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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines ersten Randes eines ersten metallischen Werkstückes mit einem zweiten Rand des ersten Werkstückes oder mit einem zweiten Rand eines zweiten metallischen Werkstückes auf Stoß.
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Im Automobilbau werden derzeit die unterschiedlichsten Verfahren zum Fügen von Stahlhalbzeugen angewandt. Die am häufigsten vorkommende Fügetechnik ist das Schweißen, mit oder ohne Zusatzmaterial. Weitere gängige Fügetechniken sind das Clinchen, Toxen und Verknüpfen. Clinchen bzw. Toxen sind Durchsetzfügetechniken, bei denen ein Zusatzwerkstoff nicht erforderlich ist. Beim Durchsetzfügen werden die zu verbindenden Bleche einander überlappend mittels eines Stempels und einer Matrize, ähnlich wie beim Tiefziehen, unter plastischer Verformung in die Matrize gedrückt. Hierbei entsteht eine druckknopfähnliche Form, die die Bleche form- und kraftschlüssig miteinander verbindet. Beim Verknüpfen werden komplementäre Formstrukturen der zu fügenden Ränder der Halbzeuge aufeinandergelegt und dann senkrecht zur Blechebene verstemmt. Bei den zuvor genannten Umformfügeverfahren wie Clinchen, Toxen und Verknüpfen ist ein Fügen von Rändern von Halbzeugen nur mit einem gegenseitigen Überlapp der Werkstücke möglich. Ein Fügen auf Stoß ist bislang nur durch Schweißen und damit vergleichbare Verfahren möglich.
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Aus dem Dokument
US 2 283 918 A ist ein Verfahren bekannt, mit dem durch O-Formen eines bandförmigen Blechs eine Hülse gefertigt werden kann, wobei zwei gegenüberliegende Ränder des Bandes durch Umformung gefügt werden. Zu diesem Zweck weist der eine Rand eine Lasche und der andere Rand eine Ausnehmung auf, wobei beim O-Formen die Lasche in die Ausnehmung einfährt und durch weiteres Aufeinanderzubewegen der beiden die Lasche oder die Ausnehmung verformt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fügeverfahren bereitzustellen, mit dem Stahlhalbzeuge auf Stoß miteinander gefügt werden können, und dies möglichst ohne Zuführung anderer Stoffe oder zumindest ohne Zuführung anderer Stoffe innerhalb eines separaten Arbeitsganges.
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Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Halbzeug bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die an erster Stelle genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Fügen eines ersten Randes eines ersten metallischen Werkstückes mit einem zweiten Rand des ersten Werkstückes oder mit einem zweiten Rand eines zweiten metallischen Werkstückes auf Stoß gelöst, mit den Schritten:
- Bereitstellen des ersten Randes mit zumindest einer von dem ersten Rand mit einer Länge abstehenden Lasche, die eine Breite in Verlaufrichtung des Randes aufweist, wobei die Lasche die Form einer Öse oder eines Öhrs aufweist,
- Bereitstellen des zweiten Randes mit zumindest einer Ausnehmung in dem zweiten Rand, wobei die Ausnehmung eine Tiefe aufweist, die kleiner ist als die Länge der Lasche,
- Einführen der Lasche in die Ausnehmung, und
- Aufeinander zu Bewegen des ersten Randes und des zweiten Randes in Längenrichtung der Lasche zur endfesten Verbindung der Lasche mit der Ausnehmung, wobei durch das Aufeinander zu Bewegen die Lasche mit bleibender Verformung in ihrer Längenrichtung gestaucht und in ihrer Breitenrichtung aufgeweitet wird, so dass ein Formschluss der Lasche mit der Ausnehmung hergestellt wird.
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Erfindungsgemäß wird eine Umformfügetechnik bereitgestellt, mit der zwei Ränder eines selben oder zweier unterschiedlicher Werkstücke, auf Stoß miteinander gefügt werden können. Für die endfeste Verbindung der beiden Ränder aneinander sind keine Zusatzstoffe wie beim Schweißen oder Kleben erforderlich, jedoch sind solche Zusatzstoffe im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen, sondern können zusätzlich eingesetzt werden. Erfindungsgemäß wird einer der beiden Ränder mit zumindest einer Lasche bereitgestellt, und der andere Rand mit zumindest einer Ausnehmung. Die Ausnehmung weist eine Tiefe auf, die kleiner ist als die Länge der Lasche. Zum Fügen der beiden Ränder aneinander wird die Lasche in die Ausnehmung eingeführt, und durch eine Relativbewegung werden der erste Rand und der zweite Rand in Längenrichtung der Lasche aufeinander zu bewegt, wodurch das äußere Ende der Lasche gegen den Grund der Ausnehmung gedrückt, dabei die Lasche in ihrer Längenrichtung gestaucht und in ihrer Breitenrichtung aufgeweitet wird, wodurch zwischen der Lasche und der Ausnehmung ein Formschluss entsteht. Die Aufweitung der Lasche in ihrer Breitenrichtung wird durch die Stauchung der Lasche bewirkt, wenn diese gegen den Grund der Ausnehmung gepresst wird. Im Ergebnis ist die Lasche in der Ausnehmung verstemmt.
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Die Lasche weist die Form einer Öse oder eines Öhrs auf.
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In dieser Ausgestaltung weist die Lasche in ihrer Fläche eine Öffnung oder einen Schlitz auf, der die Aufweitung der Lasche beim Aufeinander-zu-Bewegen der beiden Ränder, um die Lasche zu verformen, begünstigt. Die Öffnung begünstigt dabei auch eine in Breitenrichtung symmetrische beidseitige Aufweitung der Lasche bei deren Verformung. Eine symmetrische Aufweitung in Breitenrichtung hat den Vorteil einer gleichmäßigen Verstemmung der Lasche mit der Ausnehmung.
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Die Öse bzw. das Öhr kann O-förmig oder länglich, beispielsweise schlitzförmig sein.
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Durch die erfindungsgemäße Technik benötigen die aneinanderzufügenden Ränder keinen gegenseitigen Überlapp, wodurch die Fügestelle keine Stufe in ihrer Oberfläche aufweist. Mit anderen Worten können die beiden Ränder mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens glatt miteinander gefügt werden.
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Während die Lasche bei dem Aufeinander-zu-Bewegen der beiden Ränder erkennbar verformt wird, tritt eine Verformung der Ausnehmung im Wesentlichen nicht auf, selbst wenn die beiden Ränder aus demselben Werkstoff, beispielsweise demselben Stahl, gefertigt sind.
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Durch den Formschluss zwischen der Lasche und der Ausnehmung sind die beiden Ränder gegen Bewegungen in der Ebene der Lasche fest verankert. Aber auch in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Lasche weist die Fügestelle eine sehr gute Festigkeit auf, wobei in dieser Richtung die Festigkeit überwiegend durch Kraftschluss bewerkstelligt ist, der durch das Verstemmen der Außenkontur der Lasche mit der Innenkontur der Ausnehmung bewirkt wird.
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Die beiden miteinander zu fügenden Ränder können geradlinige Ränder sein, aber auch gekrümmte Ränder. Unabhängig von der jeweiligen Form der beiden Ränder sollten die Formen der beiden Ränder komplementär zueinander sein, wenn beim Fügen eine spaltfreie Fügestelle erzeugt werden soll.
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Das Werkstück, dass die beiden Ränder aufweist, oder die Werkstücke, die jeweils einen der Ränder aufweisen, sind vorzugsweise blech- oder platinenförmige Werkstücke, bspw. Stahlblechhalbzeuge.
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Die Lasche ist vorzugsweise einstückig mit dem ersten Rand des ersten Werkstückes verbunden bzw. in den ersten Rand integriert.
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Vorzugsweise steht die Lasche in der oder parallel zur Ebene des ersten Randes senkrecht von diesem ab.
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Das Aufeinander-zu-Bewegen kann eine Bewegung beider Ränder umfassen, oder eine Bewegung nur eines der Ränder.
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Das Aufeinander-zu-Bewegen wird vorzugsweise durchgeführt, bis der erste und der zweite Rand auf Stoß bündig aneinander liegen.
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Hierbei ist zum einen von Vorteil, dass eine spaltfreie Fügelinie entlang der beiden miteinander gefügten Ränder entsteht. Zum anderen hat diese Maßnahme den Vorteil, dass das Aufeinander-zu-Bewegen der beiden Ränder eine definierte Endposition besitzt, die durch das Anstoßen der beiden Ränder aneinander gegeben ist. Der Verfahrweg zum Verformen der Lasche, d.h. ausgehend vom Anliegen des freien Endes der Lasche am Grund der Ausnehmung bis zum spaltfreien Aneinanderliegen der beiden Ränder, kann in einem Bereich von weniger als 1 cm, bspw. bei wenigen Millimetern liegen.
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Weiter vorzugsweise kann das Einführen der Lasche in die Ausnehmung durch ein anfängliches Aufeinander-zu-Bewegen des ersten und zweiten Randes in Längsrichtung der Lasche durchgeführt werden.
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In dieser Ausgestaltung wird die Lasche demnach in ihrer Längsrichtung in die Ausnehmung eingefahren. Dies hat den Vorteil, dass die Arbeitsschritte des Einführens der Lasche in die Ausnehmung und das Verformen der Lasche in der Ausnehmung in derselben Arbeitsrichtung des Werkzeuges durchgeführt werden können, was den werkzeugseitigen Aufwand und die Dauer des Fügevorgangs verringert.
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Im Zusammenhang mit der vorstehend genannten Ausgestaltung kann das anfängliche Aufeinander-zu-Bewegen, um die Lasche in die Ausnehmung einzufahren, kontinuierlich in das Aufeinander-zu-Bewegen zur endfesten Verbindung, d.h. der Verformung der Lasche in der Ausnehmung, übergehen.
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Hierbei ist von Vorteil, dass diese beiden Schritte des Einführens der Lasche in die Ausnehmung und des Verformens der Lasche in der Ausnehmung ohne Unterbrechung hintereinander weg durchgeführt werden können. Die Verfahrgeschwindigkeit der relativen Aufeinander-zu-Bewegung der Ränder beim Einfahren der Lasche in die Ausnehmung und beim Verformen der Lasche in der Ausnehmung kann dabei unterschiedlich sein, ist jedoch vorzugsweise gleich.
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Die Ausnehmung kann eine Mündung und eine sich daran anschließende Ausbuchtung aufweisen, deren größte Breite größer ist als eine Öffnungsweite der Mündung.
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Hierdurch wird zum einen eine Ausgestaltung der Ausnehmung bereitgestellt, die vorteilhaft einfach herzustellen ist, beispielsweise durch Ausschneiden des Randes, und zum anderen ist eine solche Ausgestaltung der Ausnehmung für einen Formschluss mit hoher Festigkeit der Verbindung zwischen der Lasche und der Ausnehmung vorteilhaft. Die Ausnehmung kann beispielsweise etwa die Form eines Ω aufweisen. Die Ausbuchtung kann eine geometrische Form aufweisen, die das Stauchen und Aufweiten der Lasche begünstigt.
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Vorzugsweise ist die Breite der Lasche im nicht verformten Zustand kleiner als eine Öffnungsweite der Mündung.
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Hierbei ist von Vorteil, dass im Zusammenhang mit einer der vorstehend genannten Ausgestaltungen, wonach die Lasche in ihrer Längsrichtung in die Ausnehmung eingefahren wird, das Einfahren der Lasche in die Ausnehmung ohne Überwindung von Reibungskräften erfolgen kann. Die Öffnungsweite der Mündung ist geringfügig größer als die Breite der Lasche im nicht verformten Zustand, wobei die Öffnungsweite ausreichend groß sein sollte, um Toleranzen der Breite der Lasche zu berücksichtigen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können der erste Rand und der zweite Rand gegenüberliegende Ränder eines selben Werkstückes sein. Dabei kann das Werkstück in Form einer Platine bereitgestellt werden, wobei die Platine U- und O-geformt wird, wobei durch das O-Formen der erste und der zweite Rand aufeinander zu bewegt werden, so dass die Lasche in die Ausnehmung einfährt und bei fortgesetztem O-Formen gestaucht und aufgeweitet wird, bis die Verbindung fertiggestellt ist.
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In dieser Ausgestaltung kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf sehr einfache Weise ein Rundrohr aus einer Platine durch UO-Formen hergestellt werden, mit dem Vorteil, dass der Fügevorgang in den Schritt des O-Formens integriert ist. Ein separater Fügearbeitsgang ist somit nicht erforderlich, im Gegensatz zu beispielsweise einem längsnahtgeschweißten Rohr. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das so hergestellte Rundrohr an den Rändern, die wiederum auf Stoß gefügt sind, eine glatte Oberfläche entlang der Fügelinie aufweist.
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In anderen Ausgestaltungen des Verfahrens können der erste Rand und der zweite Rand Ränder von aneinander zu fügenden Werkstücken bzw. Halbzeugen sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es allgemein möglich, zwei Platinen in einer Ebene auf Stoß und ohne Zusatzstoffe bündig miteinander zu fügen.
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Die beiden Werkstücke können dabei ebene Platinen sein, worunter auch zu verstehen ist, dass die beiden Werkstücke nur im Bereich ihrer miteinander zu fügenden Ränder platinenförmig sind, ansonsten aber eine davon abweichende Form aufweisen.
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Das Bereitstellen des ersten Randes bzw. des zweiten Randes kann ein Ausarbeiten der Lasche bzw. der Ausnehmung aus dem betreffenden Werkstück durch Schneiden, insbesondere Wasserstrahl- oder Laserschneiden, oder Stanzen umfassen.
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Diese Techniken zur Herstellung der Lasche und der Ausnehmung haben den Vorteil, dass sie auf einfache Weise automatisierbar sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der erste Rand mit einer Mehrzahl entlang des ersten Randes verteilter Laschen bereitgestellt, und der zweite Rand wird mit einer Mehrzahl von entlang des zweiten Randes verteilter Ausnehmungen bereitgestellt, wobei eine jeweilige Lasche einer jeweiligen Ausnehmung zugeordnet ist.
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Je mehr Laschen und Ausnehmungen vorhanden sind, um so höher ist die Festigkeit der Verbindung der beiden Ränder aneinander. Dies wird gegebenenfalls noch besser erreicht durch eine weitere Ausgestaltung, bei der beide Ränder sowohl mit zumindest einer Lasche und zumindest einer Ausnehmung bereitgestellt werden, d.h. dass beide Ränder sowohl eine oder mehrere Laschen und eine oder mehrere Ausnehmungen aufweisen kann, wobei wiederum eine jeweilige Lasche des einen Randes einer jeweiligen Ausnehmung des anderen Randes zugeordnet ist.
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Weiter wird erfindungsgemäß ein Halbzeug bereitgestellt, mit einer Fügestelle entlang zweier auf Stoß bündig aneinander liegender Ränder, wobei der eine Rand zumindest eine Lasche aufweist und der andere Rand zumindest eine Ausnehmung aufweist, wobei die Lasche in Form einer Öse oder eines Öhrs ausgebildet ist, die bzw. das in Längenrichtung der Lasche gestaucht und in Breitenrichtung der Lasche aufgeweitet ist und formschlüssig in die Ausnehmung eingreift, so dass die beiden Ränder dauerhaft miteinander verbunden sind.
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Das Halbzeug weist die gleichen Vorteile und Ausgestaltungen auf, wie sie mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren oben angegeben sind.
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Für eine optimale Verstemmung der Lasche mit der Ausnehmung liegt eine Außenumfangskontur der Lasche an einer Innenumfangskontur der Ausnehmung vorzugsweise vollumfänglich, zumindest aber teilumfänglich an.
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Das Halbzeug kann ein aus einer Platine hergestelltes Rohr, insbesondere ein Rohr mit rundem, beispielsweise kreisförmigem oder elliptischem oder ovalem oder länglich rundem Querschnitt sein.
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Das Halbzeug kann auch aus zwei Platinen zusammengesetzt sein, die an der Fügestelle mit der erfindungsgemäßen Technik miteinander gefügt sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
- 1A-1D ein Verfahren zum Fügen zweier Ränder eines selben oder zweier verschiedener Werkstücke in einer Prinzipskizze in vier Verfahrensstadien;
- 2A eine perspektivische Ansicht eines Verfahrensstadiums eines Verfahrens zum Fügen zweier Ränder eines selben oder zweier verschiedener Werkstücke in einem gegenüber 1 abgewandelten Ausführungsbeispiel;
- 2B eine plane Ansicht auf das fertige Halbzeug nach Beendigung des Fügens;
- 2C ein Detail aus 2B; und
- 3A-3D vier Verfahrensstadien der Herstellung eines Rohres aus einer Platine unter Anwendung eines Verfahrens zum Fügen zweier Ränder eines selben Werkstückes miteinander.
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1A-1 D zeigen einzelne Verfahrensstadien eines Verfahrens, mit dem zwei Ränder zweier Werkstücke oder zwei Ränder eines selben Werkstückes miteinander gefügt werden können.
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1A zeigt ein Werkstück 12, das einen Rand 14 aufweist. Das Werkstück 12 ist nur ausschnittsweise gezeigt, und zwar im Bereich seines Randes 14.
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Ein Werkstück 16 weist einen Rand 18 auf. Das Werkstück 16 ist ebenfalls nur ausschnittsweise im Bereich seines Randes 18 gezeigt. Das Werkstück 16 kann ein von dem Werkstück 12 verschiedenes Werkstück sein, das mit dem Werkstück 12 zu fügen ist. Das Werkstück 16 kann jedoch auch dasselbe Werkstück wie das Werkstück 12 sein, wie mit dem eingeklammerten Bezugszeichen 12 veranschaulicht ist. Beispielsweise kann das Werkstück 12 ein Formteil sein, das zuvor so geformt wurde, dass die beiden Ränder 14 und 18 einander gegenüberliegen.
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Das Werkstück 12 oder die Werkstücke 12 und 16 können blech- oder platinenförmige Werkstücke sein, insbesondere Stahlblechhalbzeuge. Die Werkstücke 12 bzw. 16 weisen eine Materialstärke auf, wie sie im Automobilbau üblicherweise vorkommen. Die Materialstärke der Werkstücke 12 bzw. 16 kann beispielsweise von weniger als 1 mm bis einige Millimeter betragen. Die Ränder 14 und 18 liegen in einer selben Ebene, die hier die Zeichenebene ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ränder 14 und 18 geradlinige Ränder. Die Ränder 14 und 18 können in anderen Ausführungsvarianten beispielsweise auch komplementär zueinander gekrümmt sein. Des Weiteren können die Ränder 14 und 18 bezüglich einer Werkstückachse 20 auch schräg verlaufen.
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Das erste Werkstück 12 wird in dem Fügeverfahren mit zumindest einer, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Laschen 22, 24 bereitgestellt. Es können je nach Länge der Fügestelle bzw. der Ränder 14, 18 auch mehr als zwei Laschen vorhanden sein. Die Laschen 22, 24 stehen mit einer Länge L von dem Rand 14 des Werkstückes 12 ab. Des Weiteren weisen die Laschen 22, 24 eine Breite BL in Verlaufrichtung bzw. Längsrichtung des Randes 14 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Verlaufrichtung des Randes 14 in der Zeichenebene und steht senkrecht zur Achse 20. Die Laschen 22, 24 liegen in der Ebene des Randes 14, in der vorliegenden Darstellung somit in der Zeichenebene.
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Die Laschen 22, 24 weisen die Form einer Öse oder eines Öhrs auf, d.h. die Laschen 22, 24 weisen eine Öffnung 26 bzw. 28 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 26, 28 länglich in Längenrichtung (Länge L) der Laschen 22, 24 ausgebildet. Die Öffnungen 26, 28 können jedoch auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise können sie O-förmig oder oval oder elliptisch oder nur als schmaler Schlitz ausgebildet sein.
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Die Laschen 22, 24 können aus dem Werkstück 12 durch Schneiden, insbesondere Wasserstrahl- oder Laserschneiden, oder Stanzen herausgearbeitet sein. Die Laschen 22, 24 können vorteilhafterweise einstückig mit dem Rand 14 des Werkstücks 12 ausgebildet sein. Außerdem können die Laschen 22, 24, wenn das Werkstück in einem Metalldruckverfahren hergestellt wird, durch den Metalldruck erzeugt werden.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel stehen die Laschen 22, 24 senkrecht von dem Rand 14 ab. Wenn der Rand 14 bezüglich der Achse 20 in anderen Ausführungsformen schräg verläuft, können die Laschen 22, 24 entsprechend schräg von dem Rand 14 abstehen.
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Der zweite Rand 18 wird mit zumindest einer, hier zwei Ausnehmungen 30, 32 bereitgestellt. Es können auch mehr als zwei Ausnehmungen vorhanden sein, entsprechend der Anzahl an Laschen. Die Ausnehmungen 30, 32 erstrecken sich mit einer jeweiligen Tiefe T in den Rand 18 hinein. Die Tiefe T der Ausnehmungen 30, 32 ist kleiner als die Länge L der Laschen 22, 24 in deren nicht verformten Zustand (1A und 1B). Die Ausnehmungen 30, 32 weisen eine jeweilige Mündung 34 bzw. 36 auf. Von der Mündung 34 bzw. 36 aus gesehen weist die Ausnehmung 30 bzw. 32 eine Ausbuchtung 38, 40 auf. Eine größte Breite BA der Ausbuchtung 38 bzw. 40 ist dabei größer als eine Öffnungsweite BM der jeweiligen Mündung 34, 36. Die Ausnehmungen 30, 32 können, wie dargestellt, etwa die Form eines Ω mit abgeflachten Abschnitten 42 aufweisen, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Andere Formen der Ausnehmungen 30, 32 sind jedoch ebenso möglich. Die Breite BL der Laschen 22, 24 ist geringfügig kleiner als die Öffnungsweite BM der Mündungen 34 bzw. 36 der Ausnehmungen 30, 32. Dies gilt im nicht verformten Zustand der Laschen 22, 24, der in 1A und 1B gezeigt ist.
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Die Ausnehmungen 30 und 32 können aus dem Werkstück 16 (12) durch Schneiden, insbesondere Wasserstrahl- oder Laserschneiden, oder Stanzen herausgearbeitet werden. Ebenso ist es möglich, das Werkstück 16 (12) in einem 3D-Metalldruckverfahren herzustellen und dabei die Ausnehmungen 30 und 32 im Metalldruck vorzusehen.
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In 1A sind die Ränder 14 und 18 noch so weit voneinander beabstandet, dass die Laschen 22 und 24 vollständig außerhalb der Ausnehmungen 30 und 32 liegen. In einem weiteren Schritt, wie in 1B gezeigt, werden die Laschen 22, 24 in die Ausnehmungen 30, 32 eingeführt. Dies wird vorzugsweise dadurch bewerkstelligt, dass die Ränder 14 und 18 mittels eines Werkzeuges (nicht dargestellt) aufeinander zu bewegt werden. Das Aufeinander-zu-Bewegen der beiden Ränder 14 und 18 kann ein Bewegen des ersten Randes 14 und des zweiten Randes 18 aufweisen, oder nur ein Bewegen eines der beiden Ränder 14 oder 18. In 1A ist das Aufeinander-zu-Bewegen durch einen Pfeil 44 angedeutet. Durch das Aufeinander-zu-Bewegen der Ränder 14 und 18 in Längenrichtung der Laschen 22, 24 fahren die Laschen 22, 24 in die Ausnehmungen 30, 32 ein, bis die Laschen 22, 24, genauer gesagt deren freies Ende 50, 52, gegen einen Grund 46 bzw. 48 der Ausnehmungen 30 bzw. 32 laufen. Die Laschen 22, 24 sind in diesem Stadium noch nicht deformiert.
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Sobald die Laschen 22, 24 gegen den Grund 46 bzw. 48 der Ausnehmungen 30 bzw. 32 anliegen, befinden sich die Ränder 14 und 18 noch in einem Abstand 54 voneinander. Der Abstand 54 kann dabei wenige Millimeter bis 1 cm betragen. Der Abstand ist durch die Länge L der Laschen und die Tiefe T der Ausnehmungen vorbestimmt.
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Ausgehend von 1B wird das Aufeinander-zu-Bewegen der Ränder 14 und 18 fortgesetzt, vorzugsweise kontinuierlich, insbesondere ohne Unterbrechung. Durch das fortgesetzte Aufeinander-zu-Bewegen der Ränder 14, 18 werden nun die Laschen 22, 24 in den Ausnehmungen 30, 32 bleibend verformt, und zwar werden die Laschen 22, 24 in ihrer Längenrichtung gestaucht und in ihrer Breitenrichtung aufgeweitet. Die Aufweitung in Breitenrichtung wird dabei durch die Stauchung in Längenrichtung verursacht und durch die jeweilige Öffnung 26, 28 begünstigt. In 1C ist die teilweise Stauchung und teilweise Aufweitung der Laschen 22, 24 bereits zu erkennen, was sich auch in einer Verformung der Öffnungen 26, 28 der Laschen 22, 24 äußert. Der Abstand 54 zwischen den Rändern 14, 18 hat sich in 1C gegenüber dem Abstand 54 in 1B verringert.
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Bei weiter fortgesetztem Aufeinander-zu-Bewegen der Ränder 14, 18 werden die Laschen 22, 24 weiter gestaucht und aufgeweitet, wie in 1D gezeigt ist, die das finale Verfahrensstadium zeigt. Die Laschen 22, 24 bilden einen vollkommenen Formschluss mit den Ausnehmungen 30, 32 und sind mit den Rändern der Ausnehmungen verstemmt. Das Aufeinander-zu-Bewegen wird nun beendet. Die Laschen 22, 24 liegen im Wesentlichen vollumfänglich mit ihrer jeweiligen Außenumfangskontur an der jeweiligen Innenumfangskontur der Ausnehmungen 30, 32 an. Die Öffnungen 26, 28 in den Laschen 22, 24 besitzen nun im Vergleich zu 1A und 1B eine längliche Form, die senkrecht zur länglichen Form der Öffnungen 26, 28 im unverformten Zustand der Laschen 22, 24 verläuft. Dies verdeutlicht nochmals die Stauchung und Aufweitung der Laschen 22, 24 in den Ausnehmungen 30, 32. Das Aufeinander-zu-Bewegen der Ränder 14, 18 wird vorzugsweise so lange durchgeführt, bis die Ränder 14, 18 auf Stoß und bündig aneinander liegen (Abstand 54 ist dann null), wie in 1 D gezeigt ist. Die Fügestelle ist jetzt an den Rändern 14, 18, gegebenenfalls mit Ausnahme der Öffnungen 26, 28, geschlossen. Durch Vorberechnung der Verformung der Laschen 22, 24 können die Form der Laschen 22, 24 und deren Öffnungen 26, 28 bei der Bereitstellung der Laschen 22, 24 auch so gewählt werden, dass sie nach Beendigung des Fügens gemäß 1D ebenfalls zumindest nahezu geschlossen sind, falls dies für eine bestimmte Applikation vorteilhaft ist.
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Die Ränder 14 und 18 sind nunmehr dauerhaft und endfest miteinander verbunden, ohne dass es hierzu eines Zusatzstoffes wie beim Schweißen bedarf. Außerdem zeichnet sich die Fügestelle 56 dadurch aus, dass die Ränder 14, 18 an der Fügestelle 56 keinen Überlapp aufweisen, sondern auf Stoß gefügt sind, und dass die Fügestelle 56 eine glatte Oberfläche ohne Stufe senkrecht zur Blechebene von einem der Ränder 14, 18 zu dem anderen aufweist. Am Ende des Verfahrens gemäß 1A bis 1D ist somit ein Halbzeug 10 hergestellt, das eine Fügestelle 56 entlang der beiden auf Stoß bündig aneinander liegenden Ränder 14, 18 aufweist, wobei der Rand 14 zumindest eine, hier zwei Laschen 22, 24 aufweist, und der andere Rand 18 zumindest eine, hier zwei Ausnehmungen 30, 32 aufweist, wobei die Laschen 22, 24 in ihrer Längenrichtung gestaucht und in ihrer Breitenrichtung aufgeweitet sind und formschlüssig in die Ausnehmung 30 bzw. 32 eingreifen, so dass die beiden Ränder 14, 18 dauerhaft miteinander verbunden sind. Die Laschen 22, 24 sind in den Ausnehmungen 30, 32 formschlüssig und kraftschlüssig aufgenommen. In der Darstellung in 1D ist der Formschluss in der Zeichenebene und der Kraftschluss, insbesondere Reibschluss, senkrecht zur Zeichenebene gegeben.
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2A bis 2C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fügeverfahrens, wobei Elemente, die mit Elementen in 1A bis 1D identisch, zu diesen ähnlich oder mit diesen vergleichbar sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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2A bis 2C zeigen das Fügen zweier separater Werkstücke 12 und 16 aneinander. Die Werkstücke 12 und 16 sind beispielsweise platinenförmige Werkstücke, insbesondere Stahlbleche. Das Werkstück 12 weist den Rand 14 und das Werkstück 16 den Rand 18 auf. 2A bis 2C zeigen somit ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Ränder zweier verschiedener Werkstücke miteinander gefügt werden.
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2A zeigt ein Verfahrensstadium des Fügeverfahrens entsprechend dem Verfahrensstadium in 1B. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 1A bis 1B sind die Laschen und Ausnehmungen auf beide Ränder 14 und 18 verteilt. In dem Beispiel von 2A weist das Werkstück 12 wie in 1A die Laschen 22, 24 auf, und das Werkstück 16 weist die Ausnehmungen 30 und 32 auf, jedoch weist das Werkstück 12 zusätzlich eine Ausnehmung 62 und das Werkstück 16 zusätzlich eine Lasche 60 auf. Bezüglich der Ausgestaltung der Lasche 60 und der Ausnehmung 62 gilt das Gleiche wie für die Laschen 22, 24 und die Ausnehmung 30, 32, so dass auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann.
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2B zeigt die beiden Werkstücke ausschnittsweise im Bereich der Fügestelle 56 entsprechend dem Verfahrensstadium in 1D am Ende des Fügevorganges. Durch die Verteilung von Ausnehmungen und Laschen auf beide Ränder 14 und 18 kann die Endfestigkeit der Fügung weiter verbessert werden. 2C zeigt im vergrößerten Maßstab die Lasche 22 im dauerhaft verformten Zustand gemäß 2B in Alleinstellung. 2C zeigt nochmals deutlich die Stauchung und Aufweitung der Lasche 22 am Ende des Fügevorganges.
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Gemäß 3A bis 3D kann mit dem zuvor beschriebenen Fügeverfahren ein Halbzeug 10 (3D) in Form eines Rundrohres aus einer einzelnen Stahlplatine ohne Zusatzstoff gefertigt werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Es werden wiederum für Elemente, die mit Elementen in 1A bis 1D identisch, vergleichbar oder zu diesen ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Zunächst wird gemäß 3A das Werkstück 12 in Form einer Platine bereitgestellt. Die Ränder 14 und 18 des Werkstücks 12 sind mit einer Anzahl von Laschen 22 bzw. Ausnehmungen 30 bereitgestellt. In dem gezeigten Beispiel sind insgesamt neun Laschen 22 und neun Ausnehmungen 30 vorgesehen. Anstatt wie gezeigt alle Laschen 22 am Rand 14 und alle Ausnehmungen 30 am Rand 18 vorzusehen, kann mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel in 2A auch eine Verteilung der Laschen 22 und Ausnehmungen 30 auf beide Ränder 14 und 18, beispielsweise in alternierender Anordnung, in Betracht gezogen werden. Das Werkstück 12 kann Anbindungsösen 70, 52 aufweisen, die als Anbindungspunkte des herzustellenden Rohrs beim späteren Einbau des Rohrs in einem Kraftfahrzeug dienen können.
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Ausgehend von 3A werden gemäß 3B zunächst die Ränder 14 und 18 aus der Ebene des Werkstücks 12 angebogen. Im nächsten Schritt gemäß 3C wird das Werkstück U-geformt. Hierzu wird ein entsprechendes U-Formwerkzeug verwendet (nicht gezeigt). Im nächsten Schritt wird das Werkstück 12 O-geformt (3C). Die Technik des UO-Formens als solches ist dem Fachmann geläufig und wird hier daher nicht im einzelnen beschrieben. Im Unterschied zu den bekannten UO-Verfahren wird bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren jedoch das O-Formen gleichzeitig zum Fügen der Ränder 14 und 18 des Werkstücks 12 miteinander genutzt, oder umgekehrt ausgedrückt, das Fügen der Ränder 14, 18 wird in Einheit mit dem O-Formen bewerkstelligt. 3D zeigt den Abschluss des O-Formens, durch den die Ränder 14, 18 miteinander gefügt und das Rohr umfangsseitig geschlossen ist.
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Die Laschen 22 und die Ausnehmungen 30 des Werkstückes 12 können so ausgebildet sein wie mit Bezug auf 1A bis 1D oben beschrieben wurde.
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Das O-Formen des Werkstücks 12 bewirkt ein Aufeinander-zu-Bewegen der Ränder 14 und 18 in Längenrichtung der Laschen 22, wodurch die Laschen 22 in die Ausnehmungen 30 einfahren und durch fortgesetztes O-Formen werden die Laschen 22 in den Ausnehmungen 30 mit bleibender Verformung in ihrer Längenrichtung gestaucht und in ihrer Breitenrichtung aufgeweitet, so dass zwischen den Laschen 22 und den Ausnehmungen 30 ein Formschluss erzeugt wird.
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Auf diese Weise kann ein Rundrohr hergestellt werden, dem die Ränder 14 und 18 nicht mit einem Zusatzmaterial wie beim Schweißen eines längsnahtgeschweißten Rohrs der Fall, benötigt wird, und insbesondere ist für das Fügen der Ränder 14, 18 kein zusätzlicher Fügearbeitsgang erforderlich.
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Es versteht sich, dass auch Rohre mit anderen Querschnitten als rund oder sogar kreisförmig mit dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren hergestellt werden können. Beispielsweise können Rohre mit polygonförmigen Querschnitt aus einer Platine hergestellt werden, indem die Platine zunächst entsprechend der zu erreichenden Querschnittsform beispielsweise gebogen, geknickt, gefalzt usw. werden, bis die zu fügenden Ränder einander gegenüberliegen, wie in 1A gezeigt ist, wonach sich die Schritte gemäß 1B bis 1D anschließen können.
