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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Fixieren eines Fahrzeugbauteils aus Blech an einer Grundstruktur eines Fahrzeugs.
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Aktuelle Fahrzeug-Karosseriekonzepte weisen zunehmend Hybridschnittstellen auf, an denen Stahlwerkstoffe und Aluminiumwerkstoffe aufeinandertreffen. Ein Beispiel für eine solche Schnittstelle ist der umlaufende Flansch an den Türeinstiegen. Aus Gewichtsgründen wird für die Beplankung Seitenwand zunehmend Aluminium verwendet. Die Fahrzeugstruktur dagegen, d.h. das Seitenwand Integral, insbesondere die Seitenwand Innen (bzw. die B-Säule und die A-Säule), wird häufig weiter aus Stahlbauteilen gefertigt. Eine gebräuchliche Fügetechnologie in der Fahrzeug-Karosserietechnik für Hybridmaterialverbindungen insbesondere bei neuen Fahrzeugmodellen, bevorzugt bei Schnittstellen zwischen einer Stahl-Struktur und einem Aluminiumblech, ist das Widerstandselementschweißen (WES). Beispielsweise im Bereich einer Seitenwand erfolgt typischerweise eine Fixierung der Beplankung Seitenwand (bevorzugt aus Aluminiumblech) auf die Stahl-Struktur mit Widerstandsschweißelementen. In einer Voroperation wird dabei ein Stahl-Widerstandsschweißelement in die Beplankung Seitenwand gestanzt und in einem Folgeschritt mit der Stahl-Fahrzeugstruktur mithilfe von Schweißpunktzangen verschweißt. Mit dem Widerstandsschweißelementschweißverfahren lassen sich Stahl-Aluminium-Fügeverbindungen herstellen, die schwierig mechanisch fügbar sind. Das Verfahren bietet zudem den Vorteil, Stahlbauteile (z.B. Beplankung Seitenwand) unter Beibehaltung der Produktionslinien durch Aluminiumbauteile ersetzen zu können und einen Gewichtsvorteil zu erhalten. Dabei ist es unerheblich, wie die Fügefolge an der Seitenwand gestaltet ist (Aufbaureihenfolge „nachgelegte Beplankung Seitenwand“ oder „Seitenwand außen“), oder Ähnliches.
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Widerstandsschweißelementschweißen ist generell im Stand der Technik bekannt. Die
DE 10 2012 013 589 A1 betrifft hierzu ein selbststanzendes Fügeelement für das Widerstandsschweißelementschweißen zum Verbinden von mehr als zwei aus einem Flachmaterial gebildeten Bauteilen, mit einem Kopf und einem daran angeformten Schaft, wobei der Schaft an der Stirnseite seines vom Kopf wegweisenden axialen Endes mit einer Spitze oder einem Buckel ausgebildet ist, wobei der Schaft als in axialer Richtung stauchbarer Schaft ausgebildet ist, wozu die Spitze oder der Buckel an der axialen Stirnseite des Schafts von einer Kreisringfläche umgeben ist, die einerseits während des Stanzvorgangs als Schneidfläche und andererseits während des Stauchvorgangs als Kraftangriffsfläche zum Aufbringen einer in axialer Richtung wirkenden Stauchkraft dient.
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Als Hauptfügetechnik zur Anbindung der Beplankung Seitenwand wird bei verschiedenen Fahrzeugmodellen im Bereich des Türeinstiegsflanschs das Falzkleben eingesetzt. Dabei wird die Beplankung Seitenwand zur Befestigung um die Stahlstruktur (Seitenwand Integral und Seitenwand Innen) umlaufend am Türeinstieg um ca. 180° umgefalzt (Roll- oder Backenfalzen). Im Falzflansch und zwischen den Fügepartnern kann zum Steigern der Bauteilfestigkeit zudem Rohbaustruktur-Klebstoff eingesetzt werden. Die Falztechnik allein genügt dabei nicht aus, um bis zum Erreichen der Klebstoff-Endfestigkeit in einem Trockner die Maßhaltigkeit der Seitenwand(-Beplankung) sicherzustellen. Durch Wärmedehnungsunterschiede zwischen Stahl- und Aluminiumbauteilen kann es zu Verschiebungen während des Trocknungsvorgangs kommen. Um dies auszuschließen, sind Klebefalzverbindungen zusätzlich durch Fixierstellen miteinander zu verbinden. Dafür wird an den Fixierstellen der im Türausschnitt umlaufende, um 180° umgebogene, Klebefalz unterbrochen. Es findet sich ein Stehfalz vor. Im Bereich der Stehfalze wird als Fixiertechnologie das Widerstandsschweißelementschweißverfahren eingesetzt. Das in die Beplankung Seitenwand eingebrachte Widerstandsschweißelement wird mittels Widerstandsschweißelementschweißen mit der Seitenwand-Struktur verschweißt. Dabei bildet sich eine Schweißlinse zwischen dem Widerstandsschweißelement und einem oder mehreren Stahlbauteilen aus. Es hat sich gezeigt, dass diese technische Lösung Nachteile mit sich bringt:
- - Die Widerstandsschweißelemente besitzen an ihrer Kopfseite eine Aufbauhöhe von ca. 1 mm. Dies führt zu Problemen bei der Applikation des Kantenschutzes. Zudem sind durch die Widerstandsschweißelemente verursachte Überhöhungen unter dem Kantenschutz sichtbar und stellen daher eine visuelle Beeinträchtigung dar. Durch Faltenwurf und nicht-ideale Passung des Kantenschutzes besteht zudem die Möglichkeit, Undichtigkeit hervorzurufen.
- - Die in die Beplankung Seitenwand eingestanzten Elemente durchdringen verfahrensbedingt die Beplankung und können daher undicht sein. Wasser kann unter den Elementkopf entlang des Elementschafts eindringen und in die nicht ausreichend konservierte Aluminium-Stahl-Fügeebene gelangen und dort Korrosion verursachen. Der Kantenschutz stellt im Bereich des Widerstandsschweißelementkopfes einen Nassraum dar. Das Risiko von Wassereintritt steigt mit zunehmender Verkippung (Schiefstellung) der Widerstandsschweißelemente.
- - Das Element selbst kann u.a. bei Beschädigung der Korrosionsschutzschicht durch mechanische oder thermische Einwirkung beim Stanz- bzw. Schweißprozess Korrosion verursachen. In einem sich ggf. ergebenden Spalt unter der Elementkopfauflage kann Spaltkorrosion entstehen.
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Aus o.g. Gründen ist der Einsatz des Widerstandselementschweißverfahrens zur Fixierung der Beplankung Seitenwand aus Richtung der Fahrzeugaußenseite zu vermeiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das dauerhafte Fixieren eines Fahrzeugbauteils aus Blech an einer Grundstruktur eines Fahrzeugs zu verbessern.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Fixieren eines Fahrzeugbauteils aus Blech an einer Grundstruktur eines Fahrzeugs, wobei ein Widerstandsschweißelement in einen Flansch des Blechs eingepresst wird, und anschließend der Flansch des Blechs um die Grundstruktur gefalzt wird, sodass das Widerstandsschweißelement an einer zum Fahrzeuginnenraum weisenden Seite des umgefalzten Flansches des Blechs liegt, und wobei das Widerstandsschweißelement mit der Grundstruktur durch Punktschweißen vom Fahrzeuginnenraum her verschweißt wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Fixieren eines Fahrzeugbauteils aus Blech an einer Grundstruktur eines Fahrzeugs, wobei ein Flansch des Blechs um die Grundstruktur gefalzt wird, und anschließend ein Widerstandsschweißelement in den Flansch des Blechs von einem Fahrzeuginnenraum her eingepresst wird, und wobei das Widerstandsschweißelement mit der Grundstruktur durch Punktschweißen vom Fahrzeuginnenraum her verschweißt wird.
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Die Beplankung aus Blech inkl. aller zuvor eingestanzten Widerstandsschweißelemente wird um die Grundstruktur gefalzt und von der Fahrzeug-Innenseite (Trockenbereich) verschweißt. Damit entfällt die Korrosions-/Dichtheitsproblematik und es kann auf sekundäre Korrosionsschutzmaßnahmen verzichtet werden.
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Es werden somit zwei Verfahrensabläufe vorgeschlagen. Es wird zwischen dem einstufigen (erst Blech Falzen dann Widerstandsschweißelement in das Blech Einpressen) und dem zweistufigen (erst Widerstandsschweißelement in das Blech Einpressen dann Blech Falzen) unterschieden.
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Die Widerstandsschweißelemente werden an der durch Falzen entstehenden Flansch-Rückseite des Blechs von der Fahrzeuginnenseite her bevorzugt durch Kombination des Widerstandselementschweißens mit dem verdeckten Widerstandspunktschweißen mit der Grundstruktur verschweißt.
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Im Unterschied zum Stand der Technik wie eingangs erläutert wird der umlaufende Klebefalzflansch an den Fixierstellen nicht ausgespart und durch einen Stehfalz dargestellt, sondern der Falz ist auch im Bereich der Fixierstellen um einen Winkel von bevorzugt ca. 180° umgefalzt, inklusive der zuvor in die Beplankung Seitenwand aus Blech eingebrachten Widerstandsschweißelemente. Beim Rollenfalzen kann der Rollenüberlauf über die Widerstandsschweißelemente ggf. durch Zurücksetzen des Falzwerkzeugs unterbrochen werden. Die Widerstandsschweißelemente befinden sich nun im Fahrzeuginneren im Trockenraum und erfahren dadurch keine Korrosionsbelastung. Zudem dringt aus Richtung des Trockenraums (Fahrzeuginnenseite) keine Feuchtigkeit durch das Widerstandsschweißelement in den Aluminium-Stahl-Fügeflansch.
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Im nächsten Schritt wird das Widerstandsschweißelement von der Fahrzeuginnenseite her mithilfe von Punktschweißen mit der Grundstruktur verschweißt. Dabei kommt eine neue Verfahrensvariante zum Einsatz: Die Kombination des Widerstandselementschweißens (WES) mit dem bereits in Serie eingesetzten verdeckten Punktschweißen (VWPS), bei dem eine Schweißelektrode an das Aluminiumbauteil angrenzt (in diesem Fall Beplankung Seitenwand), die andere Elektrode an ein Stahl-Bauteil. In diesem Fall handelt es sich bei dem Stahl-Bauteil um das Widerstandsschweißelement. Das Verfahren kann als verdecktes Widerstandselementschweißen (VWES) bezeichnet werden. Durch den Schweißstrom wird lediglich das Widerstandselement mit der Stahl-Struktur verschweißt. Die Aluminium-Beplankung ist an der Fahrzeugaußenseite nicht stoffschlüssig verbunden. Durch dieses neue Verfahren wird die für den Fabrikdurchlauf erforderliche Fixierung der Beplankung Seitenwand über Widerstandselemente prozesssicher gewährleistet.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung, dass die Korrosions-/Dichtheitsproblematik entfällt, und sekundäre Korrosionsschutz-/Dichtmaßnahmen eingespart werden können. Das Blech, insbesondere in der Funktion der Beplankung Seitenwand, ist somit aus Aluminium herstellbar. Dies bietet Gewichtsvorteile für das Fahrzeug. Außerdem wird eine verbesserte Maßhaltigkeit erreicht, sowie eine verbesserte bessere Präzision im Bereich Exterieur durch eine prozesssichere Bauteilfixierung. In der Funktion der Beplankung Seitenwand des Blechs kann außerdem eine verbesserte visuelle Erscheinung des Türeinstiegsbereichs erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden mehrere Widerstandsschweißelemente je Flansch verwendet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Blech im Bereich seines Flansches um 180° um die Grundstruktur gefalzt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Blech um die Grundstruktur durch Rollenfalzen gefalzt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Rollenüberlauf über ein Widerstandsschweißelement durch Zurücksetzen eines Falzwerkzeugs zum Rollenfalzen unterbrochen, sodass sich das Widerstandsschweißelement im Fahrzeuginneren befindet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Widerstandsschweißelement mit der Grundstruktur durch Kombination eines Widerstandselementschweißens mit einem verdeckten Widerstandspunktschweißen von der Fahrzeuginnenseite her verschweißt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Blech ein Aluminiumblech.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Blech eine Beplankung Seitenwand.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Grundstruktur eine Stahlstruktur.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Widerstandsschweißelement in das Blech eingestanzt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: Eine geschweißte Hybridschnittstelle gemäß dem Stand der Technik.
- 2: Ein geschweißte Hybridschnittstelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3: Die Hybridschnittstelle der 2 mit Schweißelektroden.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Hybridschnittstelle zwischen einem Blech 1 aus Aluminium und einer Grundstruktur 3, welche das Seitenwand Integral und rechts daneben die Seitenwand-Innen umfasst. Diese Bauelemente sind jeweils im Schnitt gezeichnet, wobei die Blickrichtung auf die Skizze der 1 so ausgerichtet ist, dass links des Blechs 1 die Fahrzeug-Außenseite, rechts der Grundstruktur 3 der Fahrzeuginnenraum ist. Ein Widerstandsschweißelement 5 wird dabei von der linken Seite, d. h. von der Fahrzeugaußenseite her in das Blech 1 eingestanzt und von der Fahrzeugaußenseite her verschweißt, wodurch sich eine Schweißlinse L bildet. Wegen Problemen mit dem erforderlichen Kantenschutz durch Überhöhung des Widerstandsschweißelements 5, einer möglichen undichten Verwendung und dem damit möglichen Eindringen von Wasser sowie einer Korrosionsneigung ist diese Ausführung jedoch zu vermeiden.
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2 zeigt im Unterschied zur 1 das Verschweißen des Widerstandsschweißelements 5 von einer Innenraumseite des Fahrzeugs her, da wiederum ähnlich zu 1 die linke Bildhälfte zur Außenseite des Fahrzeugs weist, die rechte Bildhälfte hin zum Innenraum des Fahrzeugs. Das Aluminiumblech 1 wird dazu an seinem einen Flansch bildenden Ende um die Stahl-Grundstruktur 3 gefalzt. Zum dauerhaften Fixieren des Fahrzeugbauteils aus Blech 1 an die Grundstruktur 3 des Fahrzeugs wird ein Widerstandsschweißelement 5 in den Flansch des Blechs 1 eingepresst, und anschließend der Flansch des Blechs 1 um 180° um die Grundstruktur 3 gefalzt, sodass das Widerstandsschweißelement 5 an einer zum Fahrzeuginnenraum weisenden Seite des umgefalzten Flansches des Blechs 1 liegt. Das Widerstandsschweißelement 5 wird dann mit der Grundstruktur 3 durch Punktschweißen vom Fahrzeuginnenraum her verschweißt.
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3 zeigt den Vorgang des Punktschweißens an der Stahlstruktur. Dabei kommt eine im Vergleich zur Beschreibung der 1 neue Verfahrensvariante zum Einsatz: Die Kombination des Widerstandselementschweißens (WES) mit dem bereits in Serie eingesetzten verdeckten Punktschweißen (VWPS), bei dem eine Schweißelektrode E an das Blech-Aluminiumbauteil 1 angrenzt (in diesem Fall Beplankung Seitenwand), die andere Schweißelektrode E an ein Stahl-Bauteil. In diesem Fall handelt es sich bei dem Stahl-Bauteil um das Widerstandsschweißelement 5 selbst. Das Verfahren kann als verdecktes Widerstandselementschweißen (VWES) bezeichnet werden. Durch den Schweißstrom wird lediglich das Widerstandsschweißelement 5 mit der Fahrzeug-Stahl-Struktur verschweißt. Die Aluminium-Beplankung 1 ist mit der Fahrzeugaußenseite nicht stoffschlüssig verbunden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012013589 A1 [0003]
