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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren eines Innenprofils in einem Hohlprofil, wobei eine äußere Fügefläche des Innenprofils mit einer inneren Fügefläche des Hohlprofils stoffschlüssig verbunden wird, umfassend die Schritte:
- - Auftragen eines Adhäsives auf wenigstens eine der Fügeflächen,
- - Einstecken des Innenprofils in das Hohlprofil, sodass die Fügeflächen mit einem das Adhäsiv enthaltenden Fügespalt radial formschlüssig aneinander anliegen,
- - Ausbilden einer axial formschlüssigen Verbindung zwischen den Fügeflächen und
- - Ausbilden einer durch das Adhäsiv vermittelten, den Fügespalt überbrückenden, stoffschlüssigen Verbindung zwischen den bereits axial und radial formschlüssig verbundenen Fügeflächen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Karosserieelement für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Hohlprofile, die mittels eines gemeinsamen Innenprofils, dessen unterschiedliche Axialabschnitte in je einem der Hohlprofile fixiert sind, miteinander verbunden sind.
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Stand der Technik
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Ein gattungsgemäßes Verfahren sowie gattungsgemäße Karosserieelemente sind bekannt aus der
DE 197 21 478 A1 .
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Im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge ist es bekannt, Karosserieelemente, wie bspw. Rahmen, Holmen, etc. aus Hohlprofilen aufzubauen. Zur axialen Verbindung der Hohlprofile ist es bekannt, ein sogenanntes Knotenstück zu verwenden. Hierbei handelt es sich um ein als Vollstück oder ebenfalls als Hohlprofil ausgebildetes Innenprofil, welches in radial formschlüssiger Weise mit seinen beiden Axialabschnitten in je eines der zu verbindenden Hohlprofile eingesteckt und sodann an diesen fixiert wird. Diese unmittelbare Fixierung jedes der beiden Hohlprofile am Innenprofil führt zu einer mittelbaren Fixierung der Hohlprofile aneinander. Aufgrund des radialen Formschlusses jedes der Hohlprofile mit dem Innenprofil ist die laterale Stabilität der Hohlprofil-Verbindung ohne weiteres gewährleistet. Um auch eine axiale Stabilität der Hohlprofil-Verbindung zu erreichen, müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden. Insbesondere hat sich hier eine stoffschlüssige Verbindungsweise, speziell eine Verklebung der Innenwandung der Hohlprofile mit der Außenwandung des Innenprofils als günstig erwiesen. Auch die eingangs genannte, gattungsbildende Druckschrift schlägt eine derartige Verklebung vor. Dies allerdings lediglich als Sekundärmaßnahme zur Unterstützung einer axial formschlüssigen Primärverbindung. So sieht das bekannte Verfahren vor, einen zusätzlichen axialen Formschluss zu realisieren. Hierzu werden die Fügeflächen des Innenprofils und der Außenprofile mit korrespondierenden Ein- bzw. Ausbuchtungen versehen, sodass das radial formschlüssig in die Hohlprofile eingeführte Innenprofil unter Inkaufnahme einer temporären, elastischen Verformung während des Einschiebens bei Erreichen einer vorgegebenen Endposition mit den Hohlprofilen verrastet, sodass sich eine axiale Fixierung ergibt. Gemäß einer speziellen Ausführungsform des bekannten Verfahrens werden die Fügeflächen vor dem Einschieben mit einem dünnflüssigen Klebstoff bestrichen, der einerseits beim Einschieben als Schmiermittel wirkt und der andererseits nach der formschlüssigen Fixierung aushärtet und eine zusätzliche, stoffschlüssige Verbindung zwischen den Fügeflächen von Innen- und Hohlprofilen ausbildet.
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Dieses Verfahren ist aufgrund der unvermeidbaren Toleranzen bei der Fertigung der Profile nachteilig. Bei engen Spaltbreiten besteht die Gefahr eines Abstreifens des Klebstoffs beim Einschieben des Innenprofils in das Hohlprofil; bei großen Spaltbreiten ist die Formschlussfixierung ggf. unzureichend und es besteht zudem die Gefahr, dass der Klebstoff beim Aushärten keinen zuverlässigen Stoffschluss zwischen den Fügeflächen schafft. Insgesamt ist also die Fügequalität stark von den Fertigungstoleranzen abhängig und daher nicht genau reproduzierbar.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Fügeverfahren zur Verfügung zu stellen, welches eine bessere Reproduzierbarkeit des Fügeergebnisses erlaubt. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Karosserieelement für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass
- - das Adhäsiv in Form eines thermisch expandierbaren Klebestreifens auf einer der Fügeflächen aufgeklebt wird,
- - die formschlüssige Verbindung mittels eines beide Fügeflächen und den Klebestreifen durchsetzenden Befestigungsmittels ausgebildet wird und
- - das Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung durch Erwärmen der Profile auf eine oberhalb der Expansionstemperatur des thermisch expandierbaren Klebestreifens liegenden Arbeitstemperatur erfolgt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Zunächst sieht die Erfindung vor, zur Vorbereitung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Fügeflächen wenigstens eine der Fügeflächen vor dem Ineinanderstecken der Profile mit wenigstens einem thermisch expandierbaren Klebestreifen zu versehen. Derartige Klebestreifen sind unter dem Begriff „Strukturklebebänder“ dem Fachmann bekannt und am Markt bspw. unter der Bezeichnung L-5001 von der Firma L&L Products of Europe SAS erhältlich. Ein derartiges Strukturklebeband weist einen flexiblen, bedarfsgerecht ablängbaren Körper mit einer klebefähigen Unterseite und im Übrigen inaktiven Oberflächen auf. Mit seiner klebefähigen Unterseite kann ein geeignet abgelängter Klebestreifen vor dem Ineinanderstecken der Profile auf eine der Fügeflächen aufgeklebt werden, sodass er nach dem Ineinanderstecken der Profile im Fügespalt zu liegen kommt. In einem späteren Verfahrensschritt wird der Fügebereich der Profile erhitzt, was zu einer thermischen Aktivierung des Klebstoffs führt. Dieser dehnt sich im Fügespalt stark aus und füllt diesen im Wesentlichen vollständig aus. Dabei entsteht eine den Fügespalt überbrückende, stoffschlüssige Verbindung zwischen den Fügeflächen. Der Fachmann wird verstehen, dass der Fügespalt hinreichend groß dimensioniert sein muss, um dem oder den Klebestreifen hinreichend Raum zu geben, sodass sie beim Ineinanderstecken der Profile nicht von den Profilkanten abgeschabt werden. Dieser Ansatz erleichtert die Herstellung der Profile, die mit großen Fertigungstoleranzen hergestellt werden können.
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Andererseits führen die großen Fügespalte dazu, dass die Stabilität des Zusammenbauteils vor der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung gering ist. Die Erfindung sieht daher zusätzlich vor, dass die Fügepartner nach dem Ineinanderstecken mit die Fügeflächen und den Klebestreifen durchsetzenden Befestigungsmitteln formschlüssig miteinander verbunden werden. Anders als beim Stand der Technik bedarf es hierzu keiner besonderen und fertigungstechnisch aufwendigen Formgebung der Profile. Vielmehr können herkömmliche, keinen axialen Formschluss gewährleistende Profile verwendet werden. Der Formschluss wird vielmehr nachträglich, d. h. nach dem Ineinanderstecken der Profile, mittels der die Fügeflächen durchsetzenden Befestigungsmittel erreicht.
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Auf diese Weise kann bei einfacher Formgebung der Profile eine temporäre Stabilität durch Formschluss erzielt werden, die die Fügepartner bis zur endgültigen Ausbildung der letztendlich als Primärverbindung dienenden, stoffschlüssigen Verbindung zueinander in der gewünschten Relativposition hält. Da die Primärverbindung durch Stoffschluss erfolgt und der verwendete, expandierbare Klebstoff jegliche Toleranzen der Fügespaltbreite kompensiert, ist die Verbindungsqualität in hohem Maße reproduzierbar, sodass bei vergleichsweise großen Fertigungstoleranzen vorgegebene Sicherheitsstandards zuverlässig erfüllt werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den Befestigungsmitteln um Hochgeschwindigkeits-Blindnieten. Alternativ können auch Nägel oder selbstschneidende Schrauben Verwendung finden. In jedem Fall ist es günstig, Befestigungsmittel zu wählen, die lediglich eine einseitige Zugänglichkeit benötigen, da das Profilinnere für Werkzeuge nicht oder höchstens sehr schlecht zugänglich ist. Auch ist es günstig, Befestigungsmittel zu verwenden, die sich selbst denjenigen Kanal schaffen, in dem sie die Fügeflächen durchsetzen. Denkbar ist selbstverständlich auch die Verwendung vorgelochter Profile. Dies ist jedoch im Hinblick auf die aufwendige Herstellung und kompliziertere Montage weniger vorteilhaft.
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Um insbesondere bei großen Fügespalten nicht nur eine Axialsicherung, sondern zusätzlich eine gute Radial- und Rotationssicherung zu erhalten, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Befestigungsmittel in unterschiedlichen, winklig zueinander stehenden Bereiche der Fügeflächen appliziert werden. Auf diesen kann durch reinen Formschluss eine sehr genaue Relativpositionierung der Profile beibehalten werden, bis die endgültige, stoffschlüssige Verbindung dauerhaft etabliert ist. Wie erwähnt, erfolgt die Aktivierung der thermisch expandierbaren Klebestreifen durch Erwärmung der Profile, insbesondere in ihrem Fügebereich. Dies erfolgt günstigerweise im Rahmen einer Oberflächenbehandlung die ohnehin mit einem hinreichenden Wärmeeintrag verbunden ist. Bspw. kann es sich hierbei um eine Oberflächenbehandlung nach dem Prinzip der elektrophoretischen Abscheidung, insbesondere um eine kathodische Tauchlackierung handeln. Insbesondere bei Zusammenbauteilen aus dem Kraftfahrzeug-Karosseriebau ist die Lackierung zum Zwecke des Korrosionsschutzes üblich. Speziell bei elektrophoretischer Lackierung ist ein Aushärten des Lacks unter Wärmezufuhr unerlässlich. Diese Wärmezufuhr kann zugleich zur Aktivierung des thermisch expandierbaren Klebestreifens und damit zur Etablierung der endgültigen Stoffschlussverbindung genutzt werden. Gerade im Hinblick auf eine solche, erst realtiv spät im Fertigungsprozess stattfindende Verklebung der Fügepartner ist deren vorläufige Formschlussverbindung, wie sie die vorliegende Erfindung ermöglicht, von großer Bedeutung.
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Bei dem Innenprofil kann es sich um einen das Hohlprofil versteifenden Einsatz handeln. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass es sich bei dem Hohlprofil um einen sogenannte Verbindungsknoten zur Verbindung zweier Hohlprofile handelt. Mit anderen Worten ist bei einer solchen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass unterschiedliche Axialabschnitte desselben Innenprofils in unterschiedlichen Hohlprofilen fixiert werden. Die Fixierung in jedem der Hohlprofile erfolgt dabei in der oben geschilderten Weise, d. h. durch Aufbringung von thermisch expandierbaren Klebestreifen auf den Fügeflächen, die Etablierung einer vorläufigen, formschlüssigen Verbindung mittels die Fügeflächen durchsetzender Befestigungsmittel und schließlich die thermische Aktivierung des Klebstoffs zu dessen Expansion und zur Schaffung einer den Fügespalt ausfüllenden Stoffschlussverbindung.
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Ein auf diese Weise miteinander verbundene Hohlprofile aufweisendes Karosserieelement für ein Kraftfahrzeug ist eigenständiger Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zweier erfindungsgemäß zu verbindender Profile,
- 2 die Profile von 1 mit auf dem Innenprofil aufgebrachten Stru kturklebestreifen,
- 3 die ineinander gesteckten Profile von 2,
- 4 die formschlüssig miteinander verbundenen Profile von 3,
- 5 die zusätzlich stoffschlüssig miteinander verbundenen Profile von 4,
- 6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Karosserieelementes.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt im schematischen Querschnitt ein Hohlprofil 10, in dem ein Innenprofil 12 fixiert werden soll. Bei dem Innenprofil 12 kann es sich um ein reines Verstärkungselement für das Hohlprofil 10 handeln. Ebenso ist es möglich, dass das Innenprofil 12 ein Verbindungsknoten ist, mit welchem zwei Hohlprofile 10 axial verbunden werden sollen.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine der beabsichtigten Fügeflächen mit einem thermisch expandierbaren Klebestreifen 14, insbesondere einem sogenannten Strukturklebeband, beklebt. Bei der Ausführungsform von 2 handelt es sich bei der beklebten Fügefläche um die Außenfläche des Innenprofils 12. Selbstverständlich ist es auch möglich, statt der Außenfläche des Innenprofils 12 die Innenfläche des Hohlprofils 10 mit Klebestreifen 14 zu versehen. Ebenso ist es möglich beide Fügeflächen mit Klebestreifen 14 zu versehen, wobei die Klebestreifen 14 dann in unterschiedlichen Flächenbereichen angebracht werden sollten.
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Wie in 3 erkennbar, werden in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die Profile 10, 12 ineinander geschoben, wobei ein Fügespalt 16 je nach Fertigungstoleranz der Profile eine unterschiedliche Breite einnehmen kann. Bevorzugt ist, dass das mit den Strukturklebestreifen 14 versehene Innenprofil 12 im Wesentlichen radial formschlüssig in das Hohlprofil 10 eingeschoben wird. Der Fügespalt 16 sollte hierzu ausreichend groß sein, um ein Abschälen der Klebestreifen 14 beim Einstecken zu vermeiden. Eine größere Gestaltung des Fügespaltes 16, wie in 3 übertrieben dargestellt, ist jedoch unschädlich.
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Um eine vorläufige Fixierung der Profile 10, 12 zu erreichen, wird, wie in 4 dargestellt, in einem nächsten Verfahrensschritt eine axial formschlüssige Verbindung zwischen den Profilen 10, 12 hergestellt. Hierzu werden einseitig zugängliche, die Fügeflächen sowie den Klebestreifen 14 durchsetzende Befestigungsmittel 18, bspw. (Hochgeschwindigkeits-) Blindnieten, Nägel, Schrauben, etc. verwendet. Die Fixierung der Profile 10, 12 ist dadurch so stabil, dass nachfolgende Verarbeitungsprozesse, die keine übermäßige mechanisch Belastung mit sich bringen, bspw. eine kathodische Tauchlackierung, ohne Änderung der Relativposition der Profile 10, 12 durchgeführt werden können.
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Wenigstens einer der nachfolgenden Bearbeitungsschritte hat eine Erwärmung des Fügebereichs der Profile 10, 12 zu beinhalten. Günstigerweise kann dies im Rahmen der kathodischen Tauchlackierung erfolgen. Durch den Wärmeeintrag wird der thermisch expandierbare Klebestreifen 14 aktiviert. Er entfaltet Klebekraft und dehnt sich dabei soweit aus, dass er den gesamten Fügespalt 16 ausfüllt. Hierdurch entsteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Profilen 10, 12, die die eigentlich tragende, primäre Verbindung darstellt.
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Aus Effizienzgründen bleiben die Befestigungsmittel 18 im Zusammenbauteil. Aus Stabilitätsgründen wäre dies jedoch nicht zwingend erforderlich.
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6 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Innenprofil 12 ein Verbindungselement ist, welches in der oben beschriebenen Weise mit zwei Hohlprofilen 10 zugleich verbunden wird um ein (unter anderem) aus Hohlprofilen 10 aufgebautes Karosserieelement 20 zu erhalten.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hohlprofil
- 12
- Innenprofil
- 14
- Klebestreifen
- 16
- Fügespalt
- 18
- Befestigungsmittel
- 20
- Karosserieelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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