/oder durch formschlüssiges Verprägen bzw. Verpressen (Verprägung bzw. Verpressung zwischen dem Blechbutzen und der Lochwandung bzw. den Lochrändern) im Durchgangsloch befestigt sein, wobei vorzugsweise eine Fixierung in beiden axialen Richtungen und in der Querrichtung besteht. Die Schnittkontur (Lochgeometrie, Innengeometrie) des Durchgangslochs und der Umriss (Außengeometrie) des Blechbutzens sind, zumindest teilweise, aufeinander abgestimmt.
  • Die an der Fügestelle hergestellte Fügeverbindung ist eine Kombination aus kraft-/formschlüssiger und stoffschlüssiger Fügung. Die Verschweißung, Verlötung oder Verklebung befindet sich von außen unsichtbar zwischen den Bauteilen und ist dadurch auch besonders gut geschützt. Die den Bauteilverbund bildenden Bauteile werden an mindestens einer Fügestelle, bevorzugt jedoch an mehreren Fügestellen, in der erfindungsgemäßen Weise gefügt, wobei die mehreren Fügeverbindungen identisch oder auch unterschiedlich ausgebildet sein können. Die Bauteile können ferner durch weitere Fügetechniken, insbesondere durch Kleben bzw. Verkleben, gefügt werden.
  • Zwischen dem Blechbutzen und dem zweiten Bauteil kann eine flächiges, linienförmiges oder punktförmiges Verschweißen oder Verlöten erfolgen. Ein einzelner Schweiß- oder Lötpunkt wird bevorzugt. Bei einem großflächigen bzw. flächengrößeren Blechbutzen können auch mehrere Schweiß- oder Lötstellen, insbesondere Schweiß- oder Lötpunkte, vorgesehen sein. Das Verschweißen oder Verlöten erfolgt insbesondere durch Widerstandserwärmung, wie im eingangs zitierten Stand der Technik ausführlich erläutert.
  • Das erste Bauteil kann aus einem Blechmaterial (bspw. Aluminiumblech oder Magnesiumblech) oder einem blechähnlichen Material (bspw. CFK oder GFK, auch Organoblech) gebildet sein. Prinzipiell kann es sich auch um ein Profilteil, ein Gussteil oder dergleichen handeln, welches an der Fügestelle blechartig ausgebildet sein kann.
  • Das zweite Bauteil kann aus einem schweiß- oder lötgeeigneten Blechmaterial (bspw. Stahlblech) gebildet sein (beim Verkleben spielt die Schweiß- oder Löteignung prinzipiell keine Rolle). Bei dem zweiten Bauteil kann es sich aber auch um ein Profilteil, ein Gussteil oder dergleichen handeln, das insbesondere aus einem schweiß- oder lötgeeigneten Werkstoff gebildet sein kann.
  • Zwischen dem eingepressten Blechbutzen und dem zweiten Bauteil kann auch eine, insbesondere flächige (gegebenenfalls auch punkt- oder linienförmige), Klebeverbindung erzeugt werden. Mit modernen Klebstoffen kann Metall sehr gut mit Metall verklebt werden (besser als bspw. CFK/GFK mit Metall), weswegen diese Variante besonders für ein nicht-metallisches erstes Bauteil vorteilhaft ist. Im Falle einer Klebeverbindung kann das zweite Bauteil auch aus einem schweiß- oder lötungeeigneten metallischen Werkstoff und insbesondere auch aus einem nichtmetallischen Werkstoff (bspw. Kunststoff, Faserverbundkunststoff oder dergleichen) gebildet sein. Die Aushärtung des Klebstoffs kann, insbesondere unter Druck, z. B. durch Widerstandserwärmung mittels Elektroden erfolgen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch das Herstellen einer stoffschlüssigen Schweiß-, Löt- oder Klebeverbindung zwischen Materialien bzw. Werkstoffen, insbesondere zwischen unterschiedlichen Metallwerkstoffen (bspw. Aluminium und Stahl) oder artfremden Werkstoffen (bspw. CFK/GFK und Stahl), welche nicht direkt oder nur schwer schweißbar, lötbar oder klebbar sind. Das Verschweißen, Verlöten oder Verkleben erfolgt indirekt mittels dem im ersten Bauteil eingepressten Blechbutzen. Die miteinander zu fügenden Bauteile können auch aus dem selben Material bzw. Werkstoff, das bzw. der dann jedoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen kann (bspw. Stahlblech und pressgehärtetes Stahlblech), gebildet sein.
  • Die Erfindung schafft also neue Gestaltungsspielräume. So ist bspw. eine Verbindungsvariante möglich, bei der ein aus Aluminium gebildeter Blechbutzen in ein aus Stahl gebildetes erstes Bauteil eingepresst wird (was vorteilhaft mit geringen Einpress- bzw. Einprägekräften erfolgen kann) und dann mit einem aus Aluminium gebildeten zweiten Bauteil verschweißt wird. Ebenso ist eine Variante möglich, bei der in ein Aluminiumbauteil ein Stahlbutzen eingepresst wird und dieser dann mit einem Stahlbauteil verschweißt wird.
  • Beim Einpressen des Blechbutzens in das Durchgangsloch kann wenigstens eine Zwischenschicht mit eingepresst werden. Die Zwischenschicht kann eine (elektrisch) isolierende Funktion (bspw. zum Schutz vor Kontaktkorrosion durch galvanische Trennung), eine dichtende bzw. abdichtende Funktion, eine dämpfende Funktion und/oder eine die Verbindungsfestigkeit steigernde Funktion haben. Bei der Zwischenschicht handelt es sich, je nach Zielsetzung, z. B. um einen Lack (z. B. Zaponlack), Kunststoff, einen Trockenschmierstoff, einen Klebstoff, ein Metall (bspw. auch zur gezielten Herbeiführung von Kaltverschweißungseffekten) oder eine Metalllegierung (bspw. Zink-Nickel-Beschichtung oder Aluminium-Silizium-Beschichtung mit korrosionsschützenden Eigenschaften). Die Zuführung des Zwischenschichtmaterials kann bspw. als Folie in der Art eines Schreibmaschinen-Farbbands oder in Form einer Hülse, eines Rings, einer Schale oder dergleichen erfolgen. Ebenso kann vor dem Einpressen ein Auftragen des Zwischenschichtmaterials in das Durchgangsloch und/oder auf den Blechbutzen (nur im Bereich der Mantel- bzw. Schnittfläche oder gegebenenfalls auch komplett, d. h. die Stirnflächen einschließend und somit eine umfassende Beschichtung bildend) erfolgen. Ferner kann bspw. vorgesehen sein, dass der Blechbutzen vor dem Einpressen galvanisiert oder feuerverzinkt wird.
  • Das für das Einpressen des Blechbutzens benötigte Durchgangsloch muss spätestens vor dem Einpressen erzeugt werden. Prinzipiell kann das erste Bauteil an der wenigstens einen Fügestelle bereits vorgelocht sein, wobei die Locherzeugung bspw. auch bei einem Zulieferer und/oder im Zuge eines vorausgehenden Bearbeitungs- oder Verarbeitungsprozesses erfolgen kann.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Durchgangsloch für das nachfolgende Einpressen des Blechbutzens gezielt gestaltet bzw. vorbereitet wird. Dies kann als Lochvorbereitung bezeichnet werden. Beispielsweise wird bereits beim Lochen oder auch erst nach dem Lochen das Durchgangsloch gratfrei ausgebildet und/oder zumindest an einem Lochrand, bevorzugt an beiden Lochrändern, eine Anfasung bzw. Fase (Innenfase) erzeugt. Eine solche Fase vereinfacht beim Einpressen die Ausrichtung des Blechbutzens und kann die Ausbildung eines Formschlusses begünstigen, insbesondere derart, dass sich am gefasten Lochrand bzw. an der Fase ein Hinterschnitt ausbilden kann. Die Lochung bzw. Locherzeugung kann bspw. durch einen ein- oder mehrstufigen Stanzprozess erfolgen. Ebenso kann die Lochung bzw. Locherzeugung durch Ausschneiden, bspw. mittels Laserstrahl oder Wasserstrahl, erfolgen. Nach der Locherzeugung kann bspw. durch ein- oder beidseitiges Prägen des Lochrands bzw. der Lochränder ein etwaiger Schneidgrat verprägt und/oder eine Fase angeformt werden (Prägeranderzeugung). Gegebenenfalls ist auch ein der eigentlichen Locherzeugung vorausgehendes Vorprägen oder Vorschneiden an einem oder beiden späteren Lochrändern möglich.
  • Der einzupressende Blechbutzen kann ebenfalls gratfrei ausgebildet sein, wobei zumindest an einem Außenrand bzw. einer Außenkante, bevorzugt an beiden Außenrändern bzw. -kanten, eine Anfasung bzw. Fase (Außenfase) vorgesehen sein kann. Die Fase an einem Außenrand oder an beiden Außenrändern vereinfacht beim Einpressen die Ausrichtung des Blechbutzens relativ zum Durchgangsloch und kann die Ausbildung eines Formschlusses begünstigen.
  • Der Blechbutzen kann an seiner dem zweiten Bauteil zugewandten Fläche (Butzenfläche, Kontaktfläche, Verbindungsfläche, Fügefläche) mit einem Schweißzusatzwerkstoff oder einem Lot bzw. Lotmittel beschichtet sein, welcher bzw. welches dem Erzeugen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung mit dem zweiten Bauteil dient. Bevorzugt befindet sich der Schweißzusatzwerkstoff oder das Lotmittel bereits auf dem zugeführten Schweißbutzen oder wird vor dem Einpressen aufgetragen.
  • Bei dem Blechbutzen kann es sich um ein Abfallstück, insbesondere Stanzabfallstück, aus einem anderen Herstellprozess handeln, das auf diese Weise einer weiteren Nutzung zugeführt wird. Die Lochgeometrie kann an zur Verfügung stehende Abfallstücke angepasst werden. In analoger Weise können auch die beim erfindungsgemäßen Verfahren anfallenden Lochabfallstücke weiterverwendet werden.
  • Bevorzugt wird der Blechbutzen derart eingepresst, dass dieser bzw. dessen Butzenfläche (Fügefläche) mit der dem zweiten Bauteil zugewandten Seite des ersten Bauteils flächenbündig ist. Allerdings kann auch vorgesehen sein, dass der Blechbutzen derart eingepresst wird, dass dieser an der dem zweiten Bauteil zugewandten Seite des ersten Bauteils in Richtung des zweiten Bauteils untersteht und bevorzugt übersteht, insbesondere mit einem definierten Überstandsmaß. Dadurch kann ein Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil geschaffen werden, der bspw. eine Berührung und Kontaktkorrosion verhindert und/oder, insbesondere beim Punktschweißkleben, als Klebstoffspalt fungiert. Im Spalt kann auch eine isolierende oder dämpfende Zwischenschicht (bspw. eine Polymerschicht) angeordnet werden. Der Überstand kann auch kopfartig ausgebildet werden, derart, dass der dem zweiten Bauteil zugewandte Lochrand durch Überformung formschlüssig vom Blechbutzen übergriffen wird. Ferner kann auch ein beim Einpressen erzeugter linienartiger und insbesondere punktartiger Überstand vorgesehen sein. Ein solcher linien- oder punktartiger Überstand kann z. B. als Schweißbuckel dienen. Ferner ist ein spitzer Überstand möglich, wobei eine solche Spitze z. B. einer Lichtbogenzündung dienen kann. Das Einpresswerkzeug ist jeweils entsprechend ausgebildet.
  • An der vom zweiten Bauteil abgewandten Seite des ersten Bauteils kann der Blechbutzen flächenbündig (dies ist die bevorzugte Variante), mit Unterstand oder mit Überstand, insbesondere auch einem kopfartig ausgebildeten Überstand, eingepresst werden. Alle denkbaren Kombinationen sind möglich. Das Einpresswerkzeug ist jeweils entsprechend ausgebildet.
  • Der einzupressende Blechbutzen kann dicker sein als das erste Bauteil (an der Fügestelle). Damit ist insbesondere gemeint, dass der Blechbutzen (vor dem Einpressen) eine größere Blechdicke als das aus einem Blechmaterial oder blechähnlichen Material gebildete erste Bauteil aufweist. Bevorzugt wird der dickere Blechbutzen beim Einpressen gestaucht und dabei plastisch verformt, wodurch es schließlich zum Kraft- und/oder Formschluss (mit der Lochwandung und/oder den Lochrändern) kommt. Dabei kann an der vom zweiten Bauteil abgewandten Seite des ersten Bauteils ein flächenbündiger Übergang erzeugt werden. Ebenso ist an dieser Seite des ersten Bauteils ein Überstand oder sogar ein den Lochrand übergreifender Kopf erzeugbar (durch Überformung des vom zweiten Bauteil abgewandten Lochrands). Das Einpresswerkzeug ist jeweils entsprechend ausgebildet. Die dem zweiten Bauteil zugewandte Butzenfläche kann entsprechend den vorausgehenden Erläuterungen ausgebildet sein.
  • Der einzupressende Blechbutzen kann auch dünner als das erste Bauteil (an der Fügestelle) sein. Dadurch kann u. a. eine Gewichtsersparnis erzielt werden. Das Einpressen erfolgt insbesondere derart, dass der Blechbutzen mit der dem zweiten Bauteil zugewandten Seite des ersten Bauteils flächenbündig abschließt oder übersteht, wie obenstehend erläutert. An der vom zweiten Bauteil abgewandten Seite kann die unterstehende umlaufende Außenkante des Blechbutzens bspw. durch Verprägen oder Verpressen des Lochrands überformt werden, um einen Formschluss herbeizuführen.
  • Der einzupressende Blechbutzen und das erste Bauteil (an der Fügestelle) können auch gleichdick sein. Das Einpressen erfolgt insbesondere derart, dass der Blechbutzen auf beiden Seiten des ersten Bauteils flächenbündig abschließt. Die kraft- und/oder formschlüssige Befestigung kann bspw. durch Verprägen der Butzenaußenkanten und der Lochränder erfolgen (ähnlich einer EURO-Münze). Das Einpressen kann auch derart erfolgen, dass der Blechbutzen an der dem zweiten Bauteil zugewandten Seite bzw. Fläche des ersten Bauteils übersteht. Im Übrigen gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen.
  • Für den Fall, dass der Blechbutzen bezüglich des ersten Bauteils dicker oder gleichdick ist, kann das Einpressen auch derart erfolgen, dass der Blechbutzen danach dünner als das erste Bauteil (an der Fügestelle) ist. Im Übrigen gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen.
  • Insbesondere für den Fall, dass der Blechbutzen bezüglich des ersten Bauteils dünner oder gleichdick ist, kann das Einpressen auch durch ein als Einspreizen bezeichnetes Fügen erfolgen. Hierbei weist der bereitgestellte Blechbutzen zunächst eine Flächenwölbung auf, die sich bspw. aus dem herstellenden Stanzprozess ergibt. Nach dem Einsetzen in das Durchgangsloch wird der Blechbutzen mit Hilfe des Einpresswerkzeugs flachgedrückt und dabei an die Lochwandung angedrückt. Ergänzend kann auch ein Verpressen (bspw. durch Stauchen) oder Verprägen (zwischen Butzenaußenkanten und den Lochrändern) erfolgen. Im Übrigen gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass der in das Durchgangsloch im ersten Bauteil eingepresste Blechbutzen dieses Durchgangsloch vollflächig ausfüllt und somit verschließt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Durchgangsloch vom eingepressten Blechbutzen nur teilweise bzw. teilflächig ausgefüllt wird. Dadurch kann u. a. eine Gewichtsersparnis erzielt werden. Im Übrigen ist es auch möglich, in elf Durchgangsloch mehrere Blechbutzen übereinander und/oder nebeneinander einzupressen.
  • Der Blechbutzen wird bevorzugt verdrehsicher in das Durchgangsloch eingepresst, so dass der Blechbutzen nach dem Einpressen (in der Befestigung- bzw. Blechebene) keine Drehbewegung relativ zum ersten Bauteil ausführen kann. Dadurch wird auch eine Drehbewegung der schließlich an der Fügestelle gefügten Bauteile zueinander verhindert, was bspw. für einen crashrelevanten Bauteilverbund vorteilig sein kann. Eine solche Verdrehsicherung zwischen dem eingepressten Blechbutzen und dem ersten Bauteil kann bspw. durch eine geeignete Wahl der Lochgeometrie des Durchgangslochs und/oder der Außengeometrie des Blechbutzens bewirkt werden, insbesondere mittels nicht-kreisrunder Formen und/oder mittels ineinandergreifender und dadurch die Verdrehung verhindernder Formelemente (bspw. Hinterschnitte, wie Zacken und dergleichen).
  • Das Lochen des ersten Bauteils und das Einpressen des Blechbutzens in das beim Lochen erzeugte Durchgangsloch kann in separaten Arbeitsgängen erfolgen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Lochen des ersten Bauteils (bevorzugt einschließlich einer Lochvorbereitung) und das Einpressen des Blechbutzens in einem Arbeitsgang erfolgt bzw. durchgeführt wird. Das Lochen und Einpressen kann bspw. mittels pressengebundenem Werkzeug, insbesondere einem Umformwerkzeug, d. h. im Presswerk, in einem Arbeits- bzw. Schließhub (bzw. in einem einzigen Schlag) erfolgen, wozu das pressengebundene Werkzeug sowohl (wenigstens) ein Stanz- bzw. Schneidwerkzeug als auch (wenigstens) ein Einpresswerkzeug umfasst. Ebenso kann das Lochen und Einpressen mithilfe eines Hubgestells oder einer mobilen Zange (oder C-Bügel oder dergleichen) erfolgen, das bzw. die mit einem Stanz- bzw. Schneidwerkzeug und einem Einpresswerkzeug ausgestattet ist. Letzteres eignet sich bspw. zur Durchführung von Reparaturen. Ferner kann vorgesehen sein, dass im selben Arbeitsgang auch noch eine Butzenerzeugung, bspw. durch Ausstanzen aus einem Blechband, erfolgt.
  • Das erste Bauteil kann nach dem Einpressen des Blechbutzens (oder mehrerer Blechbutzen) einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wobei die Wärmebehandlung insbesondere vor dem Fügen mit dem zweiten Bauteil durchgeführt wird. Bei dieser Wärmebehandlung handelt es sich bspw. um ein Spannungsarmglühen. Geeignete Temperaturbereiche und Wärmebehandlungszeiten sind dem Fachmann bekannt oder durch Versuche ermittelbar.
  • Die vorausgehenden Erläuterungen gelten analog auch für die Herstellung eines mehr als zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds, mit folgenden Schritten:
    • – Lochen des ersten Bauteils und wenigstens eines weiteren bzw. dritten Bauteils an der Fügestelle zur Erzeugung von Durchgangslöchern;
    • – Positionieren und Ausrichten des ersten Bauteils und des weiteren Bauteils, so dass die Durchgangslöcher fluchten bzw. übereinander liegen;
    • – formschlüssiges Einpressen eines Blechbutzens in die Durchgangslöcher, wobei diese Bauteile miteinander vorgefügt werden;
    • – Positionieren und Ausrichten der vorgefügten Bauteile relativ zu einem zweiten Bauteil; und
    • – Erzeugen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung zwischen den vorgefügten Bauteilen und dem zweiten Bauteil, wozu der im ersten und im weiteren Bauteil eingepresste Blechbutzen mit dem zweiten Bauteil verschweißt, verlötet oder verklebt wird.
  • Alternativ können das erste Bauteil und das wenigstens eine weitere Bauteil auch zuerst zusammengeführt, d. h. zueinander positioniert und ausgerichtet, und dann gemeinsam gelocht bzw. durchlocht werden.
  • Ferner ist denkbar, dass der Blechbutzen nur mit dem ersten Bauteil verpresst wird und ein entsprechend groß ausgebildetes Durchgangsloch im weiteren bzw. dritten Bauteil durchragend mit dem zweiten Bauteil durch Schweißen, Löten oder Kleben gefügt wird. Ferner ist auch denkbar, dass in das Durchgangsloch des ersten Bauteils und in das Durchgangsloch des weiteren Bauteils separate Blechbutzen eingepresst werden, die dann miteinander verschweißt, verlötet oder verklebt werden.
  • Bei dem auf diese Weise hergestellten Bauteilverbund bzw. bei dem auf diese Weise hergestellten Zusammenbauteil handelt es sich insbesondere um ein Sandwichbauteil.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds bzw. Zusammenbauteils (ZSB-Teil) oder gegebenenfalls auch der Herstellung eines wenigstens drei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds bzw. Zusammenbauteils (Sandwichbauteil). Ein solcher Bauteilverbund zeichnet sich dadurch aus, dass dieser wenigstens zwei Bauteile aufweist, die an wenigstens einer Fügestelle fest bzw. dauerhaft gefügt sind, wobei das erste Bauteil und gegebenenfalls wenigstens ein weiteres Bauteil (an der Fügestelle) ein Durchgangsloch aufweist/aufweisen und zumindest im Durchgangsloch des ersten Bauteils ein Blechbutzen eingepresst ist, welcher mit dem zweiten Bauteil verschweißt, verlötet oder verklebt ist. Dieser Bauteilverbund ist bevorzugt an mehreren Fügestellen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefügt, wobei die Fügeverbindungen identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein können. Die Fügeverbindungen können sequentiell oder gleichzeitig erzeugt werden. Für diesen erfindungsgemäßen Bauteilverbund gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Bei diesem Bauteilverbund handelt es sich bevorzugt um ein Schalenbauteil und insbesondere um ein Karosseriebauteil (vorzugsweise für eine PKW-Karosserie) oder um einen Karosseriebestandteil (vorzugsweise einer PKW-Karosserie). Ebenso kann es sich bspw. auch um ein Interieurbauteil oder Fahrwerksbauteil handeln.
  • Die Erfindung weist folgende Vorteile auf (keine abschließende Aufzählung):
    • – Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die kostengünstige und reproduzierbare Herstellung von Bauteilverbunden bzw. ZSB-Teilen, insbesondere in Mischbauweise.
    • – Eine erfindungsgemäß hergestellte Fügeverbindung kann bezüglich bekannter Fügeverbindungen, insbesondere der direkten Verschweißung oder Verlötung, gewichtsneutral oder sogar gewichtsvorteilig sein.
    • – Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr gut automatisierbar und hat somit eine besondere Serientauglichkeit für das Presswerk und den Karosserierohbau,
    • – Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Fügen unterschiedlicher Materialien mittels bspw. im Karosserierohbau typischerweise vorhandenem Equipment (z. B. kann das Verschweißen des eingepressten Blechbutzens in vorhandenen Schweißzellen erfolgen, da Stahl mit Stahl verschweißt wird, obwohl die zu fügenden Bauteile bspw. aus Aluminium und Stahl bestehen; s. o.).
    • – Die an der Fügestelle erzielbare Verbindungsfestigkeit ist, insbesondere auch in unterschiedlichen Lastrichtungen, sehr hoch (hohe Kraft- und/oder Momenten- bzw. Torsionsübertragung wird ermöglicht), wodurch sich z. B. eine sehr gute Eignung für crashrelevante Zusammenbauteile ergibt (Verbesserung der Crashsicherheit).
    • – Mit dem eingepressten Blechbutzen kann an der Fügestelle und gegebenenfalls auch in den angrenzenden Bereichen eine gezielte Verstärkung herbeigeführt werden (Verbesserung der Crashsicherheit).
    • – Die Butzengeometrie (Außengeometrie) und die Flächengröße des Blechbutzens ist variierbar, woraus sich vielfältige Anpassungs- und Gestaltungsmöglichkeiten und eine hohe Flexibilität ergeben (bspw. auch hinsichtlich einer verbesserten Crashsicherheit).
    • – Der eingepresste Blechbutzen ist sehr gut beschichtbar (bspw. verzinkbar und/oder lackierbar).
    • – Das Einpressen des Blechbutzens ist relativ unanfällig für vorausgehende Fertigungstoleranzen (insbesondere beim Lochen und/oder der Blechbutzenerzeugung).
    • – Das Lochen bzw. Durchlochen und das Einpressen des Blechbutzens kommt ohne stoffschlüssiges Fügen aus und ist somit sehr gut in einem Presswerk realisierbar.
    • – Die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können räumlich und zeitlich getrennt ausgeführt werden; das Lochen und Einpressen kann bspw. bei einem Zulieferer erfolgen.
    • – Die Erfindung bietet geeigneten Ersatz oder sinnvolle Ergänzung für bekannte Verbindungstechniken (wie bspw. das direkte Verschweißen oder Verlöten) im Karosserierohbau.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, die Erfindung weiterbilden. Im Rahmen der Erfindung sind die Merkmale der gezeigten und/oder erläuterten Ausführungsmöglichkeiten und Vorgehensweisen zu weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsmöglichkeiten und Vorgehensweisen kombinierbar. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Komponenten bzw. Elemente übergreifend mit den selben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine erste Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung.
  • 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung.
  • 3 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine dritte Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung.
  • 4 veranschaulicht in zwei schematischen Schnittdarstellungen eine Vorgehensweise zum Einpressen eines Blechbutzens in eines der Bauteile bei der Herstellung der in 1, 2 oder auch 3 gezeigten Fügeverbindung.
  • 5 veranschaulicht in einer schematischen Schnittdarstellung eine andere Vorgehensweise zum Einpressen eines Blechbutzens.
  • 6 veranschaulicht in mehreren schematischen Schnittdarstellungen eine weitere Vorgehensweise zum Einpressen eines Blechbutzens.
  • 7 zeigt in schematischen Schnittdarstellungen weitere Ausführungsmöglichkeiten für Blechbutzen.
  • 8 zeigt in schematischen Schnittdarstellungen weitere Ausführungsmöglichkeiten der Bauteil- bzw. Lochvorbereitung vor dem Einpressen eines Blechbutzens.
  • 9 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine vierte Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung.
  • 10 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine fünfte Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung.
  • 11 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine sechste Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung.
  • 12 zeigt in mehreren Draufsichten unterschiedliche Loch- und Blechbutzengeometrien.
  • 1 zeigt in einer Schnittdarstellung die Fügestelle eines zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds 100, wobei die dargestellte Fügeverbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Der Bauteilverbund 100 kann mehrere solche Fügestellen aufweisen, die identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein können.
  • Bei dem ersten, oberen Bauteil 110 handelt es sich z. B. um ein Aluminium-Blechbauteil oder um ein flächiges CFK-Bauteil. Bei dem zweiten, unteren Bauteil 120 handelt es sich z. B. um ein Stahl-Blechbauteil. Die beiden Bauteile 110 und 120 sind an der gezeigten Fügestelle indirekt mittels eines in das erste Bauteil 110 eingepressten Blechbutzens 140, der mit dem zweiten Bauteil 120 verschweißt ist, fest gefügt. Die sich zwischen den Bauteilen 110 und 120 befindende Schweißverbindung (Schweißlinse) ist mit 150 bezeichnet und wurde in bekannter Weise durch Widerstandserwärmung (bspw. mittels an der Fügestelle angesetzten Elektroden) erzeugt. Anstelle einer Verschweißung kann auch eine Verlötung oder Verklebung zwischen dem in das erste Bauteil 110 eingepressten Blechbutzen 140 und dem zweiten Bauteil 120 vorgesehen sein.
  • Mit L ist die Fügeachse bezeichnet, entlang derer der Blechbutzen 140 in das vorgelochte erste Bauteil 110 eingepresst wird, wie nachfolgend noch näher erläutert. Mit E ist die Befestigungs- bzw. Blechebene bezeichnet. Beispielhaft ist der Blechbutzen 140 derart in das erste Bauteil 110 eingepresst, dass in vorteilhafter Weise an der vom zweiten Bauteil 120 abgewandten Ober- bzw. Außenseite 111 ein flächenbündiger Übergang besteht, wobei auch ein Überstand oder Unterstand vorgesehen sein kann, wie obenstehend erläutert.
  • Bei der in 1 gezeigten Ausführungsmöglichkeit liegen die beiden Bauteile 110 und 120 an der Fügestelle spaltfrei aneinander. 2 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, bei der die Bauteile 110 und 120 durch einen Spalt 160 beabstandet sind, wozu der in das erste Bauteil 110 eingepresste Blechbutzen 140 in Richtung des zweiten Bauteils 120 übersteht. Der Spalt 160 kann auch auf andere Weise erzeugt werden. Der Spalt 160 dient bspw. als Isolier- und/oder Klebespalt.
  • 3 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, bei der der im ersten bzw. oberen Bauteil 110 eingepresste Blechbutzen 140 konisch ausgebildet ist, so dass an der Fügestelle, aufgrund des keilartigen Formschlusses mit dem ersten Bauteil 110, eine besonders belastbare Fügeverbindung zwischen beiden Bauteilen 110 und 120 besteht. Der Blechbutzen 140 kann bereits bei seiner Erzeugung oder in einer Nachbearbeitung konisch ausgebildet werden. Ebenfalls kann der Blechbutzen 140 beim Einpressen, bspw. durch Stauchen, konisch ausgebildet werden. Bevorzugt ist auch eine entsprechende Lochvorbereitung vorgesehen. Die konische Form des Blechbutzens 110 kann auch umgedreht sein, wodurch dann z. B. eine größere Fügefläche (Schweiß-, Löt- oder Klebfläche) für die stoffschlüssige Verbindung mit dem zweiten Bauteil 120 zur Verfügung steht.
  • 4 veranschaulicht eine mögliche Vorgehensweise zum Einpressen des Blechbutzens 140 in das erste Bauteil 110. Hierzu wird das erste Bauteil 110 an der Fügestelle gelocht bzw. vorgelocht, um ein Durchgangsloch 112 zu erzeugen. Bei der Locherzeugung, bspw. durch Ausstanzen, kann es zu einer vorteilhaften Materialverfestigung kommen. In dieses Durchgangsloch 112 wird ein Blechbutzen 140 eingepresst. Der einzupressende Blechbutzen 140 und das erste Bauteil 110 sind, zumindest nach dem Einprägen bzw. Einpressen, gleichdick. Beispielhaft ist der gezeigte Blechbutzen 140 gratfrei ausgebildet und weist umlaufende Anfasungen (bzw. Außenfasen oder Außenflanken) 144 auf. Anders als dargestellt, können die Fasen 144 auch größer und/oder mehrere Fasen am Blechbutzen 140 ausgebildet sein, so dass der Blechbutzen 140 quasi ein Facettierung aufweist.
  • Beim Einpressen werden die Fasen 144 des Blechbutzens 140 durch Verprägen oder Verpressen der Lochränder 113 überformt, d, h. an den Lochrändern 113 wird das Bauteilmaterial quasi über die gefasten Außenkanten bzw. Flanken 144 des Blechbutzens 140 getrieben, so dass sich ein in beide axiale Richtungen (L) wirksamer hinterschnittiger Formschluss ergibt, wie in 4b gezeigt. In den Querrichtungen besteht ebenfalls ein Formschluss mit der Lochwandung. Ferner kann der Blechbutzen 140 bezüglich der Lochgeometrie Übermaß aufweisen und/oder beim Einpressen gestaucht werden, so dass sich innerhalb des Durchgangslochs 112 quasi eine Presspassung ausbildet. Prinzipiell kann der Blechbutzen 140 bezüglich der Lochgeometrie des Durchgangslochs 112 auch Untermaß aufweisen und dann beim Einpressen gestaucht werden. Das Einpressen des Blechbutzens 140 erfolgt bevorzugt in einem Arbeitsgang, wobei prinzipiell auch ein mehrere Arbeitsgänge bzw. Teilschritte umfassender Einpressvorgang möglich ist. Das Einpressen erfolgt mit Hilfe wenigstens eines geeigneten Einpresswerkzeugs.
  • 5 veranschaulicht eine andere mögliche Vorgehensweise zum Einpressen des Blechbutzens 140. Der bereitgestellte Blechbutzen 140 weist eine Flächenwölbung auf und ist beispielhaft, anders als der in 4 gezeigte Blechbutzen, dünner als das erste Bauteil 110. Zum Einpressen wird der Blechbutzen 140 in das zuvor erzeugte Durchgangsloch 112 eingebracht und flachgedrückt und dabei an die Lochwandung angedrückt, wie mit strichliniertem Umriss dargestellt. Aufgrund einer relativ großen Formänderung kann sich eine Kaltverfestigung des Blechbutzens 140 ergeben. Diese Vorgehensweise kann auch als Einspreizen bezeichnet werden. Ergänzend kann ein Verprägen oder Verpressen mit den Lochrändern 113 erfolgen. Ferner kann der gewölbte Blechbutzen 140 auch Fasen 144 aufweisen.
  • 6 veranschaulicht eine weitere mögliche Vorgehensweise zum Einpressen des Blechbutzens 140. Das im ersten Bauteil 110 zuvor an der Fügestelle erzeugte Durchgangsloch 112 ist gratfrei ausgebildet und weist an beiden Lochrändern umlaufende Anfasungen (bzw. Innenfasen oder Innenflanken) 114 auf, die in dem gezeigten Beispiel im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet sind. Beispielhaft ist der zylindrisch ausgebildete Blechbutzen 140 (wobei der Blechbutzen 140 nicht zwingend zylindrisch sein muss) dicker als das erste Bauteil 110. Beim Einpressen wird der Blechbutzen 140 gestaucht und dabei so verformt, dass das Butzenmaterial über die gefasten Lochränder bzw. Innenflanken 114 getrieben wird und sich schließlich an diesen Fasen 114 ein in beide axiale Richtungen wirksamer hinterschnittiger Formschluss ergibt, wie in 6c gezeigt. Das Einpressen erfolgt an beiden Bauteilseiten flächenbündig (ohne Überstand oder Kopfbildung). Gleichwohl kann der Blechbutzen 140 auch einseitig oder beidseitig überstehend und/oder prinzipiell auch unterstehend eingepresst werden.
  • Der Blechbutzen 140 kann, anders als in 6b gezeigt, bezüglich dem Durchgangsloch 112 Übermaß aufweisen. Ferner kann beim Einpressen wenigstens ein Schweißbuckel 143 oder wenigstens eine Schweißspitze oder dergleichen angeformt werden, wie in 6c strichliniert dargestellt. Zudem kann vorgesehen sein, dass beim Einpressen des Blechbutzens 140 eine Zwischenschicht 171, die bspw. eine isolierende Funktion und/oder eine die Verbindungsfestigkeit steigernde Funktion haben kann, mit eingepresst wird. In dem gezeigten Beispiel wird die Zwischenschicht 171 durch eine miteingepresste Folie 170 oder dergleichen erzeugt, wobei auch eine aus dem vorgesehenen Zwischenschichtmaterial gebildete Hülse (oder Ring, z. B. ein Polymerring), Schale, Tasche oder dergleichen vorgesehen sein kann, in die z. B. der Blechbutzen 140 vor dem Einpressen eingesteckt bzw. eingeschoben wird. Andere Möglichkeiten sind oben beschrieben. Ferner kann der Blechbutzen 140 an seiner dem zweiten Bauteil 120 zugewandten Fläche bzw. Stirnseite eine Schweißzusatzwerkstoff- oder Lotmittelbeschichtung 141 aufweisen, wie in 6b gezeigt. Ebenso kann der Blechbutzen 140 insbesondere an seiner dem zweiten Bauteil 120 zugewandten Fläche bzw. Stirnseite mit einer speziellen, bspw. rauen oder glatten, Oberflächenbeschaffenheit ausgebildet sein.
  • 7 zeigt zwei Ausführungsmöglichkeiten, bei denen der einzupressende Blechbutzen 140 nicht zylindrisch, sondern durch eine entsprechende Ausgestaltung der Außenumfangsfläche z. B. kegelstumpfförmig ausgebildet ist (sogenannter Formbutzen). Dadurch wird bspw. das Einsetzen in das Durchgangsloch 112 vereinfacht. In 7a ist der Blechbutzen 140 ferner so ausgebildet, dass dessen größere (obere) Stirnseite flächengrößer als das Durchgangsloch 112 im ersten Bauteil 110 ist, so dass dieser beim Einsetzen bzw. Eindrücken von oben bereits im Durchgangsloch 112 festgehalten wird. Die Vorbereitung des Einpressvorgangs kann somit vereinfacht werden.
  • 8 zeigt zwei Ausführungsmöglichkeiten einer Lochvorbereitung bzw. Lochgestaltung für das Durchgangsloch 112. Das erste Bauteil 110 ist zudem beidseitig mit einer Beschichtung 116, bspw. einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung (z. B. eine zink- oder aluminiumbasierte Beschichtung) versehen. Beim Erzeugen des Durchgangslochs 112 (gegebenenfalls auch davor oder danach) werden die Lachränder 113 so verprägt, dass sich Fasen 114 ausbilden. Hierbei wird die Beschichtung 116 in das Durchgangsloch 112 hineingezogen (wie mit den Pfeilen veranschaulicht), so dass auch die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 112 zumindest teilweise mit einer Beschichtung 116, insbesondere einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung, versehen ist. Spätere Kontaktkorrosionserscheinungen zwischen dem eingepressten Blechbutzen 140 und dem ersten Bauteil 110 können dadurch verhindert oder zumindest verringert werden. Die Beschichtung des insbesondere aus einem Blechmaterial gebildeten ersten Bauteils 110 kann also durch gezielte Lochvorbereitung als Trennschicht bzw. Trennbeschichtung fungieren. Die Fasen 114 an den gegenüberliegenden Lochrändern 113 können symmetrisch oder unsymmetrisch ausgebildet sein.
  • Bei der in 8a gezeigten Ausführungsmöglichkeit weist das Durchgangsloch 112 einen fasenfreie und somit auch beschichtungsfreien Lochmittelbereich auf (dies ist die vom Lochen übriggebliebene Schneid- bzw. Bruchfläche). In diesem Bereich kann dennoch durch Fernwirkung der umgebenden Schutzbeschichtung, insbesondere Zinkbeschichtung, ein Korrosionsschutz erreicht werden. Bei der in 8b gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind die Fasen 114 an den gegenüberliegenden Lochrändern 113 so tief ausgebildet, dass sich diese berühren und somit kein beschichtungsfreier Lochmittelbereich mehr vorhanden ist. Durch die beschriebenen Maßnahmen können beschichtungsfreie Lochbereiche eliminiert oder zumindest minimiert werden.
  • 9 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit mit mehr als zwei, nämlich drei Bauteilen 110, 120 und 130. Das erste, obere Bauteil 110 ist mit einem, mittleren, dritten bzw. weiteren Bauteil, z. B. einem Blech- oder CFK-Bauteil, mittels des in diese beiden Bauteile 110 und 130 eingepressten Blechbutzens 140 kraft- und formschlüssig gefügt, wobei der Blechbutzen 140 mit dem zweiten, unteren Bauteil 120 verschweißt, verlötet oder verklebt ist. Die Bauteile 110, 120 und 130 können ohne Spalt (wie dargestellt) oder mit Spalt (analog zu 2) gefügt sein. Bei dem dritten Bauteil 130 kann es sich z. B. auch um eine Zwischenschicht oder -lage mit bspw. isolierenden und/oder dämpfenden Eigenschaften handeln.
  • Für die Herstellung des in 9 gezeigten Bauteilverbunds werden zunächst das erste Bauteil 110 und das weitere Bauteil 130 an der Fügestelle gelocht, was nacheinander oder gleichzeitig erfolgen kann, und dann durch Einpressen des Blechbutzens 140 vorgefügt (Bildung eines Unter-ZSB-Teils ohne stoffschlüssiges Fügen). Anschließend erfolgt die Verschweißung (bzw. Verlötung oder Verklebung) mit dem zweiten Bauteil 120.
  • 10 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit mit mehr als zwei Bauteilen 110, 120 und 130, bei der der Blechbutzen 140 nur mit dem ersten bzw. oberen Bauteil 110 verpresst ist und das weitere bzw. mittlere/dritte Bauteil 130 durch ein entsprechend groß ausgebildetes Durchgangsloch durchragt und mit dem zweiten bzw. unteren Bauteil 120 verschweißt (bzw. verlötet oder verklebt) ist. Um einen Berührungskontakt des Blechbutzens 140 mit der Lochwandung des im mittleren Bauteil 130 ausgebildeten Durchganglochs zu verhindern, kann eine Hülse, eine Trennbeschichtung oder dergleichen vorgesehen sein.
  • 11 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit mit mehr als zwei Bauteilen 110, 120 und 130. Das dritte bzw. weitere Bauteil 130 befindet sich nicht zwischen dem ersten Bauteil 110 und dem zweiten Bauteil 120, sondern ganz außen bzw. oben. Das erste Bauteil 110 und das zweite Bauteil 120 sind an der gezeigten Fügestelle in der vorausgehend beschriebenen Art und Weise, d. h. indirekt mittels des im ersten Bauteil 110 eingepressten (ersten) Blechbutzens 140a, gefügt. An der Fügestelle weist das weitere Bauteil 130 ein Durchgangsloch und einen darin eingepressten (zweiten) Blechbutzen 140b auf. Die eingepressten Blechbutzen 140a und 140b können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Die Fügeverbindung zwischen den drei Bauteilen 110, 120 und 130 kommt durch ein direktes Verschweißen (bzw. Verlöten oder Verkleben) der beiden Blechbutzen 140a und 140b und durch ein Verschweißen (bzw. Verlöten oder Verkleben) des im ersten Bauteil 110 eingepressten Blechbutzens 140a mit dem zweiten bzw. unteren Bauteil 120 zustande. Das Herstellen der Schweißverbindungen bzw. Verschweißungen 150 kann sequentiell oder gleichzeitig, d. h. mit einem Schweißschuss, erfolgen.
  • Prinzipiell kann das weitere obere Bauteil 130 auch ohne Durchgangsloch und darin eingepressten Blechbutzen 140b, also direkt, mit dem im mittleren ersten Bauteil 110 eingepressten Blechbutzen 140a gefügt werden, so dass sich der Blechbutzen 140a quasi unsichtbar zwischen den äußeren Bauteilen 120 und 130 befindet.
  • In analoger Weise (d. h. mit separat eingepressten Blechbutzen) können auch mehr als drei Bauteile gefügt werden, wobei einzelne Bauteile, insbesondere die äußeren Bauteile, auch ohne Durchgangsloch und darin eingepressten Blechbutzen, also direkt, gefügt sein können, wie im vorausgehenden Absatz erläutert.
  • 12 zeigt in mehreren Draufsichten verschiedene Möglichkeiten für Loch- und Blechbutzengeometrien. 12a zeigt den Standardfall eines kreisrunden Durchgangslochs 112, in das ein ebenfalls kreisrunder Blechbutzen 140 eingepresst ist. 12b zeigt eine schlüssellochartige Loch- und Blechbutzengeometrie, durch die in der Fügebene E (siehe 1) ein Verdrehen des Blechbutzens 140 im Durchgangsloch 112 und dadurch ein Verdrehen der an der Fügestelle gefügten Bauteile 110, 120 und gegebenenfalls 130 verhindert wird. Bei der in 12c gezeigten Ausführungsmöglichkeit wird ein solcher Verdrehschutz durch eine Freiform gebildet. 12d zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, bei der der eingepresste Blechbutzen 140 das Durchgangsloch 112 nicht vollständig, sondern nur teilweise bzw. teilflächig abdeckt, so dass Freibereiche 115 übrigbleiben, die beim Verschweißen oder Verlöten z. B. der Kühlung und/oder Entgasung dienen können. Der Blechbutzen 140 weist beispielhaft eine Streifen- bzw. Rechteckform auf und ist zudem verdrehsicher eingepresst.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Bauteilverbund
    110
    erstes Bauteil
    111
    Außenseite
    112
    Durchgangsloch
    113
    Lochrand
    114
    Fase
    115
    Freibereich
    116
    Beschichtung
    120
    zweites Bauteil
    130
    weiteres Bauteil
    140
    Blechbutzen
    141
    Beschichtung
    143
    Schweißbuckel, Schweißspitze
    144
    Fase
    150
    Verschweißung, Verlötung
    160
    Spalt
    170
    Folie
    171
    Zwischenschicht
    E
    Befestigungsebene
    L
    Fügeachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile (110, 120) umfassenden Bauteilverbunds (100), wobei die Bauteile (110, 120) an wenigstens einer Fügestelle gefügt werden, mit folgenden Schritten: – Lochen des ersten Bauteils (110) an der Fügestelle zur Erzeugung eines Durchgangslochs (112); – formschlüssiges Einpressen eines Blechbutzens (140) in das Durchgangsloch (112); – Positionieren und Ausrichten des ersten Bauteils (110) relativ zum zweiten Bauteil (120); und – Erzeugen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung (150) zwischen den Bauteilen (110, 120), wozu der im ersten Bauteil (110) eingepresste Blechbutzen (140) mit dem zweiten Bauteil (120) verschweißt, verlötet oder verklebt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einpressen des Blechbutzens (140) eine Zwischenschicht (171) mit eingepresst wird,
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (112) für das nachfolgende Einpressen des Blechbutzens (140) gezielt vorbereitet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechbutzen (140) an seiner dem zweiten Bauteil zugewandten Fläche mit einem Schweißzusatzwerkstoff (141) oder einem Lotmittel beschichtet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Blechbutzen (140) derart eingepresst wird, dass dieser in Richtung des zweiten Bauteils (120) übersteht.
  6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechbutzen (140) ein Abfallstück ist.
  7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einzupressende Blechbutzen (140) dünner oder dicker als das erste Bauteil (110) ist, oder dass der einzupressende Blechbutzen (140) und das erste Bauteil (110) gleichdick sind.
  8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingepresste Blechbutzen (140) das Durchgangsloch (112) nur teilweise ausfüllt.
  9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechbutzen (140) verdrehsicher in das Durchgangsloch (112) eingepresst wird.
  10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochen des ersten Bauteils (110) und das Einpressen des Blechbutzens (140) in einem Arbeitsgang erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (110) nach dem Einpressen des Blechbutzens (140) einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
  12. Bauteilverbund (100) mit wenigstens zwei Bauteilen (110, 120), hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche.
  13. Kraftfahrzeugkarosserie, umfassend wenigstens einen Bauteilverbund (100) gemäß Anspruch 12.
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