DE102016209962B4

DE102016209962B4 - Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile

Info

Publication number: DE102016209962B4
Application number: DE102016209962.0A
Authority: DE
Inventors: Maik Hammer; Johann van Niekerk; Christian Waldherr; Richard Weizenberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2036-06-08
Also published as: DE102016209962A1

Abstract

Verfahren zum Vorpositionieren und Verbinden zweier Bauteile (1, 2), wobei ein erstes Bauteil (1), welches mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung aufweist, derart relativ zu einem zweiten Bauteil (2), welches mindestens eine muldenartige Vertiefung (2d, 2e) oder ein Durchgangsloch aufweist, positioniert wird, dass die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung formschlüssig in die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) oder in das Durchgangsloch einrastet, wobei• die beiden Bauteile (1, 2) zunächst so aneinander gesetzt werden, dass die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung in einer Relativverschieberichtung (4) der beiden Bauteile (1, 2) versetzt zu der mindestens einen Vertiefung (2d, 2e) oder dem Durchgangsloch ist,• die beiden Bauteile dann in der Verschieberichtung (4) relativ zueinander verschoben werden, so dass die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung einen Berührbereich des zweiten Bauteils (2) berührt und durch weiteres Verschieben des ersten Bauteils (1) relativ zu dem zweiten Bauteil (2) in Verschieberichtung (4) den Berührbereich des zweiten Bauteils (2) und/oder ein die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung umgebender Bereich des ersten Bauteils (1) sich elastisch verbiegen, was ein weiteres Verschieben ermöglicht, wobei• die beiden Bauteile (1, 2) soweit in Verschieberichtung (4) verschoben werden, bis die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung formschlüssig in die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) oder in das Durchgangsloch einrastet, was zu einem elastischen Zurückfedern des Berührbereichs und/oder des die Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung umgebenden Bereichs und zu einem Vorpositionieren der beiden Bauteile (1, 2) führt, dadurch gekennzeichnet, dass• die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung als kugelkalottenförmige Erhebung oder Ausbeulung hergestellt wird,• die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) als kugelkalottenförmige Vertiefung hergestellt wird,• das erste Bauteil (1) aus einem Metallblech hergestellt wird,• das zweite Bauteil (2) aus einem Metallblech hergestellt wird,• die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) durch Eindrücken des Metallblechs hergestellt wird,• die beiden Bauteile (1, 2) nach dem Vorpositionieren relativ zueinander stoffschlüssig oder durch Verschweißen miteinander verbunden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US 5 343 666 A bekannt. Aus der DE 20 2009 013 011 U1 ist ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile bekannt, bei dem die beiden Bauteile über einen Kugelschnappverschluss miteinander verbunden werden. Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die DE 10 2013 000 629 A1 , DE 197 21 478 A1 , DE 29 35 158 C3 sowie die US 5 209 541 A .
Im Fahrzeugkarosseriebau gibt es eine Reihe von Bauteilen, die aus mehreren vorgefertigten Blechbauteilen zusammengesteckt werden, wobei die Blechbauteile nach dem Zusammenstecken und positionsgenauen Ausrichten miteinander z. B. zu einem Strukturbauteil einer herzustellenden Fahrzeugkarosserie verschweißt werden. Genau hier setzt das erfindungsgemäße Verfahren an. Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, wobei ein erstes Bauteil, welches mindestens eine Erhebung oder mindestens eine Ausbeulung aufweist, derart relativ zu einem zweiten Bauteil, welches mindestens eine muldenartige Vertiefung oder ein Durchgangsloch aufweist, positioniert wird, dass die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung formschlüssig in die mindestens eine Vertiefung oder in das Durchgangsloch einrastet, wodurch die beiden Bauteile bereits eine gewisse oder bereits eine relativ exakte Ausrichtung zueinander erfahren.
Gemäß der Erfindung werden die Bauteile zunächst so aneinander gesetzt, dass die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung in einer Relativverschieberichtung der beiden Bauteile versetzt zu der mindestens einen Vertiefung oder dem mindestens einen Durchgangsloch ist.
Anschließend werden die beiden Bauteile dann in der Verschieberichtung relativ zueinander verschoben, wobei die die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung einen Berührbereich des zweiten Bauteils berührt. Durch weiteres Verschieben des ersten Bauteils relativ zu dem zweiten Bauteil in Verschieberichtung kommt es zu einem elastischen Verbiegen oder einem elastischen Aufbiegen des Berührbereichs des zweiten Bauteils und/oder eines die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung umgebenden Bereichs des ersten Bauteils. Durch das elastische Verbiegen oder Aufbiegen des Berührbereichs und/oder des die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung umgebenden Bereichs des ersten Bauteils wird ein weiteres Verschieben der beiden Bauteile relativ zueinander in Verschieberichtung ermöglicht.
Gemäß der Erfindung werden die beiden Bauteile während des Verbiegens bzw. Aufbiegens bzw. während eines weiteren Verbiegens oder weiteren Aufbiegens so weit in Verschieberichtung verschoben, bis die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung formschlüssig in die mindestens eine Vertiefung oder in das Durchgangsloch einrastet oder einschnappt, was zu einem elastischen Zurückfedern oder Zurückschnappen des Berührbereichs und/oder des die Erhebung oder Ausbeulung umgebenden Bereichs führt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren gibt es vielfältigste Anwendungsbereiche, insbesondere im Fahrzeugkarosseriebau, wo es darum geht, zwei Bauteile relativ zueinander vorzufixieren, um sie dann, wenn sie relativ zueinander ausgerichtet sind, fest miteinander zu verbinden, z. B: zu verschweißen, verschrauben, vernieten, o. ä.
Durch das Einrasten der mindestens einen Erhebung oder Ausbeulung in dem mindestens eine Vertiefung oder in das mindestens eine Durchgangsloch kann eine sehr genaue relative Ausrichtung der beiden Bauteile erreicht und akustisch durch das Einrastgeräusch oder Einschnappgeräusch überprüft werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden vor dem Verschieben der beiden Bauteile in die Vertiefung des zweiten Bauteils oder in einem Randbereich außerhalb der mindestens einen Vertiefung oder außerhalb des Durchgangslochs ein Kleber auf das zweite Bauteil aufgebracht. Wenn die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung in dem mindestens eine Vertiefung oder das mindestens eine Durchgangsloch einrastet und der Berührbereich und/oder der die Erhebung oder Ausbeulung umgebende Bereich zurückfedert, kommen die beiden Bauteile zur Anlage aneinander, was zu einem Verdrücken des Klebermaterials und zu einem Verteilen bzw. Fließen des Klebermaterials zwischen den beiden Bauteilen führt. Die beiden Bauteile können dadurch zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung großflächig miteinander verklebt werden.
Alternativ oder ergänzend zu einem Auftragen von Kleber in der Vertiefung und/oder um die Vertiefung oder das Durchgangsloch herum kann vor dem Verschieben der Bauteile in einem Bereich neben der mindestens einen Erhebung oder Ausbeulung oder um die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung herum Kleber auf das erste Bauteil aufgebracht werden. Durch das Zurückfedern wird auch an diesen Stellen bzw. Bereichen aufgebrachtes Klebermaterial verdrückt und verteilt sich dadurch zwischen den beiden Bauteilen, wodurch diese großflächig miteinander verklebt werden können.
Gemäß der Erfindung wird die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung als kugelkalottenförmige Erhebung oder Ausbeulung hergestellt. Sofern es sich bei dem ersten Bauteil um ein Tiefziehbauteil handelt, kann die Erhebung oder Ausbeulung unmittelbar während des Tiefziehens, d. h. unmittelbar während der Herstellung des ersten Bauteils mit hergestellt werden.
Gleichmaßen wird die mindestens eine Vertiefung als kugelkalottenförmige Vertiefung hergestellt.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Erhebung oder Ausbeulung komplementär in Bezug auf die mindestens eine Vertiefung oder das mindestens eine Durchgangsloch, wodurch sich nach dem Einrasten bzw. Verrasten eine spielfreie und somit sehr exakte Vorpositionierung der beiden Bauteile ergibt.
Gemäß der Erfindung wird das erste Bauteil aus einem Metallblech hergestellt. Ferner wird das zweite Bauteil aus einem Metallblech hergestellt. Die mindestens eine Erhebung kann durch Ausbeulen eines derartigen Metallblechs hergestellt werden. Alternativ dazu ist auch denkbar, dass die mindestens eine Erhebung durch Aufschweißen eines Erhebungselements, z. B. eines kugelförmigen oder halbkugelförmigen oder teilkugelförmigen Erhebungselements auf das erste Bauteil hergestellt wird.
Die mindestens eine muldenartige Vertiefung wird durch Eindrücken des Metallblechs hergestellt. Sofern anstatt einer muldenartigen Vertiefung ein Durchgangsloch vorgesehen ist, kann dieses z. B. durch Bohren, Stanzen, Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden o. ä. hergestellt werden.
Bei den beiden Bauteilen kann es sich beispielsweise um Bauteile handeln, die in einem Querschnitt im Wesentlichen U-förmig sind und ineinander gesetzt werden.
Dementsprechend handelt es sich dann bei einem der beiden Bauteile um ein Außenbauteil, welches eine linke Innenwandung, eine rechte Innenwandung und einen die linke und die rechte Innenwandung verbindenden Mittelabschnitt aufweist.
Bei dem anderen der beiden Bauteile handelt es sich dann um ein Innenteil mit einer linken Außenwandung, einer rechten Außenwandung und einem die linke und die rechte Außenwandung miteinander verbindenden Mittelabschnitt.
Nach dem Einrasten der mindestens einen Erhebung oder Ausbeulung in die mindestens eine Vertiefung oder in das Durchgangsloch kann vorgesehen sein, dass die linke Außenwandung an der linken Innenwandung und die rechte Außenwandung an der rechten Innenwandung zur Anlage anliegt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verbinden bzw. Vorpositionieren der beiden Bauteile können diese zusätzlich über ein anderes Verbindungsverfahren miteinander verbunden werden. Gemäß der Erfindung werden die beiden Bauteile dann stoffschlüssig miteinander verbunden werden, z.B. durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1a - 1d einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1a zeigt ein erste Bauteil 1, welches im Querschnitte ein topfartige Form mit einer linken Innenwandung 1a und einer rechten Innenwandung 1b, die über einen Mittelabschnitt 1c miteinander verbunden sind.
Von der linken Innenwandung 1a steht nach innen eine halbkugelartige oder kugelkalottenförmige Erhebung 1d ab. Dementsprechend steht von der gegenüberliegenden rechten Innenwandung 1b eine halbkugelförmige oder kugelkalottenartige Erhebung 1e ab.
Ein zweites Bauteil 2 hat im Querschnitt ebenfalls eine topfartige Form. Das zweite Bauteil 2 weist eine linke Außenwandung 2a, eine rechte Außenwandung 2b und einen die linke und die rechte Außenwandung 2a bzw. 2b verbindenden Mittelabschnitt 2c auf.
In der linken Außenwandung 2a ist eine muldenartige Vertiefung 2d vorgesehen, die komplementär zu der Erhebung 1d gestaltet ist und eine halbkugelartige Form aufweist.
In der gegenüberliegenden Außenwandung 2b ist ebenfalls eine muldenartige Vertiefung 2e vorgesehen, welche eine halbkugelartige oder kugelkalottenartige Form aufweist.
„Oberhalb“ der beiden Vertiefungen 2d, 2e wurde jeweils eine Klebstoffschicht 3a, 3b aufgebracht bzw. oberhalb der Vertiefungen 2d, 2e erfolgte ein Klebstoffauftrag.
Wie aus 1b ersichtlich ist, werden die beiden Bauteile 1, 2 zunächst aneinander bzw. ineinander gesetzt, wobei die Erhebung 1d und die zugeordnete Vertiefung 2d sowie die Erhebung 1e und die zugeordnete Vertiefung 2e zunächst noch „in einer Relativverschieberichtung 4“ betrachtet, versetzt zueinander sind.
Ausgehend von der in 1 gezeigten Relativposition der beiden Bauteile 1, 2 werden diese weiter in Relativverschieberichtung 4 zusammengeschoben. Ab einer gewissen Relativverschiebeposition kommt ein unterer Bereich des Mittelabschnitts 2c zur Anlage an den beiden Erhebungen 1d, 1e. Wenn die beiden Bauteile 1, 2 unter Krafteinwirkung weiter in Relativverschieberichtung 4 zusammengeschoben werden, bewirkt dies ein Aufbiegen der Innenwandungen 1a, 1b und, gegebenenfalls auch ein gewisses elastische Zusammenbiegen der Außenwandungen 2a, 2b. Dabei gleiten die Außenwandungen 2a, 2b auf die Erhebungen 1d, 1e, d. h. die Erhebungen 1d, 1e berühren das zweite Bauteil 2 in Berührbereichen ihrer Außenwandungen 2a, 2b.
Wenn das zweite Bauteil 2 ausgehend von der in 1c gezeigten Position weiter in Verschieberichtung 4 in das erste Bauteil 1 eingeschoben wird, erreicht irgendwann die Erhebung 1d die Vertiefung 2d und die Erhebung 1e die Vertiefung 2e, was dann zu einem Einrasten der Erhebung 1d in die Vertiefung 2d und zu einem Einrasten der Erhebung 1e in die Vertiefung 2e führt, was in 1d dargestellt ist. Im Wesentlichen zeitgleich mit dem Einrasten kommt es zu einem Zurückfedern der Innenwandungen 1a, 1b und der gegebenenfalls ebenfalls elastisch verformten Außenwandungen 2a, 2b wodurch der in 1d dargestellte Zustand erreicht wird.
Der auf die Außenwandungen 2a, 2b aufgebrachte Klebstoff 3a, 3b wird nach dem Zurückfedern zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 verdrückt. Der Klebstoff 3a wird also zwischen der Außenwandung 2a und der Innenwandung 1a verdrückt. Der Klebstoff 3b wird zwischen der Außenwandung 2b und der Innenwandung 1b verdrückt. Durch das Verdrücken beginnt der Klebstoff zu fließen, d. h. der Klebstoff verteilt sich relativ großflächig zwischen den aneinander anliegenden Bauteilabschnitten. Dadurch werde die Bauteile 1, 2 zusätzlich zu den formschlüssigen Verbindungen durch Klebeverbindungen miteinander verbunden.

Claims

Verfahren zum Vorpositionieren und Verbinden zweier Bauteile (1, 2), wobei ein erstes Bauteil (1), welches mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung aufweist, derart relativ zu einem zweiten Bauteil (2), welches mindestens eine muldenartige Vertiefung (2d, 2e) oder ein Durchgangsloch aufweist, positioniert wird, dass die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung formschlüssig in die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) oder in das Durchgangsloch einrastet, wobei • die beiden Bauteile (1, 2) zunächst so aneinander gesetzt werden, dass die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung in einer Relativverschieberichtung (4) der beiden Bauteile (1, 2) versetzt zu der mindestens einen Vertiefung (2d, 2e) oder dem Durchgangsloch ist, • die beiden Bauteile dann in der Verschieberichtung (4) relativ zueinander verschoben werden, so dass die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung einen Berührbereich des zweiten Bauteils (2) berührt und durch weiteres Verschieben des ersten Bauteils (1) relativ zu dem zweiten Bauteil (2) in Verschieberichtung (4) den Berührbereich des zweiten Bauteils (2) und/oder ein die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung umgebender Bereich des ersten Bauteils (1) sich elastisch verbiegen, was ein weiteres Verschieben ermöglicht, wobei • die beiden Bauteile (1, 2) soweit in Verschieberichtung (4) verschoben werden, bis die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung formschlüssig in die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) oder in das Durchgangsloch einrastet, was zu einem elastischen Zurückfedern des Berührbereichs und/oder des die Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung umgebenden Bereichs und zu einem Vorpositionieren der beiden Bauteile (1, 2) führt, dadurch gekennzeichnet, dass • die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung als kugelkalottenförmige Erhebung oder Ausbeulung hergestellt wird, • die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) als kugelkalottenförmige Vertiefung hergestellt wird, • das erste Bauteil (1) aus einem Metallblech hergestellt wird, • das zweite Bauteil (2) aus einem Metallblech hergestellt wird, • die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) durch Eindrücken des Metallblechs hergestellt wird, • die beiden Bauteile (1, 2) nach dem Vorpositionieren relativ zueinander stoffschlüssig oder durch Verschweißen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschieben der beiden Bauteile (1, 2) in die Vertiefung (2d, 2e) oder in einem Randbereich außerhalb der mindestens einen Vertiefung (2d, 2e) oder außerhalb des mindestens eine Durchgangslochs ein Kleber (3a, 3b) auf das zweite Bauteil (2) aufgebracht wird, wobei durch das Zurückfedern Klebermaterial verdrückt wird und sich zwischen den beiden Bauteilen (1 , 2) verteilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschieben der beiden Bauteile (1, 2) in einem Bereich neben der mindestens einen Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung oder um die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung herum ein Kleber (3a, 3b) auf das erste Bauteil (1) aufgebracht wird, wobei durch das Zurückfedern Klebermaterial verdrückt wird und sich zwischen den beiden Bauteilen (1, 2) verteilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) durch Ausbeulen des Metallblechs hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhebung (1d, 1e) durch Aufschweißen eines Erhebungselements, insbesondere eines kugelförmigen oder halbkugelförmigen Erhebungselements oder teilkugelförmigen Erhebungselements, auf das erste Bauteil (1) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Bauteile (1) ein Außenteil mit einer linken Innenwandung (1a), einer rechten Innenwandung (1b) und einem die linke und die rechte Innenwandung (1a, 1b) verbindenden Mittelabschnitt (10) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das andere der beiden Bauteile (2) ein Innenteil mit einer linken Außenwandung (2a), einer rechten Außenwandung (2b) und einem die linke und die rechte Außenwandung (2a, 2b) miteinander verbindenden Mittelabschnitt (2c) ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einrasten der mindestens einen Erhebung (1d, 1e) oder Ausbeulung in die mindestens eine Vertiefung (2d, 2e) oder in das Durchgangsloch die linke Außenwandung (2a) an der linken Innenwandung (1a) und die rechte Außenwandung (2b) an der rechten Außenwandung (1b) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (1, 2) zu einer Fahrzeugkarosseriekomponente, insbesondere zu einer eine herzustellende Fahrzeugkarosserie versteifenden Fahrzeugkarosseriekomponente, miteinander verbunden werden.