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Die Erfindung betrifft eine Blechteilanordnung mit einem Innenblechteil und einem Außenblechteil, die als Fügepartner in Falzverbindung sind, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 13.
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Im Fahrzeug-Karosseriebau können Blechteile mittels einer Falzverbindung gefügt werden. Beispielhaft können die sich überlappenden Umfangsränder von Blechteilen, etwa einem Innenblechteil und einem Außenblechteil einer Fahrzeugtür, in einem Falzprozess zusammengefügt werden, und zwar unter Bildung einer entlang des Fahrzeugtür-Außenumfangs umlaufenden Falzverbindung.
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Um eine prozesssichere Falzverbindung bereitzustellen, erfolgt in gängiger Praxis zusätzlich eine Falzverbindung, bei der die Innen- und Außenblechteile an der Falzfixierung miteinander an Schweißpunkten verschweißt werden. Anstelle einer solchen stoffschlüssigen Falzfixierung ist aus der
DE 2 403 179 A eine mechanische Falzfixierung bekannt, die bei einer gattungsgemäßen Blechteilanordnung erfolgt. In der Blechteilanordnung ist ein Falzflansch des Außenblechteils um den Blechteilrand des Innenblechteils gefalzt. Für die mechanische Falzfixierung weist der Falzflansch zumindest eine Außenblechteil-Verprägung auf, die formschlüssig in Eingriff mit einer korrespondierenden Innenblechteil-Verprägung im Blechteilrand des Innenblechteils ist.
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Die Innenblechteil- und Außenblechteil-Verprägungen sind in der
DE 2 403 179 A als Rillen und/oder Sicken in die Blechteile eingeprägt, die rasterförmig verlaufen und nach dem Falzvorgang zueinander in Formschlusseingriff gebracht sind. Die rasterförmig angeordneten Rillen/Sicken werden in einem aufwendigen, dem Falzvorgang vorgelagerten Prägeprozess in die beiden Blechteile eingeformt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Blechteilanordnung bereitzustellen, bei der in einfacher und kostengünstiger Weise eine mechanische Falzfixierung ermöglicht ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist zumindest eine der Verprägungen als eine domartige Hohlstruktur ausgebildet. Die domartige Hohlstruktur weist eine, von einem Blech-Basisabschnitt hochgezogene, umlaufende Prägewand auf, die an einer umlaufenden Bodenkante in einen geschlossenen Prägeboden übergeht. Eine solche domartige Hohlstruktur ist mit einem Präge-/Tiefziehwerkzeug herstellbar, das in Doppelfunktion auch bei der Herstellung einer Clinchverbindung zwischen Blechbauteilen verwendbar ist. Für die mechanische Falzfixierung kann somit ein bereits vorhandenes, bei der Herstellung einer Clinch-Verbindung verwendetes Präge-/Tiefziehwerkzeug genutzt werden, wodurch sich insgesamt der Werkzeugaufwand reduziert. Zudem ergibt sich im Vergleich zum obigen Stand der Technik eine wesentlich vereinfachte Verprägungs-Geometrie im Innen- und/oder Außenblechteil.
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Erfindungsgemäß sind von den beiden Verprägungen die Außenblechteil-Verprägung als eine dem Innenblechteil zugewandte Prägevertiefung ausgebildet, in die die als Prägedom ausgebildete Innenblechteil-Verprägung einragt. Sowohl die Prägevertiefung als auch der Prägedom können bevorzugt geschlossenflächig im Außen-/Innenblechteil integriert sein. In einer technischen Realisierung kann der Prägedom einen Prägedom-Boden aufweisen, der um einen Höhenversatz von einen Innenblechteil-Basisabschnitt höhenversetzt ist. Der Prägedom-Boden kann über einen seitlich umlaufenden Materialsteg in den Innenblechteil-Basisabschnitt übergehen. Um die Prägedom-Bauteilsteifigkeit zu reduzieren, ist es von Vorteil, wenn dieser Materialsteg eine Materialdicke aufweist, die im Vergleich zur Innenblechteil-Materialdicke stark reduziert ist.
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Es ist von besonderer Relevanz, dass die mechanische Falzfixierung zwischen dem Prägedom und der Prägevertiefung auch bei Vorliegen von Bauteil- und/oder Verbindungstoleranzen wirksam ist. Vor diesem Hintergrund ist es von Vorteil, wenn die Prägevertiefung und der Prägedom jeweils in der Falzrichtung und in Querrichtung dazu langgestreckt ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, dass nach dem Falzvorgang der Prägedom und die Prägevertiefung in etwa kreuzförmig unter Bildung eines Deckungsbereiches übereinanderliegen. Der Prägedom ragt an dem Überdeckungsbereich in die Prägevertiefung ein. Außerhalb des Überdeckungsbereiches ergibt sich zumindest ein Verformungsbereich, in dem der Prägedom bis auf einen Sockelbereich verformt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die Prägevertiefung in der Falzrichtung langgestreckt sein und in Querrichtung dazu schmal ausgeführt sein. Umgekehrt kann der Prägedom in der Querrichtung langgestreckt und in der Falzrichtung schmal ausgeführt sein. Die Prägedom-Länge ist dabei größer zu bemessen als die Prägevertiefungs-Breite. Umgekehrt ist die Prägedom-Breite kleiner zu bemessen als die Prägevertiefungs-Länge.
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In einer technischen Umsetzung kann die Prägevertiefung einen, von einem Außenblechteil-Basisabschnitt um eine Senktiefe zurückgesetzten Vertiefungsboden aufweisen, der an einer Seitenwand in den Außenblechteil-Basisabschnitt übergeht. In einer Ausführungsform kann die Prägevertiefung um einen Querversatz von einem Blechrand des Falzflansches beabstandet sein. Alternativ dazu kann die Prägevertiefung mit ihrer Seitenwand ohne einen solchen Abstand unmittelbar an dem Falzflansch-Blechrand positioniert sein. In diesem Fall kann die Seitenwand der Prägevertiefung mit einer freien Außenkante abschließen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die oben erwähnte freie Außenkante der Seitenwand der Prägevertiefung als eine Prägekante wirken, die beim Falzvorgang den Prägedom verformt.
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Um beim Falzvorgang eine prozesssichere mechanische Falzfixierung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn im Innenblechteil zusätzlich ein Verformungsraum bereitgestellt ist, in dem sich der Prägedom beim Falzvorgang hineinverformen kann. In einer technischen Umsetzung kann dieser Verformungsraum am Übergang vom Prägedom in den Innenblechteil-Basisabschnitt ausgebildet sein, und zwar an der, vom Falzflansch abgewandten Innenblechteil-Seite.
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Der Prägeboden kann bevorzugt nicht spitzwinklig zulaufend sein (wie im obigen Stand der Technik), sondern vielmehr ebenflächig sein. Eine solche geometrisch einfache domartige Hohlstruktur ist bevorzugt in unterschiedlichen Blechteil-Werkstoffen realisierbar, insbesondere in einem Aluminium- oder Stahl-Blechteil.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt kann die Außenblechteil-Verprägung nicht als eine domartige Hohlstruktur ausgebildet sein, sondern vielmehr als eine hakenförmige Hohlstruktur, die nach dem Falzvorgang in Formschlusseingriff mit der Innenblechteil-Verprägung ist. Die hakenförmige Hohlstruktur weist bevorzugt einen, sich bis zu einer Falzflansch-Außenkante ausweitenden Verprägungs-Querschnitt auf. Auf diese Weise ist unmittelbar in der Falzflansch-Außenkante eine Prägekontur realisierbar, die in Eingriff mit der Innenblechteil-Verprägung bringbar ist.
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In einer technischen Realisierung kann die hakenförmige Hohlstruktur zwei in den Blech-Basisabschnitt eingeformte, geschlossenflächige Seitenflanken aufweisen. Diese laufen an einem mittleren Bodensteg zusammen und gehen an seitlichen Randkanten in den Blech-Basisabschnitt des Außenblechteil-Basisabschnittes über.
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Der Bodensteg der hakenförmigen Hohlstruktur kann im Hinblick auf eine erhöhte Bauteilsteifigkeit rechtwinklig zur Falzflansch-Außenkante verlaufen. Zudem können der Bodensteg sowie die beiden Randkanten der hakenförmigen Hohlstruktur an einem Scheitelpunkt zusammenlaufen und in den Blech-Basisabschnitt des Außenblechteil-Falzflanschs übergehen. Der Scheitelpunkt kann über einen vordefinierten Randversatz von der Falzflansch-Außenkante beabstandet sein.
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Die dazu korrespondierende Innenblechteil-Verprägung kann zumindest eine Rille sein. Diese verläuft bevorzugt parallel zur Außenkante des Innenblechteils. Nach dem Falzvorgang ist die hakenförmige Hohlstruktur des Außenblechteils in Eingriff mit der Rille. Im Hinblick auf einen Bauteil-Toleranzausgleich ist es bevorzugt, eine Mehrzahl solcher Rillen im Innenblechteil vorzusehen.
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Die vorstehen erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung eine Blechteilanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 die obige Blechteilanordnung vor Durchführung des Falzvorganges;
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3 und 4 jeweils Ansichten, die den Fügevorgang zur Herstellung der in der 1 gezeigten Falzverbindung veranschaulichen;
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5 und 6 jeweils Ansichten entsprechend der 3 und 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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7 und 8 ein drittes Ausführungsbeispiel der Blechteilanordnung jeweils in perspektivischer Darstellung sowie in Schnittdarstellung.
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Die Figuren sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung grob schematisch sowie stark vereinfacht dargestellt und geben die Falzverbindung nicht realitätsgetreu wieder. So ist in der 1 eine Blechteilanordnung gezeigt, bei der ein Innenblechteil 1 und ein Außenblechteil 3 als Fügepartner miteinander in Falzverbindung sind. In der Falzverbindung ist ein Falzflansch 5 des Außenblechteils 3 um den Blechteilrand 7 des Innenblechteils 1 gefalzt, und zwar unter Bildung einer Falzkante 16. Die Falzkante 16 sowie der Blechteilrand 7 des Innenblechteils 1 erstrecken sich in der 1 durchgängig entlang einer Falzrichtung x. Beispielhaft kann die Bauteilanordnung eine Fahrzeugtür sein.
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Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist die Falzverbindung zusätzlich mittels einer mechanischen Falzfixierung 9 gesichert. Diese weist eine Außenblechteil-Verprägung 11 und eine Innenblechteil-Verprägung 13 auf, die zueinander formschlüssig in Eingriff gebracht sind. Derartige mechanische Falzfixierungen 9 sind in der Falzverbindung entlang der Falzrichtung x voneinander beabstandet vorgesehen.
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Wie aus den 2 und 3 hervorgeht, ist die Außenblechteil-Verprägung 11 als eine dem Innenblechteil 1 zugewandte Prägevertiefung ausgebildet. Die Innenblechteil-Verprägung 13 ist dagegen ein Prägedom, der nach erfolgtem Falzvorgang in die Prägevertiefung 11 einragt. Sowohl die Prägevertiefung 11 als auch der Prägedom 13 sind jeweils als domartige Hohlstrukturen ausgebildet, die miteinander verschachtelt sind und in einem formschlüssigen Klemmeingriff zueinander sind.
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Wie aus der 3 hervorgeht, weist der Prägedom 13 vor dem Falzvorgang einen um einen Höhenversatz ΔhB von einem Innenblechteil-Basisabschnitt 15 höhenversetzten Prägedom-Boden 17 auf. Dieser geht über einen seitlich umlaufenden Materialsteg 19 in den Innenblechteil-Basisabschnitt 15 über. Der Materialsteg 19 weist in der 3 eine Materialdicke s1 auf, die im Vergleich zur Materialdicke s2, s3 im Innenblechteil-Basisabschnitt 15 und im Prägedom-Boden 17 stark reduziert ist, wodurch die Prägedom-Steifigkeit herabgesetzt ist. Die Materialdicke s2 kann bei einem Aluminiumwerkstoff z. B. bei ca. 1 mm liegen. Bei Stahl kann die Materialdicke s2 bei ca. 0,65 mm liegen.
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Die im Außenblechteil 3 ausgebildete Prägevertiefung 11 weist einen um eine Senktiefe Δt (3) vom Außenblechteil-Basisabschnitt 21 zurückgesetzten Vertiefungsboden 23 auf, der an einer Seitenwand 25 in den Außenblechteil-Basisabschnitt 21 übergeht. In den 1 bis 4 ist die Prägevertiefung 11 um einen Querversatz Δy (3) von einem Blechrand 35 des Falzflansches 5 beabstandet.
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Wie aus den Figuren hervorgeht, sind sowohl die Prägevertiefung 11 als auch der Prägedom 13 nicht kreisförmig ausgebildet, sondern vielmehr jeweils in der Falzrichtung x und in der Querrichtung y langgestreckt ausgebildet. In der 2 weist der Prägedom 13 in der Querrichtung y eine Prägedom-Länge lP und in der Falzrichtung x eine Prägedom-Breite bP auf. Die Prägevertiefung 11 weist in der Falzrichtung x eine Vertiefungs-Länge lV (z. B. 3,2 mm) und in der Querrichtung y eine Vertiefungs-Breite bV auf. Die Prägedom-Länge lP ist dabei größer bemessen als die Vertiefungs-Breite bV. Umgekehrt ist die Prägedom-Breite bP kleiner bemessen als die Vertiefungs-Länge lV.
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Die Positionierungen sowie Abmessungen der Prägevertiefung 11 im Außenblechteil 3 und des Prägedoms 13 im Innenblechteil 1 sind so aufeinander abgestimmt, dass nach erfolgtem Falzvorgang der Prägedom 13 und die Prägevertiefung 11 in etwa kreuzförmig übereinanderliegen (vgl. 1), und zwar unter Bildung eines Überdeckungsbereiches 29 (1 oder 4). Im Überdeckungsbereich 29 der mechanischen Falzfixierung 9 ragt der Prägedom 13 in die Prägevertiefung 11 ein. Dagegen wird der Prägedom 13 in Verformungsbereichen 30 außerhalb des Überdeckungsbereiches 29 beim Falzvorgang abgeflacht bzw. verformt, und zwar unter Bildung eines Sockelbereiches 31 (4) im Innenblechteil 1.
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Im Fertigungszustand, das heißt vor dem Falzvorgang, ist gemäß der 3 am Übergang vom Prägedom 13 in den Innenblechteil-Basisabschnitt 15 zusätzlich ein Verformungs- bzw. Abfederungsraum 33 (nachfolgend als Verformungsraum bezeichnet) vorgesehen, und zwar an der, vom Falzflansch 5 abgewandten Seite. Der Verformungsraum 33 weist in der 3 ein Breite b von ca. 1,5 mm und eine Höhe h von ca. 0,2 mm auf, die in der 3 und 5 übertrieben groß dargestellt ist. Beim Falzvorgang kann das Blechmaterial durch Materialfluss in den Verformungsraum 3 hineinverlagert werden, und zwar unter Aufbrauch des Verformungsraumes 33.
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Anhand der 2 und 3 ist der Falzvorgang veranschaulicht: Demzufolge werden zunächst die Innen- und Außenblechteile 1, 3 bereitgestellt, in denen mittels nicht gezeigter Präge-/Tiefziehwerkzeuge die beiden domartigen Hohlstrukturen eingeprägt werden. Anschließend erfolgt der Falzvorgang, bei dem der Außenblechteil-Falzflansch 5 um den Innenblechteil-Rand 7 gefalzt wird, und zwar unter Bildung der äußeren Falzkante 16. Die beiden domartigen Hohlstrukturen sind so positioniert und ausgelegt, dass nach erfolgtem Falzvorgang die beiden domartigen Hohlstrukturen miteinander formschlüssig verschachtelt in Klemmeingriff sind.
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Wie aus der 4 weiter hervorgeht, ist zwischen der äußeren Falzkante 16 der Falzverbindung und dem Blechteilrand 7 des Innenblechteils 1 ein weiterer Freiraum 34 bereitgestellt, um beim Falzvorgang einen Materialfluss bzw. eine Verformung des Innenblechteils 1 zu ermöglichen.
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In den 5 und 6 ist eine Blechteilanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zu den vorangegangenen Figuren ist in den 5 und 6 die Prägevertiefung 11 nicht um einen Querversatz Δy (wie in der 3) von dem Falzflansch-Blechrand 35 beabstandet. Vielmehr ist die Prägevertiefung 11 mit ihrer randseitigen Seitenwand 25 unmittelbar am Falzflansch-Blechrand 35 positioniert. Die Seitenwand 25 der Prägevertiefung 11 schließt dabei mit einer freien Außenkante nach unten ab. Die freie Außenkante ist in den 5 und 6 spitzwinklig ausgeführt und wirkt beim Falzvorgang als eine Prägekante, die unter Bildung einer Formschlussverbindung den Prägedom 13 verformt (6).
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Alternativ zu den 1 bis 6 ist in den 7 und 8 eine Blechteilverbindung gezeigt, bei der die Außenblechteil-Verprägung 11 keine domartige Hohlstruktur ist, sondern vielmehr eine hakenförmige Hohlstruktur. Deren Verprägungs-Querschnitt weitet sich bis zu der Falzflansch-Außenkante 35 kontinuierlich aus. Auf diese Weise ergibt sich unmittelbar an der Falzflansch-Außenkante 35 eine Prägekontur 39, die nach dem Falzvorgang in Eingriff mit der Innenblechteil-Verprägung 13 ist. In den 7 und 8 weist die Innenblechteil-Verprägung 13 eine Reihe von Rillen auf, die parallel zur Innenblechteil-Außenkante 33 (8) verlaufen. Die Rillen erstrecken sich in der Falzrichtung x über eine Rillenlänge x1 (7), die um ein Mehrfaches größer ist als eine Stegbreite Δx eines Bodenstegs 43 der hakenförmigen Hohlstruktur. Dadurch kann ein Bauteil-Toleranzausgleich zwischen den beiden Blechteilen 1, 3 sowohl in der Falzrichtung x als auch in der Querrichtung y erfolgen. Alternativ zur 7 und 8 müssen jedoch die Rillen nicht unbedingt parallel sein.
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Nachfolgend wird die Geometrie der hakenförmigen Hohlstruktur beschrieben: So weist in den 7 oder 8 die hakenförmige Hohlstruktur zwei in den Blech-Basisabschnitt 15 eingeformte, geschlossenflächige Seitenflanken 41 auf, die an dem mittleren Bodensteg 43 zusammenlaufen und an seitlichen Randkanten 45 in den Blech-Basisabschnitt 15 übergehen. Die hakenförmige Hohlstruktur ist in der 7 oder 8 rechtwinklig zum Falzflansch 5 ausgerichtet und weist eine Stegbreite Δx auf, die in einem Bereich von 0,2 mm bis 5 mm liegen kann und weitaus geringer ist als die Rillen-Länge x1. Zudem laufen der Bodensteg 43 und die beiden Randkanten 45 der hakenförmigen Hohlstruktur an einem Scheitelpunkt S zusammen und gehen dort in den Blech-Basisabschnitt 15 über. Der Scheitelpunkt S ist in der 7 über einen Randversatz Δr von der Falzflansch-Außenkante 35 beabstandet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2403179 A [0003, 0004]
