DE102017205117A1 - Method for producing a component composite comprising at least two components and component assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds (2) für ein Kraftfahrzeug, der mindestens ein erstes Bauteil (4), mindestens ein mehrschichtig ausgebildetes zweites Bauteil (6) und mindestens ein Funktionselement (8) aufweist, durch das das zweite Bauteil (6) an einer Fügestelle (12) des ersten Bauteils (4) am ersten Bauteil (4) stoffschlüssig festlegbar ist, wobei das Funktionselement (8) zumindest ein eine Schicht des zweiten Bauteils (6) bildendes Fügematerial (10) umfasst, mit den Schritten:a. Anordnen und/oder Ausrichten des mindestens einen zweiten Bauteils (6) an der Fügestelle (12) des ersten Bauteils (4); undb. Erzeugen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung durch thermisches Fügen zwischen dem ersten Bauteil (4) und dem zweiten Bauteil (6) durch Aufschmelzen des als Fügematerial (10) ausgebildeten Funktionselements (8).Ggf. Beschichten mit Funktionselement (10)The invention relates to a method for producing a component composite (2) comprising at least two components for a motor vehicle which has at least one first component (4), at least one multilayer second component (6) and at least one functional element (8) through which the Second component (6) at a joint (12) of the first component (4) on the first component (4) is firmly bonded, wherein the functional element (8) comprises at least one layer of the second component (6) forming joining material (10), with the steps: a. Arranging and / or aligning the at least one second component (6) at the joint (12) of the first component (4); and b. Generating a cohesive joining connection by thermal joining between the first component (4) and the second component (6) by melting the functional element (8) formed as a joining material (10) .FIG. Coating with functional element (10)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds sowie ein Bauteilverbund, der durch ein derartiges Verfahren hergestellt ist.The invention relates to a method for producing a component composite comprising at least two components as well as to a component composite produced by such a method.
Im Rahmen des Leichtbaus ist es insbesondere im Fahrzeugbau immer häufiger notwendig, Bauteile aus unterschiedlichen, zum Teil artfremden, Werkstoffen miteinander zu verbinden, wie z.B. ein Bauteil aus einem Nichteisenwerkstoff, wie z.B. Aluminium oder einem faserverstärkten Kunststoff, mit einem zweiten Bauteil, welches aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere einem Stahlwerkstoff, gebildet ist. Ein direktes Verschweißen oder Verlöten dieser Bauteile ist häufig nicht möglich. Um dennoch z.B. ein Widerstandspunktschweißen zu ermöglichen, ist es bekannt, sogenannte Funktionselemente zu verwenden.In the context of lightweight construction, it is increasingly necessary, in particular in vehicle construction, to connect components made of different, in part alien, materials with one another, such as e.g. a non-ferrous material component, such as a non-ferrous material; Aluminum or a fiber-reinforced plastic, with a second component which is formed from a ferrous material, in particular a steel material. Direct welding or soldering of these components is often not possible. Nevertheless, to To enable resistance spot welding, it is known to use so-called functional elements.
Ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds ist bekannt aus
Dort werden Funktionselemente in ähnlicher Art und Weise eines Nietvorgangs in das eine der zu fügenden Bauteile eingepresst bzw. eingestanzt oder eingelegt. Die Funktionselemente sind aus einem Werkstoff ausgebildet, der mit dem Werkstoff des anderen Bauteils verschweißbar ist. Die beiden zu fügenden Bauteile werden zueinander positioniert und es wird eine Fügeverbindung, z.B. eine Schweißverbindung, an dem Funktionselement ausgebildet.There, functional elements are pressed in a similar manner of a riveting operation in the one of the components to be joined or stamped or inserted. The functional elements are formed from a material which is weldable with the material of the other component. The two components to be joined are positioned to each other and a joint, e.g. a welded joint, formed on the functional element.
Bei den bekannten Verfahren und Bauteilverbunden hat es sich als umständlich erwiesen, dass die als separate Bauteile ausgebildeten Funktionselemente zum Fügen zweier Bauteile positioniert und gehalten werden müssen.In the known methods and component connections, it has proven to be cumbersome that the functional elements designed as separate components must be positioned and held for joining two components.
Eine Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, ein alternatives und zweckmäßiges Verfahren zum Herstellen eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds sowie einen durch ein solches Verfahren hergestellten Bauteilverbund vorzuschlagen.An object of an embodiment of the invention is to propose an alternative and expedient method for producing a component composite comprising at least two components and also a component composite produced by such a method.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds für ein Kraftfahrzeug, der mindestens ein erstes Bauteil, mindestens ein mehrschichtig ausgebildetes zweites Bauteil und mindestens ein Funktionselement aufweist, durch das das zweite Bauteil an einer Fügestelle des ersten Bauteils am ersten Bauteil stoffschlüssig festlegbar ist, wobei das Funktionselement zumindest ein eine Schicht des zweiten Bauteils bildendes Fügematerial umfasst, mit den Schritten:
- a. Anordnen und/oder Ausrichten des mindestens einen zweiten Bauteils an der Fügestelle des ersten Bauteils; und
- b. Erzeugen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung durch thermisches Fügen zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil durch Aufschmelzen des als Fügematerial ausgebildeten Funktionselements.
- a. Arranging and / or aligning the at least one second component at the joint of the first component; and
- b. Producing a cohesive joining connection by thermal joining between the first component and the second component by melting the functional element formed as a joining material.
Das erste Bauteil und das zweite Bauteil können beispielsweise aus einem Blechmaterial (beispielsweise einem Stahlblech, Aluminiumblech oder Magnesiumblech) oder einem blechähnlichem Material, wie z. B. einem faserverstärkten Kunststoff (z. B. Kohlenstofffaser-, Glasfaser- oder Aramidfaser-verstärkt) ausgebildet sein.The first component and the second component, for example, from a sheet material (for example, a steel sheet, aluminum sheet or magnesium sheet) or a sheet-like material, such as. B. a fiber reinforced plastic (eg., Carbon fiber, glass fiber or aramid fiber reinforced) may be formed.
Bei dem Bauteilverbund kann es sich um ein Fahrzeugbauteil, insbesondere ein Karosseriebauteil, handeln.The component composite can be a vehicle component, in particular a body component.
Darüber hinaus ist es denkbar, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil einander unähnliche Werkstoffe umfassen, beispielsweise das erste Bauteil ein Metall und das zweite Bauteil einen Kunststoff.Moreover, it is conceivable that the first component and the second component comprise dissimilar materials, for example the first component a metal and the second component a plastic.
Dadurch, dass das zweite Bauteil mehrschichtig aufgebaut ist und dass das Funktionselement durch ein Fügematerial einer Schicht des zweiten Bauteils gebildet ist, ist das zweite Bauteil vormontierbar ausgestaltbar. Hierdurch kann auf ein Ausrichten eines als separates Bauteil ausgebildetes Funktionselement verzichtet werden, wodurch das Verfahren vereinfacht und der Bauteilverbund bauteilreduziert ist.Due to the fact that the second component has a multilayer structure and that the functional element is formed by a joining material of a layer of the second component, the second component can be configured in a premountable manner. As a result, it is possible to dispense with aligning a functional element embodied as a separate component, as a result of which the method is simplified and the component assembly is component-reduced.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Funktionselement zusätzlich zum Fügematerial weitere Fügemittel umfasst. Das Verfahren lässt sich jedoch einfach und bauteilreduziert realisieren, wenn das Funktionselement ausschließlich aus dem Fügematerial gebildet ist.In principle, it is conceivable that the functional element comprises additional joining means in addition to the joining material. However, the method can be implemented easily and reduced component, if the functional element is formed exclusively of the joining material.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das thermische Fügen ein Ein- oder Aufbacken, ein Verdichten, ein thermisches Schrumpfen, ein Laserlöten und/oder ein Vibrationsschweißen des mindestens einen Funktionselements an das oder in das erste Bauteil und/oder zweite Bauteil umfasst.It proves to be advantageous if the thermal joining comprises a caking or baking, a compacting, a thermal shrinking, a laser soldering and / or a vibration welding of the at least one functional element to or into the first component and / or second component.
Wenn das thermische Fügen ein Ein- oder Aufbacken des mindestens einen Funktionselements umfasst, lässt sich das Herstellen der stoffschlüssigen Fügeverbindung beispielsweise in einem Ofenprozess ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Werkzeuge realisieren.If the thermal joining comprises a caking or baking of the at least one functional element, the production of the cohesive joining connection can be realized, for example, in a furnace process without the aid of additional tools.
Wenn das thermische Fügen beispielsweise ein Laserlöten umfasst, lassen sich erstes Bauteil und zweites Bauteil miteinander fügen, wobei ausschließlich das Funktionselement erhitzt wird und das erste Bauteil und das zweite Bauteil zumindest nahezu unverändert ihre Temperatur behalten.If the thermal joining comprises, for example, laser soldering, the first component and the second component can be joined together, wherein only the functional element is heated and retain the first component and the second component at least almost unchanged their temperature.
Darüber hinaus ist bei einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass das thermische Fügen einen, insbesondere parallelen, Bearbeitungsschritt eines Ofenprozesses, wie Warmumformung (WU-Ofen), Presshärten (PHS), Bearbeitung durch warme Werkzeuge und/oder kathodisches Tauchlackieren (KTL), umfasst.In addition, in one embodiment of the method, it is provided that the thermal joining comprises a, in particular parallel, processing step of a furnace process, such as hot forming (WU furnace), press hardening (PHS), hot tooling and / or cathodic dip painting (KTL) ,
Hierdurch lässt sich das Fügen des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil in einen ohnehin durchzuführenden Bearbeitungsschritt, beispielsweise im Zuge der Herstellung einer Karosserie, integrieren. Solchenfalls lassen sich ohnehin notwendige Verfahren bezüglicher Ihrer Effizient steigern.This makes it possible to integrate the joining of the first component with the second component in an already to be performed processing step, for example in the course of the production of a body. In that case, necessary procedures with regard to your efficiency can be increased anyway.
In Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn das thermische Fügen, insbesondere das Ein- oder Aufbacken des Funktionselements, eine Temperatur umfasst, die höher ist als die Schmelztemperatur des Fügematerials oder eines Bereichs, insbesondere der Fügestelle, des ersten Bauteils.In a development of the latter embodiment, it proves to be advantageous if the thermal joining, in particular the on or baking of the functional element, comprises a temperature which is higher than the melting temperature of the joining material or a region, in particular the joint, of the first component.
Weiter erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Schmelztemperatur des Fügematerials unterhalb der Schmelztemperatur der verbleibenden Schicht/Schichten des zweiten Bauteils ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass ausschließlich das als Fügematerial ausgebildete Funktionselement seinen Aggregatzustand von fest in flüssig verändert, wobei das erste Bauteil und der Rest des zweiten Bauteils zumindest nahezu formunverändert bleiben.Furthermore, it proves to be advantageous if the melting temperature of the joining material is below the melting temperature of the remaining layer / layers of the second component. This ensures that only the functional element designed as a joining material changes its state of aggregation from solid to liquid, wherein the first component and the remainder of the second component remain at least virtually unchanged in form.
Schließlich können weitere Schritte in dem Verfahren vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es beispielsweise denkbar, dass das zweite Bauteil mit dem als Fügematerial ausgebildeten Funktionselement vorgefertigt fügbar ist.Finally, further steps may be provided in the method. In principle, it is conceivable, for example, for the second component to be prefabricated with the functional element designed as a joining material.
Es ist jedoch denkbar, dass vor dem Erzeugen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung, insbesondere vor dem Anordnen und/oder dem Ausrichten des mindestens einen zweiten Bauteils an der Fügestelle des ersten Bauteils ein Schritt vorangeht, bei dem das zweite Bauteil mit dem als Fügeelement ausgebildeten Funktionselement beschichtet wird.However, it is conceivable that prior to the production of a cohesive joining connection, in particular before arranging and / or aligning the at least one second component at the joint of the first component, a step precedes, in which the second component is coated with the functional element designed as a joining element ,
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass das erste Bauteil an der Fügestelle eine Ausnehmung eingebracht bekommt, wodurch das Fügen des zweiten Bauteils am ersten Bauteil erleichtert ist und wodurch ein Anhaften des als Fügematerials ausgebildeten Funktionselements verbessert ist.In addition, it is also conceivable that the first component at the joint gets a recess introduced, whereby the joining of the second component is facilitated on the first component and whereby adhesion of the formed as a joining material functional element is improved.
Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug, insbesondere hergestellt nach einem zuvor genannten Verfahren, mit mindestens einem ersten Bauteil, mit mindestens einem mehrschichtig ausgebildeten zweiten Bauteil und mit mindestens einem Funktionselement, durch das das zweite Bauteil an einer Fügestelle des ersten Bauteils am ersten Bauteil stoffschlüssig festlegbar ist, wobei das Funktionselement zumindest ein eine Schicht des zweiten Bauteils bildendes Fügematerial umfasst.In addition, the object is achieved by a component assembly for a motor vehicle, in particular produced by a previously mentioned method, with at least one first component, with at least one multilayered second component and at least one functional element, through which the second component at a joint of the first Component is firmly bonded to the first component, wherein the functional element comprises at least one joining layer forming a layer of the second component.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das das Fügematerial umfassende Funktionselement und das erste Bauteil unterschiedliche, insbesondere artfremde, Werkstoffe umfassen und/oder wenn das das Fügematerial umfassende Funktionselement und das zweite Bauteil unterschiedliche, insbesondere artfremde, Werkstoffe umfassen. Solchenfalls können das erste Bauteil und das zweite Bauteil jeweils eine Funktion im Bauteilverbund ausüben und gleichzeitig gewichtsreduziert ausgebildet sein.It proves to be advantageous if the functional element comprising the joining material and the first component comprise different, in particular extraneous, materials and / or if the functional element comprising the joining material and the second component comprise different, in particular extraneous, materials. In such a case, the first component and the second component can each perform a function in the component assembly and at the same time be designed to reduce weight.
In Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn das das Fügematerial umfassende Funktionselement und/oder zumindest ein Bereich, insbesondere die Fügestelle, des ersten Bauteils ein Material umfasst, das eine niedrigere Schmelztemperatur als die Temperatur des thermischen Aufbackens aufweist, insbesondere ein Zink aufweisendes Material und/oder eine Klebeschicht umfasst.In a development of the last-mentioned embodiment, it proves to be advantageous if the functional element comprising the joining material and / or at least one region, in particular the joint, of the first component comprises a material which has a lower melting temperature than the temperature of the thermal baking, in particular a zinc-containing one Material and / or an adhesive layer comprises.
Hierdurch ist gewährleistet, dass das Funktionselement oder ein Bereich des ersten Bauteils seinen Aggregatzustand von fest auf flüssig verändert, wenn das zweite Bauteil an dem ersten Bauteil thermisch gefügt wird. Durch das Verwenden von Zink und/oder einer Klebeschicht lässt sich eine stoffschlüssige Verbindung herstellen, die hohe Kräfte aufnehmen kann.This ensures that the functional element or a region of the first component changes its state of aggregation from solid to liquid when the second component is thermally joined to the first component. By using zinc and / or an adhesive layer can be a cohesive connection produce that can absorb high forces.
Darüber hinaus erweist es sich als zweckmäßig, wenn dass das Fügematerial umfassende Funktionselement eine Zwischenschicht des zweiten Bauteils und/oder eine das zweite Bauteils abschnittsweise oder in Gänze umgebende Oberflächenbeschichtung umfasst, die insbesondere zumindest auf der dem ersten Bauteil zugewandten Seite angeordnet ist.Moreover, it proves to be expedient for the functional element comprising the joining material to comprise an intermediate layer of the second component and / or a surface coating partially or entirely surrounding the second component, which is arranged in particular at least on the side facing the first component.
Wenn das Funktionselement eine Zwischenschicht des zweiten Bauteils umfasst, kann diese beispielsweise sandwichartig an einer innenliegenden Stelle des zweiten Bauteils angeordnet sein. Darüber hinaus kann das Funktionselement in einer Mehrzahl von Aussparungen im zweiten Bauteil angeordnet sein, die im gefügten Zustand des Bauteilverbunds dem ersten Bauteil zugewandt sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass beim thermischen Fügen das Funktionselement unmittelbar zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet ist. Gleiches gilt, wenn das Funktionselement eine Oberflächenbeschichtung des zweiten Bauteils umfasst.If the functional element comprises an intermediate layer of the second component, this can be arranged, for example, sandwiched on an inner point of the second component. In addition, the functional element can be arranged in a plurality of recesses in the second component, which face the first component in the joined state of the component composite. This ensures that during thermal joining the functional element is arranged directly between the first component and the second component. The same applies if the functional element comprises a surface coating of the second component.
Schließlich erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Fügestelle flächenhaft zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil ausgebildet ist.Finally, it proves to be advantageous if the joint is formed areally between the first component and the second component.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens zum Herstellen eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds sowie mehrerer Bauteilverbunde.Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the appended claims, the drawings and the following description of preferred embodiments of the method for producing a composite component comprising at least two components and a plurality of component composites.
In der Zeichnung zeigt:
-
1 Ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
2 Eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Bauteilverbunds in einer gefügten Anordnung; -
3 Eine schematische, geschnittene Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Bauteilverbunds gemäß2 in einer ungefügten Darstellung; -
4 Eine schematische geschnittene Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Bauteilverbunds in einer ungefügten Darstellung.
-
1 A schematic flow diagram of an embodiment of the method according to the invention; -
2 A schematic, sectional side view of a first embodiment of the composite component in a joined arrangement; -
3 A schematic, sectional side view of the first embodiment of the composite component according to2 in an unproven representation; -
4 A schematic sectional side view of a second embodiment of a composite component in an unfastened representation.
Die
Anhand der Beschreibung des Verfahrens gemäß
In einem gegebenenfalls stattfindenden ersten Schritt 101 wird das zweite Bauteil
In einem weiteren Schritt 103 kann beispielsweise eine Ausnehmung 14 in das erste Bauteil
In einem weiteren Schritt 104 werden das erste Bauteil
Die
Diese ist in einem ungefügten Zustand auf einer dem ersten Bauteil
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination in der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the claims and in the drawing, may be essential both individually and in any combination in the realization of the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Bauteilverbundcomponent composite
- 44
- erstes Bauteilfirst component
- 66
- zweites Bauteilsecond component
- 88th
- Funktionselementfunctional element
- 1010
- FügematerialAdd material
- 1212
- Fügestellejoint
- 1414
- Ausnehmungrecess
- 101-104101-104
- Verfahrensschrittesteps
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- DE 102015214149 A1 [0003]DE 102015214149 A1 [0003]
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- 2018-01-30 WO PCT/EP2018/052231 patent/WO2018177621A1/en active Application Filing
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