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Die Erfindung betrifft einen Bauteilverbund mit einem Blechteil und einem Fügepartner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Blechteil-Schnappelement nach dem Anspruch 9 und ein Verfahren zum Fügen eines solchen Bauteilverbunds nach dem Anspruch 10.
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Bei der Herstellung einer Fahrzeugkarosserie können Karosserie-Blechteile über eine Schnappverbindung in Kombination mit zum Beispiel einer Klebverbindung formschlüssig und stoffschlüssig miteinander verbunden werden, wie es beispielhaft aus der
DE 10 2013 000 629 A1 hervorgeht.
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Aus der
DE 10 2013 000 629 A1 ist ein Bauteilverbund bekannt, bei dem an einem ersten Blechteil angeformtes Blechteil-Schnappelement in einer Fügepartner-Aussparung verrastbar ist. Das Blechteil-Schnappelement ist als eine Blechlasche realisiert, deren Blechsteg-Fußabschnitt in eine Blechteil-Grundkörper übergeht. Das Blechteil und der Fügepartner werden in einer Fügerichtung zusammengefügt. Im Fügevorgang drückt der Fügepartner das Blechteil-Schnappelement unter Aufbau einer elastischen Rückstellkraft in eine Entriegelungsstellung. Mit Erreichen einer Fügeposition schnappt das Blechteil-Schnappelement unter Abbau der Rückstellkraft in einer Verriegelungsstellung, in der eine Rastkontur des Blechteil-Schnappelementes formschlüssig in die Fügepartner-Aussparung eingreift.
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Aus der
DE 10 2004 005 963 A1 ist ein Befestigungselement bekannt, das Karosseriebauteile durch eine Rastverbindung verbindet, bei der ein Haken in eine Sicke eingreift, die ein Verschieben der Rastverbindung ermöglicht und dabei einen Toleranzausgleich schafft. Aus der
DE 10 2010 033 849 A1 ist ein Halteclip bekannt. Dieser ist mehrteilig ausgeführt und umfasst einen Grundkörper mit einem Rastbereich, in den ein Zusatzelement zum Fügen von Bauteilen eingesteckt wird, das diese formschlüssig befestigt, wobei der Rastbereich einen Toleranzausgleich durch Verschieben ermöglicht. Aus der
DE 10 2011 054 861 A1 ist Befestigungselement mit Toleranzausgleichsfunktion bekannt. Das Befestigungselement verbindet eine Dachleiste mit einem Fahrzeug und ist mehrteilig aufgebaut, wobei ein Grundkörper eine Befestigungsbasis schafft, an die Zusatzelemente gesteckt werden, mit welchen die Dachleiste befestigt und eine Toleranz ausgeglichen wird.
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Im obigen Stand der Technik sind die die Schnappelemente als integraler Bestandteil aus dem Blechteil ausgeformt. Dies geschieht mittels geeigneter Umformverfahren im Presswerk, d.h. während der Herstellung des Blechteils. Dieses Vorgehen weist mehrere Nachteile auf: So ist die Umformung der filigranen Schnappelemente (ggf. mit Hinterschnitten) im Presswerk ist nur schwer zu realisieren. Zudem müssen die Schnappelemente des Blechteils möglichst exakt auf die Fügepartner-Aussparungen in der Peripherie treffen (d.h. enge Toleranzen in der Herstellung der Einzelteile bzw. beim Fügen der Baugruppen führen zu Mehrkosten). Ferner sind die Radien der Rastelemente relativ groß. Auf das Fügeverhalten von Schnappelementen wirken sich große Radien jedoch nachteilig aus, da bei gleichbleibenden Hinterschnitten nur geringere Kräfte übertragen werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Bauteilverbund mit einem Blechteil und einem Fügepartner bereitzustellen, bei dem das Blechteil-Schnappelement einfach herstellbar ist und eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Verbindungssteifigkeit aufweist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1, des Anspruches 9 oder des Anspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist das Blechteil-Schnappelement nicht mehr komplett einstückig und materialeinheitlich ausgebildet, sondern vielmehr zweiteilig aufgebaut, und zwar aus dem im Blechteil angeformten Blechsteg und einem Zusatzelement, an dem die eigentliche Rastkontur ausgebildet ist. Das Zusatzelement ist als ein separates Anbauteil auf dem Blechsteg angebunden.
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Der Erfindungskern beruht auf dem folgenden Sachverhalt: So werden aus dem Blechteil mittels Trennverfahren an geeigneten Stellen lediglich Blechstege freigelegt. Auf diese Blechstege werden später Zusatzelemente aus Kunststoff aufgeklebt. Je ein Blechsteg und ein darauf aufgeklebtes Zusatzelement ergibt ein funktionsfähiges Schnappelement. Die Positionierung der Zusatzelemente auf den Blechstegen erfolgt unter Berücksichtigung der Maßabweichungen an Peripherie und Blechteil. Hierfür werden Peripherie und Blechteil vor dem Aufbringen der Zusatzelemente auf den Stegen mittels optischer Messtechnik (bspw. Lasertriangulationsverfahren) vermessen.
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Mit der Erfindung ergeben sich die folgenden Vorteile: Es wird die Anwendung der prozessbegleitenden Messsystematik (PBMS) vereinfacht. Zudem ergibt sich eine breite Toleranzüberbrückbarkeit. Es sind außerdem keine komplizierten Umformoperationen zur Erzeugung der Schnappelemente mehr notwendig. Es ist fertigungstechnisch einfach ein spitzer Winkel zwischen Halte- und Fügeflanke (beeinflusst das Fügeverhalten positiv und verhindert unnötige Plastifizierungen im Blechteil während des Fügevorgangs) herstellbar.
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In einer technischen Umsetzung ist das Fügeverfahren wie folgt aufgegliedert: Zunächst wird eine „U-Form“ aus dem Blechteil herausgetrennt. Hierdurch bleibt ein Blechsteg zwischen den beiden Schenkeln der U-Form stehen. Aus diesem Blechsteg entsteht später das Schnappelement. Das Heraustrennen erfolgt beispielsweise vor dem Umformen des Blechteils durch Schneid-Prozesse (bspw. Stanzen). Alternativ dazu kann das Heraustrennen nach dem Umformen des Fügeteils durch thermische Trennprozesse (bspw. mittels Strukturlaser) erfolgen. Anschließend wird das Blechteil in den Karosseriebau zugeführt. Die bereits bestehende Karosseriestruktur (und ggf. das Blechteil) werden vermessen. Hierbei wird insbesondere die relative Lage der Blechstege zu den Fügepartner-Aussparungen vermessen, in welche die Schnappelemente später einrasten sollen. Auf der Grundlage der bei der Vermessung geometrisch erfassten Daten werden die idealen Positionen für die Zusatzelemente ermittelt. Anschließend werden die Zusatzelemente auf die Blechstege aufgebracht.
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Bei dem Zusatzelement kann es sich bevorzugt um ein Dreiecksprisma aus Kunststoff handeln. Das Zusatzelement wird später über seine Klebefläche an den Blechsteg des Blechteils geklebt. Die Fügeflanke des Zusatzelements hat nur während des Fügevorgangs Kontakt zur Peripherie und die Zusatzelement-Halteflanke hat im gefügten Zustand des Fügeteils dauerhaft Kontakt zur Peripherie.
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Die exakte Positionierung des jeweiligen Zusatzelements erfolgt in Abhängigkeit von den bei der Peripherie-Vermessung ermittelten geometrischen Daten. Die Zusatzelemente können also bewusst außermittig bzw. leicht verdreht auf die Blechstege aufgebracht werden. So kann gewährleistet werden, dass die Zusatzelemente exakt in die Aussparungen der Peripheriestruktur treffen, auch wenn sowohl das Blechteil als auch die Peripheriestruktur breite Toleranzen aufweisen. Das Aufbringen der Zusatzelemente erfolgt beispielsweise mittels eines schnellaushärtenden Klebstoffs. Die Zusatzelemente können dem Karosseriebau als Schüttgut zugeführt werden. Sie können beispielsweise mittels Spritzgießen hergestellt werden.
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Exemplarisch kann das Blechteil (Aluminium oder Stahl) eine Blechdicke von ca. 0,8-2,0mm aufweisen. Aus den Blechteilen können mehrere U-Formen herausgetrennt werden (typischerweise ca. 6-12 U-Formen). Bei dem als Dreiecksprisma ausgebildeten Zusatzelement können die Halte- und Fügeflanken weitgehend spitz zulaufen (Radius < 0,5 mm). Dabei können die durch die U-Formen freigelegten Blechstege breiter als die Zusatzelemente sein, um eine außermittige Positionierung der Zusatzelemente möglich zu machen. Die Zusatzelemente sind i.d.R. außermittig und ggf. leicht verdreht auf den Blechstegen positioniert. Bevorzugt können die Zusatzelemente aus einem Polyurethan mit gleichmäßigem Gefüge (geringe Dichte, gute Reibeigenschaften, keine Spanbildung) bestehen. Die Zusatzelemente werden bevorzugt mit einem sog. „Hot-Melt-Klebstoff“ mit dem Blechteil verbunden. In diesem Fall kann das Zusatzelement schon nach kürzester Zeit belastet werden.
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Nachfolgend sind weitere Merkmale der Erfindung im Einzelnen hervorgehoben: So kann der Blechsteg in einer Steg-Längsrichtung vom Blechteil-Grundkörper abragen. Der Blechsteg kann in der Steg-Längsrichtung einen im Wesentlichen konstanten Materialquerschnitt aufweisen. Der Blechsteg kann sich ausgehend vom Blechsteg-Fußabschnitt über einen Mittelbereich bis zu einem Blechsteg-Kopfabschnitt erstrecken, und zwar über eine freie Federlänge. Das Zusatzelement kann hierbei, mit Abstand vom Blechsteg-Fußabschnitt, am Blechsteg-Kopfabschnitt angebunden sein.
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In einer konkreten Ausführungsform kann zur Ausbildung des Blechteil-Schnappelementes der Blech-Grundkörper eine fensterartige, rechtwinklige Ausnehmung aufweisen, in der der Blechsteg positioniert ist. Der Blechsteg kann in einem Fertigungszustand, das heißt in einem unverformten Zustand, mit seinem Blechsteg-Fußabschnitt, seinem Mittelbereich und seinem Blechsteg-Kopfabschnitt komplett ebenflächig bzw. flächenbündig innerhalb des angrenzenden Blechteil-Grundkörpers ausgebildet sein. Das Kunststoff-Zusatzelement kann in diesem Fall mit seiner Rastkontur um eine Rasthöhe von dem Blechsteg quer abragen.
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Das Zusatzelement kann in einer bevorzugten technischen Umsetzung als ein Dreiecksprisma ausgebildet sein, und zwar mit einer Klebflankenfläche, die in Klebverbindung mit dem Blechsteg ist, sowie einer dem Blechsteg-Fußabschnitt zugewandten Fügeflankenfläche und einer, dem Blechsteg-Fußabschnitt abgewandten Halteflankenfläche. Diese sind zueinander schräg gestellt und laufen an einer Rastkontur-Scheitelkante zusammen.
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In der obigen Ausführungsvariante ist der Blechsteg streifenförmig ausgebildet, und zwar mit einer, in der Steg-Längsrichtung betrachtet, durchgängig konstanten Stegbreite. Demgegenüber kann die Breite des Zusatzelementes um ein Toleranzausgleichsmaß kleiner ausgelegt sein als die Stegbreite. Dadurch ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Positionierung des Zusatzelementes auf dem Blechsteg, um gegebenenfalls Fertigungs- und/oder Bauteiltoleranzen auszugleichen.
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Ein Fügeverfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteilverbundes kann in einer Prozessabfolge durchgeführt werden, bei der zunächst in einem Karosseriebau-Prozessschritt der Fügepartner (das heißt ein Karosserie-Bauteil, etwa ein Karosserie-Längsträger) hergestellt wird. Davon separat wird in einem Presswerk-Prozessschritt das Blechteil mitsamt dem Blechsteg hergestellt, und zwar mit noch demontiertem Zusatzelement.
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In einem folgenden Vermessungs-Prozessschritt wird die Bauteil-Peripherie, insbesondere die Fügepartner-Aussparung, der zu bildenden Schnappverbindung geometrisch erfasst. Auf der Grundlage der im Vermessungs-Prozessschritt geometrisch erfassten Daten wird eine Soll-Position des Zusatzelementes auf dem Blechsteg ermittelt. Das Zusatzelement wird anschließend lagerichtig in der Soll-Position positioniert und dort am Blechsteg angebunden. Die Soll-Position ist dabei so bemessen, dass Fertigungs- und/oder Bauteiltoleranzen in der zu bildenden Schnappverbindung reduziert sind. Entsprechend kann, je nach erfassten Peripherie-Daten, das Zusatzelement auch außermittig und/oder um einen Drehwinkel verdreht auf dem Blechsteg positioniert sein.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer schematischen Schnittdarstellung eine Karosseriestruktur in einem Hinterwagenbereich eines zweispurigen Fahrzeugs, bei dem ein Reserveradmulden-Blechteil an seitliche Karosserie-Längsträger angebunden ist;
- 2 eine Detailansicht aus der 1, die eine Schnappverbindung zwischen den beiden Fügepartner veranschaulicht;
- 3 eine Ansicht, anhand der ein Fügevorgang veranschaulicht ist;
- 4a und 4b jeweils Ansichten, die die Herstellung des Blechteil-Schnappelementes veranschaulichen; und
- 5 ein Blockschaltbild, in dem ein Verfahren zum Fügen des in der 1 oder 2 gezeigten Bauteilverbunds dargelegt ist.
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In der 1 ist eine Fahrzeug-Karosseriestruktur in einem Hinterwagenbereich gezeigt, bei der ein Reserveradmulden-Blechteil 1 seitliche Längsflansche 3 aufweist, die über eine später beschriebene mechanische Schnappverbindung S sowie eine stoffschlüssige Klebverbindung K (1 oder 2) an seitliche Karosserie-Längsträger 5 angebunden ist. Die Schnappverbindung S ist in der 1 oder 2 über ein Blechteil-Schnappelement 7 realisiert, das aus einem Blechsteg 18 und einem Kunststoff-Zusatzelement 24 aufgebaut ist. Der Blechsteg 18 ist am jeweiligen Längsflansch 3 des Reserveradmulden-Blechteils 1 elastisch nachgiebig angeformt, und zwar unter Bildung einer Federachse FA (4) am Übergang von dem Blechsteg 7 in einen Blechteil-Grundkörper 19 des Reserveradmulden-Blechteils 1. Jeder der beiden seitlichen Längsflansche 3 des Reserveradmulden-Blechteils 1 weist eine Mehrzahl solcher Schnappelemente 7 auf, die in der Fahrzeuglängsrichtung x mit Abstand hintereinander in den Längsflanschen 3 angeordnet sind.
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In der in der 1 gezeigten Zusammenbaulage verbleibt zwischen dem Längsflansch 3 und dem Karosserie-Längsträger 5 ein geringfügiger Klebspalt, in dem eine Klebschicht 9 die beiden einander zugewandten Kontaktflächen der Fügepartner 1, 5 miteinander stoffschlüssig verbindet. In der in der 1 oder 2 gezeigten Fügeposition greift eine Rastkontur 11 des Schnappelements 7 formschlüssig in eine korrespondierende Längsträger-Aussparung 13 ein.
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In der 3 ist ein Fügevorgang angedeutet, bei dem das Reserveradmulden-Blechteil 1 in einer Fügerichtung I auf die beiden seitlichen Karosserie-Längsträger 5 aufgesetzt wird. Bei dem Fügevorgang wird die Rastkontur 11 des Schnappelements 7 vom jeweiligen Karosserie-Längsträger 5 unter Aufbau einer elastischen Rückstellkraft (das heißt eine rechtwinklig zur Fügerichtung I ausgerichtete Querkraft) F in eine Entriegelungsstellung gedrückt. Mit Erreichen der Fügeposition (das heißt unmittelbar vor Erreichen der Fügeposition) schnappt das elastisch verformte Schnappelement 7 unter Abbau der Rückstellkraft F wieder in seine Verriegelungsstellung zurück, in der die Rastkontur 11 des Schnappelements 7 formschlüssig in die Längsträger-Aussparung 13 eingreift. Mittels der so bewerkstelligten mechanischen Schnappverbindung S ergibt sich eine zuverlässige Lagesicherung des Reserveradmulden-Blechteils 1 auf den beiden Karosserie-Längsträgern 5.
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Wie oben erwähnt, ist das Schnappelement 7 unter Bildung einer Federachse FA elastisch nachgiebig an dem Blechteil-Grundkörper 19 angeformt. Das Schnappelement 7 muss einerseits eine (bevorzugt ausreichend geringe) elastische Nachgiebigkeit aufweisen, damit die sich beim Fügevorgang ergebenden Fügekräfte F bzw. Rückstellkräfte ausreichend gering sind. Andererseits muss das Schnappelement 7 auch eine ausreichend große Verbindungssteifigkeit bereitstellen, die einem Lösen des Blechteils 1 von dem Karosserie-Längsträger 5 entgegen der Fügerichtung I zuverlässig entgegenwirkt.
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Zur Bereitstellung einer solchen im Vergleich zum Stand der Technik erhöhten Verbindungssteifigkeit weist das erfindungsgemäße Schnappelement 7 die nachfolgend beschriebene Bauteil-Geometrie auf: So ragt der Blechsteg 18 in einer Steg-Längsrichtung L (4) vom Blechteil-Grundkörper 19 ab. Der Blechsteg 18 ist in der Steg-Längsrichtung L streifenförmig sowie mit einem konstanten Materialquerschnitt ausgebildet. Gemäß den 4a oder 4b erstreckt sich der Blechsteg 18, ausgehend von dem Blechsteg-Fußabschnitt 23 über einen Mittelbereich 30 (3) bis zum Blechsteg-Kopfabschnitt 21 (3), und zwar mit einer Federlänge IF (4b). Das Kunststoff-Zusatzelement 24 ist dabei am Blechsteg-Kopfabschnitt 21 angeklebt. In dem in der 4 gezeigten Fertigungszustand (das heißt im unverformten Zustand) ist der Blechsteg 18 mit seinem Blechsteg-Fußabschnitt 23, seinem Mittelbereich 30 und seinem Kopfabschnitt 21 komplett ebenflächig bzw. flächenbündig im angrenzenden Blechteil-Grundkörper 19 ausgebildet.
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Das Kunststoff-Zusatzelement 24 ist in den 1 bis 4b als ein Dreiecksprisma ausgebildet, und zwar mit einer Klebflankenfläche 32, die in Klebverbindung mit dem Blechsteg 18 bringbar ist, sowie einer der Federachse FA zugewandten Fügeflankenfläche 25 und einer der Federachse FA abgewandten Halteflankenfläche 27. Die Flankenflächen 25, 27 sind zueinander schräggestellt und laufen an einer Rastkontur-Scheitelkante 29 zusammen. Die Rastkontur-Scheitelkante 29 ragt im unverformten Zustand (4b) um die Rasthöhe hR vom ebenflächigen Blechsteg 18 ab. Die Rastkontur-Scheitelkante 29 verläuft zudem achsparallel zur Federachse FA.
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Wie aus der 4 hervorgeht, ist der Blechsteg 18 streifenförmig mit einer in der Steg-Längsrichtung L durchgängig konstanten Stegbreite bs ausgebildet. Das Kunststoff-Zusatzelement 24 weist in der 4b eine Bauteil-Breite bz auf, die um ein Toleranzausgleichsmaß Δb kleiner ist die Stegbreite bs (4a).
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In der 4 ist der Blechteil-Grundkörper 19 mit einer fensterartigen, rechtwinkligen Ausnehmung 20 ausgebildet, innerhalb der der Blechsteg 18 positioniert ist. Zwischen den Längskanten 26 sowie einer Stirnkante 28 des Blechstegs 18 und der fensterartigen, rechtwinkligen Ausnehmung 20 ist ein U-förmiger Blechfreischnitt 22 (4a oder 4b) vorhanden, der einen Freigang für den Blechsteg 18 bildet. An einer unteren Ausnehmungskante 31 (4a oder 4b) der Blech-Ausnehmung 20 ist der Blechsteg-Fußabschnitt 23 angeformt, der gemäß der 3 materialeinheitlich und einstückig in den Blechsteg-Mittelbereich 30 und weiter in den Blechsteg-Kopfabschnitt 21 übergeht. Der Blechsteg-Fußabschnitt 23 ist, wie auch der Blechsteg-Mittelbereich 30 und die Rastkontur 11, beidseitig von dem Blechfreischnitt 22 begrenzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013000629 A1 [0002, 0003]
- DE 102004005963 A1 [0004]
- DE 102010033849 A1 [0004]
- DE 102011054861 A1 [0004]
