DE19508632A1 - Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteiles mit einem zweiten Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteiles mit einem zweiten, flächigen Bauteil, insbesondere zum Verbinden eines Befestigungselementes, beispielsweise einer Mutter, mit einem Blechformteil.

Bauteilverbindungen als solche sowie Verfahren zu deren Herstellung sind in allen Bereichen der Technik in mannigfaltigen Variationen bekannt. Im Automobilbau beispielsweise stellt sich häufig die Aufgabe, an Blechformteilen Befestigungselemente (z. B. Muttern) anzubringen, um so angrenzende bzw. anliegende Konstruktionselemente montieren zu können. Die Formgebung der Blechformteile erfolgt dabei in bekannter Weise durch Tiefziehen mittels Tiefziehpressen (DE 37 44 177 C2), durch Anwendung des Innenhochdruckumformens (DE 40 17 072 A1) bzw. auch durch Kombination dieser beiden Herstellungsverfahren (DE 42 32 161 A1). Eine der wiederum vielfältigen Möglichkeiten, das zweite Bauteil, also beispielsweise ein Befestigungselement, an dem ersten Bauteil zu befestigen, ergibt sich unter Anwendung der Stanz- oder Schweißtechnik. Beides sind gerade im Automobilbau gängige Methoden, um Muttern an Blechformteile anbringen zu können.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsprozeß solcher Bauteilverbindungen zu optimieren.

Dies gelingt erfindungsgemäß unter Anwendung eines Verfahrens nach Patentanspruch 1.

Nach der Erfindung wird also der unter Zuhilfenahme des Druckmediums vonstatten gehende Umformvorgang eines ersten Bauteiles unmittelbar dazu genutzt, eine den Anforderungen entsprechende Verbindung (Kraftschluß- bzw. Formschlußverbindung) mit einem zweiten Bauteil herzustellen, so daß letztlich zwei bisher getrennt und nacheinander vonstatten gehende Arbeitsabläufe zu einem einzigen Arbeitsschritt zusammengefaßt werden können. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Ein zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneter Werkzeug-/Bauteilverbund ist in Patentanspruch 6 angegeben.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles nachstehend be­ schrieben und in der zugehörigen Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen die Schnittdarstellungen gemäß der Fig. 1-4 die einzelnen Stufen des Ver­ bindungsverfahrens. Gemäß der Darstellung nach Fig. 5 wird während des Umformens bzw. Verbindens des weiteren im ersten Bauteil auch noch ein Durchbruch erzeugt.

In den jeweils ausschnittsweisen Darstellungen kommt das im Stand der Technik hinlänglich bekannte Innenhochdruck-Umformverfahren zur Anwendung, so daß ein mit Bezugsziffer 1 gekennzeichnetes, entsprechend geeignete Werkstoffeigenschaften aufweisendes Blechformteil eine rohrförmige Ausgangsgestalt hat, dessen Innenraum mit einer unter hohen Druck Pi setzbaren Hydraulikflüssigkeit füllbar ist. Selbstverständlich könnte das Blechformteil 1 auch aus randseitig geschweißten, einen Hohlraum zwischen sich einschließenden Platinen gebildet oder auch eine mittels der Hydraulikflüssigkeit lediglich tiefzuziehende einzelne Platine sein.

Als mit dem Blechformteil 1 zu verbindendes zweites Bauteil ist eine Mutter 2 gezeigt, welche auf einen Gewindezapfen 3 eines als Montagehilfsmittel dienenden Dornes 4 aufgeschraubt ist. Der Gewindezapfen 3 weist dabei eine der Höhe der Mutter 2 entsprechende Länge auf. Die aus Dorn 4 und Mutter 2 gebildete Einheit ist in eine Öffnung 5 eines Werkzeuges 6 axialbeweglich eingesetzt und schließt dabei annähernd bündig mit der Werkzeugwandung 7 ab. Dies ist allerdings nicht zwingend, so daß, wie die rechte Schnitthälfte der Fig. 1 zeigt, die Mutter 2 auch ohne weiteres etwas über die Werkzeugwandung 7 vorstehen kann.

In dem nun beginnenden Umformprozeß (Fig. 2) wird zunächst der Dorn 4 und mit ihm die sich an einer Schulterfläche 8 desselben abstützende Mutter 2 soweit auf das Blechformteil 1 zubewegt, bis die Schulterfläche 8 ein vorgegebenes Maß x über die Werkzeugwandung 7 hinaus nach innen ragt. Gleichzeitig (oder auch zeitlich unmittelbar danach) wird die Hydraulikflüssigkeit mit Druck beaufschlagt, so daß unter der Wirkung des Innendruckes Pi das Blechformteil 1 sich aufweitet und insoweit deformiert, daß es sich zum einen an die Werkzeugwandung 7 und zum anderen in gewissem Maße an die gerundete Außenkontur der Mutter 2 anlegt. Es versteht sich, daß in dieser Phase des Verfahrens der Dorn 4 durch eine entsprechende Gegenkraft soweit gestützt ist, daß ein Zurückweichen auf­ grund des Innendruckes Pi nicht erfolgen kann.

Durch geeignete Formgebung (Hinterschnitt 9, gerundeter Konus 10) von Mutter 2 und Dorn 4 ist zu erreichen, daß das Blechformteil 1 die Mutter 2 weitgehend einfaßt, den hinterschnittenen Raum der Mutter 2 ausfüllt und somit für den notwendigen Formschluß gegen Auszugskräfte sorgt. Ein Formschluß gegen Belastung mit Drehmomenten kann durch eine Mehrkantform an der Mutter 2 erreicht werden.

Der weiteren Optimierung des Formschlusses dient der in Fig. 3 gezeigte Verfahrensschritt. Durch die Rückzugsbewegung (Pfeil) des Dornes 4 und damit auch der Mutter 2 ist erreichbar, daß vom Blechformteilwerkstoff noch nicht vollends ausgefüllte Bereiche 13 (vgl. Fig. 2) des Hinterschnittes 9 verpreßt (Verpressung -V-) werden.

In einem letzten Verfahrensschritt (Fig. 4), bei dem der Mediumdruck Pi be­ reits abgebaut ist, erfolgt die Trennung von Dorn 4 und Mutter 2 durch eine überlagerte Dreh- und damit Rückzugsbewegung (Pfeile) des Dornes 4, so daß nach einem Öffnen des Werkzeuges 6 die sonach formschlüssig verbundenen Bauteile (Blechformteil 1, Mutter 2) entnommen werden können.

Selbstverständlich könnten auch gleichzeitig mehrere Muttern 2 oder auch anderweitige Befestigungselemente oder sonstige Bauteile mit dem Blechformteil 1 während dessen Umformung verbunden werden. Es versteht sich, daß das Montagehilfsmittel - Dorn - dann eine entsprechende konstruktive Anpassung erfahren muß.

Weist der Gewindezapfen 14 des Dornes 4 eine gegenüber der Höhe der Mutter 17 geringere Höhe auf und weist des weiteren eine dem Blechform­ teilwerkstoff zugewandte Stirnseite 15 der Mutter 2 eine scharfkantige Aus­ nehmung 16 auf, wie beides in Fig. 5 gezeigt ist, so kann entsprechend der Vorgehensweise, wie sie beispielsweise in der Patentanmeldung DE 40 35 625 A1 beschrieben ist, vorzugsweise gleichzeitig mit dem vorbeschriebenen formschlüssigen Verbinden von Blechformteil 1 und Mutter 17 ein Durchbruch 19 im Blechformteil 1 erzeugt werden (bei sorgfältigem aufeinander Abstimmen von Blechformteil-Werkstoff, Schnittkantengeometrie, Druckführung Pi usw.), so daß die Mutter 17 später auch ohne weiteres über ihre Stirnseite 15 hinausragende Schraubenschäfte aufnehmen kann. Beim Einsetzen einer solchen Schraube wird dann gleichzeitig der in der scharfkantigen Ausnehmung 16 verbliebene Materialrest 18 des Blechformteiles 1 herausgedrückt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteiles mit einem zweiten, flächigen Bauteil, insbesondere zum Verbinden eines Befestigungselementes, beispielsweise einer Mutter, mit einem Blechformteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung bei gleichzeitiger (Innen-) Hochdruckumformung des zweiten Bauteiles (1) erfolgt, indem sich die Kontur des zweiten Bauteiles (1) an die Kontur des ersten Bauteiles (2, 17) anformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Bauteil (2, 17) ein Montagehilfsmittel (4) zugeordnet ist, wobei zwischen diesem und einem die Umformbewegung des zweiten Bauteiles (1) begrenzenden Werkzeug (6) während der Umformbewegung eine Relativbewegung stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Montagehilfsmittel (4) während der Umformbewegung des zweiten Bauteiles (1) innerhalb des Werkzeuges (6) beweglich geführt aus einer Werkzeugwandung (7) heraus sich auf das sich verformende zweite Bauteil (1) zubewegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Rückzugsbewegung des mit einem Übermaß x aus einer Werkzeugwandung (7) hervorstehenden ersten Bauteiles (2, 17) vom verformten zweiten Bauteil (1) noch nicht vollends ausgefüllte Bereiche (13) verpreßt (Verpressung V) werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Verbindens der beiden Bauteile (1, 2, 17) unter Ausnutzung des (Innen-)Hochdruckes im zweiten Bauteil (1) ein Durchbruch erzeugt wird.

6. Verbund aus Werkzeug und erstem Bauteil zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch einen mit einem Zapfen, vorzugsweise einem Gewindezapfen (3, 14), versehenen Dorn (4) und eine auf den Zapfen aufgesetzte Mutter (2, 17), deren dem zweiten Bauteil (1) zugewandte stirnseitige Übergangsfläche gerundet ist und wobei ein Hinterschnitt (9) der Mutter (2) in einen gerundeten Konus (10) des Dornes (4) übergeht.

7. Verbund nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Durchbruches (19) im zweiten Bauteil (1) der Gewindezapfen (14) des Dornes (4) eine gegenüber der Höhe der Mutter (17) geringere Höhe aufweist und daß weiterhin eine dem zweiten Bauteil (1) zugewandte Stirnseite (15) der Mutter (2) eine scharfkantige Ausnehmung (16) besitzt.