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Die Erfindung betrifft ein Hybridbauteil mit einem Blechformteil und mit einem Spannglied, wobei das mit einer Zugspannung beaufschlagte Spannglied an einer ersten Befestigungseinrichtung an dem Blechformteil und in einem Abstand dazu an einer zweiten Befestigungsvorrichtung an dem Blechformteil festgelegt ist und dadurch eine Vorspannung in dem Blechformteil erzeugt.
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Blechformteile können in verschiedenen Größen und mit verschiedenen Blechdicken in zahlreichen Verwendungsbereichen vorteilhaft eingesetzt werden. So werden beispielsweise im Automobilbau zahlreiche teilweise komplex geformte Blechformteile eingesetzt. Blechformteile können beispielsweise auch im Schienenfahrzeugbau oder im Schiffsbau, aber auch im Maschinenbau oder im Haushaltsgerätebau eingesetzt werden.
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Dabei finden in zunehmendem Maße Hybridbauteile Anwendung, bei denen ein Blechformteil mit mindestens einem weiteren, nicht aus Blech hergestellten Bauteil kombiniert wird. Aktuelle Forschungsbemühungen betreffen Ausgestaltungen des Hybridbauteils, bei dem es sich bei dem weiteren, nicht aus Blech hergestellten Bauteil um ein Bauteil aus einem Faserverbundmaterial handelt. Beispielsweise im Fahrzeugbau könnten Faserverbundkomponenten mit metallischen Bauteilen oder Blechformteilen kombiniert werden, um eine erhöhte Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit oder eine verbesserte Verbindungsmöglichkeit mit weiteren Bauteilen zu bewirken. Derartige Hybridbauteile weisen regelmäßig ein vergleichsweise geringes Eigengewicht und dennoch vorteilhafte Stabilitäts- und Festigkeitseigenschaften auf. Durch eine versteifende Wirkung eines Faserverbundmaterials lässt sich eine deutliche Reduktion der Blechdicke des Blechformteils und damit des Gesamtgewichts des Hybridbauteils erreichen.
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Die aus der Praxis bekannten Hybridbauteile können oftmals die Vorteile der beiden unterschiedlichen Werkstoffarten vereinen und das geringe Eigengewicht und die hohe Zugfestigkeit von Faserverbundmaterialien mit einem prozesssicher verarbeitbaren, sowohl auf Zug als auch auf Druck belastbaren und zerspanbaren Metallbauteil bzw. Metallblech kombinieren.
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Es hat sich gezeigt, dass auch Hybridbauteile mit einem Blechformteil und mit einem nicht aus Blech hergestellten Spannglied in vorteilhafterweise eingesetzt werden können. So kann durch das mit einer Zugspannung beaufschlagte Spannglied, dass an zwei beabstandet zueinander an dem Blechformteil angeordneten oder ausgebildeten Befestigungseinrichtungen festgelegt und mit einer Zugspannung beaufschlagt ist, eine vorteilhafte Vorspannung in dem Blechformteil erzeugt werden. Durch die Vorspannung kann die Festigkeit in des Blechformteils erheblich verbessert werden. Zudem kann ein Hybridbauteil gezielt ertüchtigt werden, um einer aus einer bestimmten Richtung erfolgende Krafteinwirkung besonders gut widerstehen zu können. So können beispielsweise Leitplanken entlang von Fahrzeugstraßen oder Stoßfänger eines Fahrzeugs aus vorgespannten Hybridbauteilen hergestellt werden, wobei mit einem mit einer Zugspannung beaufschlagten Spannglied das Blechformteil vorgespannt wird. Bei einer Krafteinwirkung wird zunächst die von dem Spannglied erzeugte Vorspannung abgebaut, bevor anschließend eine plastische Deformation des Hybridbauteils erfolgt und die Krafteinwirkung aufgenommen und abgetragen wird.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, dass insbesondere bei einer lange andauernden Belastung durch eine große Zugspannung die Befestigungseinrichtungen für die erforderliche Festlegung des Spannglieds an dem Blechformteil aufwendig und kostenintensiv sind, um die durch die Zugspannung des Spannglieds erzeugte Vorspannung dauerhaft und zuverlässig auf das Blechformteil zu übertragen. Gesondert hergestellte Befestigungseinrichtungen, die nachträglich mit dem Blechformteil verbunden werden müssen, erhöhen das Eigengewicht des Hybridbauteils und erfordern regelmäßig zusätzliche und teilweise aufwendige Fertigungsschritte.
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Es wird deshalb als eine Aufgabe der Erfindung angesehen, ein Hybridbauteil der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass das Spannglied möglichst einfach und zuverlässig an dem Blechformteil festgelegt werden kann, und dass die von dem Spannglied erzeugte Vorspannung über einen langen Zeitraum zuverlässig auf das Blechformteil übertragen werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Befestigungseinrichtung als ein erster Kragen in dem Blechformteil ausgebildet ist und das Spannglied den ersten Kragen mindestens teilweise umgreifend an dem ersten Kragen festgelegt ist. Aus der Praxis sind verschiedene Verfahren für das Kragenziehen bekannt, mit denen rasch und kostengünstig ein Kragen in dem Blechformteil ausgebildet werden kann. Für den Kragen wird kein zusätzliches Material benötigt, sondern lediglich ein Teilbereich des Blechformteils umgeformt. Dabei entsteht durch die Umformung eine beispielsweise kreisförmige Ausnehmung in dem Blechformteil, die entlang eines Umfangsrandes von einer seitlich abstehenden Kragenwand begrenzt wird. Die umlaufende Kragenwand bildet eine formstabile und mechanisch hoch belastbare Befestigungsstruktur, an der ein parallel zu einem angrenzenden Umgebungsbereich des Blechformteils oder zumindest in einem kleinen Winkel hierzu ausgerichtetes Spannglied zuverlässig festgelegt werden kann. Ein geeignet ausgestalteter und dimensionierter Kragen in einem Blechformteil kann eine parallel zu einem angrenzenden Umgebungsbereich durch das Spannglied eingebrachte Zugbelastung dauerhaft auf das Blechformteil übertragen, ohne dass eine allmähliche Verformung des Kragens und damit einhergehend eine Reduktion der Vorspannung in dem Blechformteil befürchtet werden muss.
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Mit einem geeigneten Druckwerkzeug lässt sich ein Kragen in dem Blechformteil rasch und kostengünstig herstellen. In Abhängigkeit von der gewünschten Formgebung des Blechformteils kann es zweckmäßig zu sein, aus einem ebenen Blechzuschnitt zuerst an einer dafür vorgesehenen Stelle einen Kragen auszubilden und anschließend den ansonsten ebenen Blechzuschnitt in die gewünschte Formgebung des Blechformteils umzuformen. Es ist ebenfalls denkbar, zunächst ein gegebenenfalls komplex geformtes Blechformteil durch Umformen aus einem ebenen Blechzuschnitt zu erzeugen, um anschließend an der dafür vorgesehenen Stelle einen Kragen auszubilden.
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Das Spannglied kann beispielsweise mit einer Schlinge oder mit einer Schlaufe um den Kragen gelegt und längs eines Umfangsabschnitts eng an dem Kragen anliegend festgelegt werden. Das Spannglied kann dabei vor oder nach der Festlegung an dem Kragen mit der gewünschten Zugspannung beaufschlagt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die zweite Befestigungseinrichtung als ein zweiter Kragen in dem Blechformteil ausgebildet ist und das Spannglied den zweiten Kragen mindestens teilweise umgreifend an dem zweiten Kragen festgelegt ist. Das Spannglied kann beispielsweise an seinen gegenüberliegenden Enden jeweils eine Schlaufe oder eine Schlinge aufweisen. Eine erste Schlinge des Spannglieds wird um den ersten Kragen gelegt. Eine gegenüberliegende zweite Schlinge des Spannglieds wird um den zweiten Kragen gelegt, der in einem Abstand zu dem ersten Kragen an dem Blechformteil ausgebildet ist. Durch die Beaufschlagung des Spannglieds mit einer Zugspannung werden die einander gegenüberliegenden Enden des Spannglieds, die jeweils an dem ersten, bzw. an dem zweiten Kragen festgelegt sind, zusammengezogen und dadurch eine Vorspannung in dem die beiden Kragen aufweisenden Blechformteile erzeugt.
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Ein Öffnungsdurchmesser sowie eine Kragenwandhöhe und ein durch die Kragenwandhöhe vorgegebener Abstand eines Kragenrands zu dem Blechformteil können vielfältig ausgestaltet und an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass eine Grundfläche des ersten Kragens oder gegebenenfalls des zweiten Kragens keine Kreisfläche ist, sondern der Kragen beispielsweise eine dreieckige oder rechteckige Grundfläche mit jeweils abgerundeten Ecken aufweist. Die Grundfläche kann auch ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Vieleck oder ein Oval sein. Die Grundfläche könnte auch eine beliebige Formgebung aufweisen. Aus der Praxis sind zahlreiche Werkzeuge bekannt, mit denen ein den jeweiligen Anforderungen entsprechender Kragen durch Kragenziehen hergestellt werden kann.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass an dem Blechformteil mehr als zwei Kragen ausgebildet sind, die mit einem Spannglied oder aber mit mehreren Spanngliedern miteinander verbunden sind.
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Um zu vermeiden oder zumindest zu erschweren, dass sich das Spannglied unbeabsichtigt von einem Kragen lösen kann ist gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass der erste Kragen und gegebenenfalls der zweite Kragen einen längs seines Umfangs mindestens abschnittsweise radial von dem Kragen abstehenden Kragenrand aufweisen. Ein derartiger Kragenrand kann in einfacher Weise und gegebenenfalls durch einen zusätzlichen Fertigungsschritt ausgebildet werden. Wenn der Kragenrand nach einer zuvor erfolgenden Festlegung des Spannglieds an dem Kragen erzeugt wird, kann der radial abstehende Kragenrand eine formschlüssige Festlegung des Spannglieds an dem Kragen bewirken. Gegebenenfalls kann der abstehende Kragenrand entlang eines Umfangsrandes des Kragens zumindest abschnittsweise in Richtung eines den Kragen umgebenden Umgebungsbereichs des Blechformteils umgeformt und gegebenenfalls an den Umgebungsbereich angedrückt werden, so dass das Spannglied nur durch eine erneute plastische Verformung des umgebogenen Kragenrands wieder von dem Kragen gelöst werden kann.
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Das Spannglied kann ebenfalls aus einem Blech hergestellt sein, wobei es sich um das gleiche Blech wie bei dem Blechformteil handeln kann. Das Spannglied ist zweckmäßigerweise aus einem Material hergestellt, mit welchem die angestrebte Zugspannung des Spannglieds erzeugt und möglichst dauerhaft aufrechterhalten werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Spannglied nicht aus Blech hergestellt ist. Das Spannglied kann aus einem Metall hergestellt sein, beispielsweise aus Federstahl. In vielen Fällen wird es für die angestrebte Eigenschaft des Hybridbauteils zweckmäßig sein, dass das Spannglied von dem Blech des Blechformteils abweichende Materialeigenschaften und insbesondere eine besondere Zugfestigkeit in Verbindung mit einem geringen Eigengewicht aufweist. Vorzugsweise ist optional vorgesehen, dass das Spannglied aus einem Faserverbundmaterial hergestellt ist. Ein Spannglied aus einem geeigneten Faserverbundmaterial verbindet vorteilhafte Zugspannungseigenschaften mit einem sehr geringen Eigengewicht, wodurch sich für zahlreiche Anwendungsbereiche vorteilhafte Eigenschaften des Hybridbauteils ergeben.
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Optional ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Spannglied an einem ersten Ende ein Festlegungsmittel zur Festlegung des ersten Endes an dem ersten Kragen aufweist. Das Festlegungsmittel kann beispielsweise eine gesondert ausgebildete Schlaufe oder Schlinge sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass das Festlegungsmittel einen den Kragen in Umfangsrichtung umgreifenden Haken aufweist.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Spannglied als ringförmiges Band ausgebildet ist und dass das Spannglied über einen Umfangsbereich des ersten Kragens an dem ersten Kragen anliegend an dem Blechformteil festgelegt ist. Ein ringförmiges Band als Spannglied eignet sich in besonders vorteilhafterweise zur Festlegung an zwei oder mehr als zwei an dem Blechformteil ausgebildeten Kragen. Das Spannglied ist dabei um die zwei oder gegebenenfalls mehr Kragen herumgewunden so an dem Blechformteil festgelegt, dass das ringförmige Band an jedem Kragen längs eines Umfangsabschnitts der jeweiligen Kragenwand eng anliegt. Eine Länge des ringförmigen Bandes ist zweckmäßigerweise so vorgegeben, dass die über das ringförmige Band miteinander verbundenen zwei oder mehr Kragen aufeinander zugezogen werden und dadurch die Vorspannung in dem Blechformteil mit den darin ausgebildeten Kragen erzeugt wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils mit einem Blechformteil und mit einem nicht aus Blech hergestellten und an dem Blechformteil festgelegten Spannglied, wobei das Spannglied über eine erste Befestigungseinrichtung und über eine im Abstand dazu angeordnete zweite Befestigungseinrichtung an dem Blechformteil festgelegt und mit einer Zugspannung beaufschlagt wird, so dass dadurch eine Vorspannung in dem Blechformteil erzeugt wird.
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Derartige Hybridbauteile, die mit einer Vorspannung belastet sind, lassen sich in vielen Anwendungsbereichen vorteilhaft einsetzen. Allerdings ist die Herstellung eines derartigen Hybridbauteils oftmals aufwendig und kostenintensiv, da das Spannglied mit einer Zugspannung beaufschlagt und zuverlässig an dem Blechformteil festgelegt werden muss. Um ein bereits mit einer Zugspannung beaufschlagtes Spannglied an dem Blechformteil festlegen zu können ist es üblicherweise erforderlich, dass das Blechformteil mit einem gesonderten Werkzeug elastisch verformt wird, bevor das mit der Zugspannung beaufschlagte Spannglied an der ersten Befestigungseinrichtung und an der zweiten Befestigungseinrichtung des Blechformteils festgelegt werden kann. Wird dagegen das Spannglied in einem unbelasteten, nicht mit einer Zugspannung beaufschlagten Zustand an dem Blechformteil festgelegt, muss danach üblicherweise mit einem erheblichen Fertigungsaufwand das Spannglied gesondert mit der Zugspannung beaufschlagt und dadurch das Blechformteil vorgespannt werden.
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Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Hybridbauteils so auszugestalten, dass das Hybridbauteil zuverlässig und kostengünstig mit der gewünschten Vorspannung in dem Blechformteil hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Befestigungseinrichtung in dem Blechformteil als ein erster Kragen mit einem ersten Durchmesser ausgebildet wird, dass in einem Festlegungsschritt das an der zweiten Befestigungseinrichtung festgelegte Spannglied den ersten Kragen in Umfangsrichtung mindestens teilweise umgreifend an dem ersten Kragen festgelegt wird, und dass anschließend der erste Kragen in einem Aufweitungsschritt auf einen zweiten Durchmesser aufgeweitet wird, der größer als der erste Durchmesser ist, so dass das Spannglied mit einer Zugspannung beaufschlagt wird. Mit den aus der Praxis bekannten Werkzeugen und Verfahren lässt sich rasch, kostengünstig und prozesssicher ein Kragen mit einem ersten Durchmesser in dem Blechformteil ausbilden. Das Spannglied kann in dem Festlegungsschritt ohne großen Aufwand und insbesondere ohne eine Zugbelastung lose an dem Kragen anliegend daran festgelegt werden. Durch die anschließende Aufweitung des ersten Kragens und eine dadurch bewirkte Vergrößerung des Durchmessers sowie aufgrund des dadurch ebenfalls vergrößerten Abstands eines der zweiten Befestigungseinrichtung abgewandten Bereichs der Kragenwand des ersten Kragens zu der zweiten Befestigungseinrichtung wird in einfacher Weise eine Zugspannung in dem Spannglied erzeugt. Sobald das für die Aufweitung des ersten Kragens verwendete Werkzeug von dem ersten Kragen entfernt wird, bewirkt die vom Spannglied auf den ersten Kragen und damit auf das Blechformteil übertragene Spannung eine Vorspannung des Blechformteils. Durch die in dem Aufweitungsschritt erfolgende Aufweitung des Durchmessers des ersten Kragens kann die gewünschte Spannkraft vergleichsweise einfach und dennoch präzise vorgegeben werden. Es sind keine gesonderten Werkzeuge oder Fertigungsschritte für die Erzeugung der Zugspannung in dem Spannglied erforderlich.
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Es kann ebenfalls alternativ vorgesehen sein, dass das Spannglied in dem Festlegungsschritt mit einer Vorspannung an dem ersten Kragen festgelegt wird. Die Vorspannung sollte dabei nicht der angestrebten Zugspannung entsprechen, die das Spannglied nach einer Fertigstellung des Hybridbauteils aufweisen und auf das Blechformteil übertragen soll. Eine im Vergleich dazu geringere Vorspannung kann zweckmäßig sein, um beispielsweise in dem nachfolgenden Aufweitungsschritt nur eine geringe Aufweitung des Kragens durchführen zu müssen, bevor die angestrebte Zugspannung in dem Spannglieds beziehungsweise die angestrebte Vorspannung des Blechformteils erreicht wird.
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Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass ein von dem Blechformteil abstehender Kragenrand des ersten Kragens aufgeweitet wird, um ein unbeabsichtigtes Ablösen des den ersten Kragen mindestens teilweise umgreifenden Spannglieds von dem ersten Kragen zu verhindern. Die Umformung des Kragenrands kann dabei vor oder nach dem Festlegungsschritt durchgeführt werden. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, dass der Kragenrand des ersten Kragens erst nach dem Festlegungsschritt und damit nach der Festlegung des Spannglieds an dem ersten Kragen durchgeführt wird. Dabei kann der Kragenrand längs eines vollständigen Umfangs nach außen abstehend aufgeweitet werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Kragenrand in Umfangsrichtung in einzelne Kragenrandzungen unterteilt wird und lediglich eine oder mehrere Kragenrandzungen umgeformt und nach außen oder sogar wieder zurück an das Blechformteil umgebogen werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass in dem Aufweitungsschritt ein Druckstempel in den ersten Kragen eingedrückt wird und den ersten Kragen aufweitet. Der Druckstempel kann dabei von einer von dem Blechformteil beabstandeten Seite in den ersten Kragen eingedrückt werden. In vorteilhafter Weise kann der Druckstempel auch einen Umformungsbereich zum Umformen und Aufweiten des von dem Blechformteil abstehenden Kragenrands aufweisen, so dass für die Ausbildung des nach außen abstehenden Kragenrands kein zusätzlicher Fertigungsschritt erforderlich wird.
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Es ist ebenfalls möglich, dass die Ausbildung des ersten Kragens mit dem ersten Durchmesser und die anschließende Aufweitung des ersten Kragens in dem Aufweitungsschritt auf den zweiten Durchmesser mit einem einzigen geeignet ausgestalteten Druckwerkzeug durchgeführt wird. Das Druckwerkzeug kann beispielsweise zwei in einer Verlagerungsrichtung des Druckwerkzeugs benachbarte Abschnitte mit einem ersten Außendurchmesser und mit einem zweiten, größeren Außendurchmesser aufweisen. Durch das Einführung des ersten Abschnitts mit dem ersten Außendurchmesser kann der erste Kragen mit einem ersten Durchmesser ausgebildet werden. Ohne dass das Druckwerkzeug aus dem ersten Kragen herausgezogen und anschließend wieder eingeführt wird kann das Druckwerkzeug innerhalb des Aufweitungsschritts weiter und bis zu dem zweiten Abschnitt mit dem zweiten, größeren Außendurchmesser in den ersten Kragen eingedrückt werden, sodass die gewünschte Aufweitung des ersten Kragens auf den zweiten Durchmesser bewirkt wird.
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Das Spannglied kann entweder bereits vor dem ersten Ausbilden des ersten Kragens mit dem ersten Durchmesser bereits an der betreffenden Stelle angeordnet sein und während der Ausbildung des ersten Kragens ergriffen und an dem ersten Kragen festgelegt werden, oder aber nach dem Ausbilden des ersten Kragens mit dem ersten Durchmesser oder sogar erst nach dem Aufweiten des ersten Kragens auf den zweiten größeren Durchmesser an dem ersten Kragen festgelegt werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die zweite Befestigungseinrichtung in dem Blechformteil als ein zweiter Kragen mit einem ersten Durchmesser ausgebildet wird, das in einem Festlegungsschritt das Spannglied den zweiten Kragen in Umfangsrichtung mindestens teilweise umgreifend an dem zweiten Kragen festgelegt wird, und dass anschließend der zweite Kragen in einem Aufweitungsschritt auf einen zweiten Durchmesser aufgeweitet wird, der größer als der erste Durchmesser des zweiten Kragens ist. Der erste Kragen und der zweite Kragen können gleichzeitig ausgebildet werden. Das Spannglied kann auch in einem einzigen Festlegungsschritt an dem ersten Kragen und an dem zweiten Kragen festgelegt werden. Ebenso können in einem einzigen Aufweitungsschritt der erste Kragen und der zweite Kragen jeweils aufgeweitet werden. Durch die Vorgabe des Unterschieds des ersten Durchmessers zu dem zweiten Durchmesser und der dadurch bewirkten Aufweitung des ersten Kragens und des zweiten Kragens kann in einfacher Weise die dadurch in dem an den beiden Kragen festgelegten Spannglied erzeugte Zugspannung vorgegeben werden.
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Es ist nicht notwendig, dass der erste Kragen und der zweite Kragen einen übereinstimmenden ersten Durchmesser oder nach dem jeweiligen Aufweiten einen übereinstimmenden zweiten Durchmesser aufweisen. Vielmehr kann der erste Kragen eine von dem zweiten Kragen unterschiedliche Formgebung aufweisen.
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Die zweite Befestigungseinrichtung könnte grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise könnte das Spannglied klemmend oder klebend an dem Blechformteil festgelegt sein. Die Ausbildung der zweiten Befestigungseinrichtung als ein zweiter Kragen vereinfacht die Herstellung des Hybridbauteils und ermöglicht gleichzeitig eine besonders zuverlässige Festlegung des Spannglieds und eine lang andauernde und gleichmäßige Übertragung der Zugspannung des Spannglieds auf das Blechformteil.
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Es ist grundsätzlich möglich und für verschiedene Anwendungsbereiche vorteilhaft, dass im Abstand von dem ersten Kragen und im Abstand von der zweiten Befestigungseinrichtung mindestens ein dritter Kragen in dem Blechformteil ausgebildet und so angeordnet wird, dass das mit Zugspannung beaufschlagte Spannglied an dem mindestens einen dritten Kragen anliegt und mit einer zusätzlichen Zugspannung beaufschlagt wird. Beispielsweise können drei oder mehr Kragen so angeordnet sein, dass ein als ringförmiges Band ausgebildetes Spannglied so ringförmig um alle Kragen herum angeordnet wird, dass alle Kragen gleichzeitig zusammengezogen werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass drei oder mehr Kragen längs einer gradlinig oder teilweise oder vollständig gekrümmten Linie verlaufend in dem Blechformteil ausgebildet sind und jeweils zwei benachbarte Kragen mit einem geeigneten Spannglied miteinander verbunden sind.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert, die exemplarisch in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
- 1 bis 5 eine Abfolge von Herstellungsschritten für die Herstellung eines ersten Kragens in einem Blechformteil und die Festlegung eines Spannglieds, das anschließend mit einer Zugspannung beaufschlagt wird.
- 6 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil mit einem Blechformteil, an welchem zwei Kragen mit einem daran festgelegten Spannglied ausgebildet sind,
- 7 eine Seitenansicht des in 6 dargestellten Hybridbauteils,
- 8 einen Teilbereich eines Hybridbauteils mit einem ersten Kragen und mit einem daran festgelegten Spannglied, wobei das Spannglied eine um den ersten Kragen gelegte Schlaufe aufweist,
- 9 eine Teilansicht eines Hybridbauteils mit einem ersten Kragen und mit einem daran festgelegten Spannglied, wobei das Spannglied einen den ersten Kragen teilweise umgreifenden Haken aufweist,
- 10 eine abweichende Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils, wobei auf dem Blechformteil 4 Kragen ausgebildet und mit einem als ringförmiges Band ausgestalteten Spannglied zusammengezogen werden,
- 11 ein wiederum abweichend ausgestaltetes Hybridbauteil mit drei längs einer graden Linie ausgebildeten Kragen, wobei jeweils zwei benachbarte Kragen von einem bandförmigen Spannglied zusammengezogen werden, und
- 12 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils, wobei ein dritter Kragen zwischen einem ersten Kragen und einem zweiten Kragen so angeordnet und ausgebildet ist, dass ein zwischen dem ersten und dem zweiten Kragen verspanntes Spannglied an dem dritten Kragen umgelenkt und dadurch mit einer zusätzlichen Zugspannung beaufschlagt wird.
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In den 1 bis 5 ist ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäß als erster Kragen 1 ausgebildete Befestigungseinrichtung zur Festlegung eines Spannglieds 2 an einem Blechformteil 3 dargestellt. Das Blechformteil 3 ist zunächst ein ebener Blechzuschnitt. Nachdem in dem ebenen Blechformteil 3 ein Loch eingebracht wurde, beispielsweise gebohrt oder gestanzt wurde, wird mit einem geeigneten Druckstempel 4 der Kragen 1 ausgebildet, wie es in 1 dargestellt ist. Ein erster Durchmesser 5 des ersten Kragens 1, der zwischen den einander zugewandten Innenwandabschnitten der seitlich von dem Blechformteil 3 abstehenden Kragenwand 6 gemessen wird, entspricht dabei einem Außendurchmesser des Druckstempels 4. Ein den ersten Kragen 1 umgebender Umgebungsbereich 7 des Blechformteils 3 wird dabei nicht verformt und ist unverändert eben ausgebildet.
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In einem nachfolgenden Festlegungsschritt wird das als ringförmiges Band ausgebildete Spannglied 2 lose, also ohne Beaufschlagung einer Zugspannung, mit einem ersten Ende 8 um den ersten Kragen 1 gelegt, wie es schematisch in 2 dargestellt ist. Bei dem Spannglied 2 kann es sich beispielsweise um ein endloses Band aus einem geeigneten Faserverbundmaterial handeln. Da das Spannglied 2 ohne Vorspannung des Blechformteils 3 und ohne eine Zugspannung um den ersten Kragen 1 gelegt werden kann ist dieser Vorgang ohne großen Aufwand möglich und in einfacher Weise auch automatisiert durchführbar.
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Anschließend kann ein von dem Blechformteil 3 abstehender Kragenrand 9 radial aufgeweitet werden, wie es in 3 gezeigt ist. Dabei kann ein gesonderter Druckstempel 10 mit einem großen Durchmesser verwendet werden, der von einer von dem Blechformteil 3 abgewandten Seite in den ersten Kragen 1 eingedrückt wird. Dabei wird der Kragenrand 9 nach außen umgebogen und steht radial etwas ab. Der nach außen vorspringende Kragenrand 9 bildet einen formschlüssigen Anschlag für das Spannglied 2, sobald dieses mit einer Zugspannung beaufschlagt wird und eng an dem ersten Kragen 1 anliegt.
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In 4 wird exemplarisch dargestellt, wie der erste Kragen 1 in einem nachfolgenden Aufweitungsschritt auf einen zweiten Durchmesser 11 aufgeweitet wird, der größer als der erste Durchmesser 5 ist. Dazu kann, wie in 4 schematisch dargestellt, ein dritter Druckstempel 12 verwendet werden, dessen Außendurchmesser dem gewünschten zweiten Durchmesser 11 des ersten Kragens 1 nach dem Aufweitungsschritt entspricht. Durch das Aufweiten des ersten Kragens 1 wird der Abstand zwischen dem ersten Ende 8 des Spannglieds 2 und einer in den 1 bis 5 nicht dargestellten zweiten Befestigungseinrichtung für ein gegenüberliegendes und ebenfalls nicht dargestelltes zweites Ende des Spannglieds 2 vergrößert und dadurch eine Zugspannung in dem Spannglied 2 erzeugt.
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Sobald der dritte Druckstempel 12 aus dem aufgeweiteten ersten Kragen 1 herausgezogen und von dem Blechformteil 3 gelöst wird erzeugt die Zugspannung in dem Spannglied 2 eine Vorspannung in dem Blechformteil 3, welches sich entsprechend elastisch verformt, was in 5 in einer nicht maßstabsgetreuen Weise zur Veranschaulichung überhöht dargestellt ist. Durch eine geeignete Vorgabe des ersten Durchmessers 5 und des zweiten Durchmessers 11 kann die in dem bereits an dem ersten Kragen 1 festgelegten Spannglied 2 dadurch erzeugte Zugspannung präzise und ohne weitere Fertigungsschritte vorgegeben werden. Auf diese Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, mit den aufeinanderfolgenden Festlegungs- und Aufweitungsschritten ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil mit einer präzise vorgegebenen Vorspannung rasch, kostengünstig und prozesssicher herzustellen.
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In den 6 und 7 ist ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil 13 in einer Draufsicht sowie in einer Seitenansicht dargestellt. Das aus einem rechteckigen ebenen Blechzuschnitt hergestellte Blechformteil 3 weist einen ersten Kragen 1 und einen in einem Abstand dazu angeordneten zweiten Kragen 14 auf. Beide Kragen 1 und 14 weisen jeweils an ihrem von dem Blechformteil 3 abstehenden Kragenrand 9 eine seitlich, beziehungsweise radial abstehende Aufweitung auf. Ein als ringförmiges Band ausgebildetes Spannglied 2 ist so um die beiden Kragen 1 und 14 herum gelegt und an den beiden Kragen 1 und 14 dadurch festgelegt, dass mit dem Spannglied 2 die beiden Kragen 1 und 14 aufeinander zu beziehungsweise zusammengezogen werden. Dadurch wird eine Vorspannung in dem Blechformteil 3 erzeugt und das zunächst bis auf die beiden Kragen 1 und 14 noch ebene Blechformteil 3 vorgespannt, was in 7 durch eine überhöht dargestellte Krümmung verdeutlicht wird.
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In 8 ist exemplarisch ein an dem ersten Ende 8 des Spannglieds 2 angeordnetes Festlegungsmittel 15 dargestellt. Das Festlegungsmittel 15 wird durch eine Schlaufe 16 gebildet, die um den ersten Kragen 1 gewunden und mit einem geeigneten Klemmelement 17 fixiert ist.
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In 9 ist exemplarisch ein abweichend ausgestaltetes Festlegungsmittel 15 dargestellt. An dem ersten Ende 8 des Spannglieds 2 ist über ein geeignet ausgebildetes Klemmelement 17 ein Haken 18 befestigt, dessen Abmessungen an einen Umfang des ersten Kragens 1 angepasst sind, sodass der Haken 18 über einen Umfangsbereich außen an dem ersten Kragen 1 anliegen und daran festgelegt werden kann.
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In 10 ist schematisch ein abweichend zu dem in den 6 und 7 gezeigten Hybridbauteil 13 ausgestaltetes Hybridbauteil 13 dargestellt. In dem rechteckförmigen Blechformteil 3 ist in jeder Ecke ein Kragen 1, 14, 19, 20 ausgebildet. Das bandförmige Spannglied 2 umgibt alle vier Kragen 1, 14, 19 und 20 und zieht die vier Kragen 1, 14, 19 und 20 in Richtung eines mittleren Bereichs des Blechformteils 3 zusammen, sodass in dem Blechformteil 3 eine Vorspannung erzeugt wird.
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In 11 ist schematisch ein wiederum abgewandelt ausgestaltetes Hybridbauteil 13 dargestellt. Drei Kragen 1, 14 und 19 sind längs einer geraden Linie jeweils im Abstand zueinander angeordnet. Jeweils zwei Kragen 1 und 14 sowie die beiden Kragen 14 und 19 sind jeweils mit einem zugeordneten Spannglied 2 miteinander verbunden, wobei das betreffende Spannglied 2 jeweils mit einer Zugspannung beaufschlagt ist und eine Vorspannung in dem Hybridbauteil 13 erzeugt.
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Auch in 12 ist schematisch eine erneut veränderte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 13 dargestellt. Zusätzlich zu dem ersten Kragen 1 und dem zweiten Kragen 14 ist ein dritter Kragen 19 in dem Blechformteil 3 ausgebildet und so angeordnet, dass das bandförmige Spannglied 2 seitlich an dem dritten Kragen 19 anliegt, ohne den dritten Kragen 19 zu umgeben oder zu umschlingen. Allerdings wird das Spannglied 2 von dem dritten Kragen 19 seitlich ausgelenkt, sodass eine zusätzliche Zugspannung in dem Spannglied 2 erzeugt wird und dementsprechend eine höhere Vorspannung in dem Blechformteil 3 beziehungsweise in dem Hybridbauteil 13 erzeugt wird.
