DE19623463A1

DE19623463A1 - Verfahren zum Fügen von Werkstücken

Info

Publication number: DE19623463A1
Application number: DE1996123463
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenther Thurner; Johann Vodermeier
Original assignee: Magna BDW Technologies GmbH
Current assignee: Magna BDW Technologies GmbH
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1996-06-12
Publication date: 1997-12-18

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken und die nach diesem Verfahren hergestellten End- oder Zwischenprodukte.

Es gibt verschiedene Fertigungsverfahren zum Zusammenbringen oder Verbinden von Werkstücken oder Einzelteilen miteinander. Das Zusammenbauen oder Zusammensetzen ist ein wesentlicher Fertigungsvorgang. Nach dem Stand der Technik geschieht dies beim Schrauben, Verkeilen, Klemmen, Nieten, Schrumpfen usw. durch An- oder Einpressen der Einzelteile. Andere Methoden sind das Schweißen, Löten oder Kleben. Ferner kann durch Um formen, beispielsweise Bördeln, Falzen, Verlappen, Aufweiten usw. gefügt werden. Es ist auch das Fügen durch Umformen bekannt. Nach DIN 8593 gehören hierzu beispielsweise das Ein schmelzen, etwa von Elektroden in Glas oder das Aufdampfen.

In letzter Zeit hat sich das Fügen von der früheren Handarbeit in die Fließarbeit der Serien- und Massenfertigung entwickelt. Dabei besteht die Aufgabe, möglichst viele Teile mit äußerster Präzision in einer Arbeitsstufe so zusammenzufügen, daß die zusammengefügten Teile auch Sicherheitsbedingungen erfüllen. Dies gilt insbesondere in der Fertigung von Fahrzeugen, seien es Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuge. Selbstlenkbare Land fahrzeuge werden auf Unfallsicherheit ausgelegt, was an die Fügetechnik bei der Herstellung dieser Fahrzeuge besonders hohe Anforderungen stellt. Außerdem besteht die Aufgabe, Gewicht einzusparen, d. h. hochfeste Werkstoffe mit geringem Gewicht miteinander zu verbinden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung geschieht das Fügen grund sätzlich durch metallisches Druckgießen.

Hierfür werden das zu verbindende Teil oder die zu verbinden den Teile in eine Druckgußform eingelegt und mit dem in die Form eingespritzten Metall sowie durch das eingespritzte Metall miteinander verbunden.

Hierbei ist es vorteilhafterweise möglich, das zu verbindende Teil oder die zu verbindenden Teile nur teilweise in die Druckgußform einzulegen, um solche Teile, die keine Verbindung erfordern, aber einstückig mit den Teilen sind, die eine Ver bindung erfordern, in einer Teilungsebene der Form herausragen zu lassen.

Zweckmäßigerweise wird ein hochwertiges Druckgießverfahren, nämlich der Vakuumdruckguß verwendet.

Vor dem Fügen durch Druckgießen werden die zu verbindenden Teile in der Druckgußform in ihrer Funktionslage lagefixiert, beispielsweise dadurch, daß in der Form Stifte vorhanden sind, die in den Formraum so ragen, daß die einzulegenden Teile mit in den Teilen befindlichen Löchern auf die Stifte aufgesteckt und dadurch lagefixiert werden.

Um dem Erfordernis des Leichtbaus nachzukommen, wird als Druckgußmetall Leichtmetall verwendet. Das Leichtmetall kann eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung sein.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Fügen durch Druckgießen zu Verbundwerkstoffen im End- oder Halbfertigprodukt führt, deren Materialeigen schaften gemeinsam zur Wirkung kommen. Durch Wahl geeigneter Materialien sowohl im Bereich der zusammenzufügenden Teile aus metallischem Werkstoff als auch im Bereich des ebenfalls metallischen Druckgußmaterials lassen sich das Bruch- oder Dehnverhalten im gewünschten Sinne beeinflussen. So können Strangpreßprofile als zu fügende Teile mit besonders ausge wählten Leichtmetallegierungen in einem Druckgußvorgang mit einander so verbunden werden, daß das vergossene Teil bessere Materialeigenschaften aufweist, als wenn die Teile mit Brüc kenelementen beispielsweise nur verschraubt oder verschweißt oder verlötet werden, soweit sich diese herkömmlichen Füge techniken überhaupt verwenden lassen.

Diese Fügetechnik durch Druckgießen kann durch entsprechende Profilierung sowohl der zusammenzufügenden Teile als auch durch eine angepaßte Gestaltung der Druckgießform noch verbes sert werden.

Außerdem lassen sich komplizierte dreidimensionale Gebilde leicht und einfach in einem Arbeitsgang herstellen, da die zusammenzufügenden Teile in völlig verschiedenen Ebenen und auch verschiedenen Winkeln zueinander angeordnet werden können.

Die eingelegten Teile können beispielsweise Rahmen aus Strang preßprofilen oder Blechprofilen allgemeinster Art sein. Die mit derartigen Profilen zu verbindenden Teile sind zumeist Funktionsteile wie Befestigungselemente für weitere Teile, Lager, Halter oder ähnliches.

Vorteilhafterweise lassen sich nach dem Fügeverfahren der vor liegenden Erfindung fertige oder halbfertige Teile eines Fahr zeugaufbaus, insbesondere Teile von Kraftfahrzeugen wie bei spielsweise eine Tür, eine Motorhaube oder ein Kofferraum deckel herstellen.

Diese Teile werden in einem Arbeitsgang gemäß vorliegender Erfindung zu Halbfertigteilen gefügt, die beispielsweise den Rahmen für eine Fahrzeugtür, für eine Motorhaube oder für einen Kofferraumdeckel ergeben. Hierbei werden beispielsweise die für eine Pkw-Tür notwendigen Funktionsteile zusammen mit einem peripheren Rahmenprofil aus Blech oder aus Strangprofi len ganz oder teilweise in die Druckgußform eingelegt, ebenso wie die Funktionselemente wie beispielsweise Türscharniere, Fensterheber, Schlösser, Griffschalen bzw. deren Befestigungs elemente, und durch das erfindungsgemäße Druckgießverfahren als Fügeverfahren miteinander verbunden.

Hierbei kann zweckmäßigerweise der Anguß in die Mitte der freien Fläche eines Rahmenprofils für eine Tür verlegt werden. Dieser Anguß wird anschließend entfernt und die Tür in übli cher Weise außen mit einer Tiefzieh-Blechhaut und innen mit einer üblichen Verkleidung versehen, nachdem die übrigen Funktionsteile an die durch das Druckgießen zusammengefügten Teile aufgesetzt worden sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch dar gestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Explosionsdarstellung unten eine Formhälfte mit den darüber befindlichen Teilen, die in einer Druckgußform zusammenzufügen sind,

Fig. 2 schematisch eine geschlossene Form mit teilweise außerhalb der Form befindlichen Teilen,

Fig. 3 eine alle Teile umschließende Form und

Fig. 4 einen schematischen Schnitt entlang einer Schnittlinie IV-IV in Fig. 3.

Das zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das Fügen von Einzelteilen einer Kraftfahrzeugtür mittels Druckgießen. Hierbei kann gemäß Fig. 1 und 2 eine halb fertige Tür teilweise in eine Form oder eine Tür vollständig in eine Druckgußform eingelegt sein.

Unten ist in Fig. 1 eine Hälfte (12) einer Druckgußform (10) schematisch eingezeichnet, die eine entsprechende Form mit Er hebungen (18) und Fixierstiften (16) für die Herstellung eines dreidimensionalen Rahmens (14) für eine Fahrzeugtür aufweist. Auf die Erhebungen (18) und in deren Ausbuchtungen (20) werden Teile der Tür wie Scharniere (22), Schloßteile (24) und Griff mulden (26) eingelegt. Ferner lassen sich untere Rahmenprofile (28) und obere Fensterrahmen (30) in die Formhälfte (12) ein legen. Die Teile weisen Öffnungen (32) passend zu den Stiften (16) auf. In dieser Weise lassen sich auch größere Funktions teile wie ein Fensterheber (34) zumindest in seinen unbeweg lichen Grundelementen einfügen, wobei die Einsetzstellen für das spätere Einsetzen von beweglichen Teilen vorbereitet sind.

In Fig. 2 ist schematisch und perspektivisch eine mit den eingelegten Teilen geschlossene Form (10) mit einer zweiten Formhälfte (40) und einer Teilungsebene (38) dargestellt, aus der ein oberer Fensterrahmen (30) herausragt, der in diesem Beispiel nicht mit Fügematerial ummantelt wird. Die Anfüge stelle (42) zur Befestigung dieses Rahmens (30) befindet sich jedoch innerhalb der Form (10), falls dieser Rahmen (30) anzu fügen und nicht einstückig mit dem unteren Rahmen (28) ist.

Der Anguß erfolgt in der bekannten Vakuumtechnik, bei der die Form vor dem Einspritzen des Gießmaterials evakuiert wird, über eine Leitung (44), die zweckmäßigerweise so angeordnet ist, daß sich das Gießmaterial etwa in der Mitte vom freien Raum (46) innerhalb des Türgebildes verteilen kann.

In Fig. 3 ist schematisch das Beispiel dargestellt, bei dem die gesamte Tür in die Form (10) eingelegt wird, so daß auch das obere Rahmenprofil (30) mit Gießmaterial ummantelt werden kann, um dessen Fertigkeit zu erhöhen. In der dazugehörigen schematischen Schnittzeichnung gemäß Fig. 4 sind die aufge legten und mit Stiften (16) fixierten Rahmenprofile erkennbar, die beidseitig während des Druckgießens mit Gießmaterial (48) ummantelt werden.

Das aus der Form (10) entnommene Teil kann in üblicher Weise weiterverarbeitet werden. Es können alle weiteren Funktions- und Verkleidungsteile an den beim Druckgießen vorbereiteten Stellen hinzumontiert werden. So kann eine übliche Außenhaut aus Blech um die Kanten (50) beispielsweise umgebördelt und eine Innenverkleidung aufgebracht werden.

Bei den nach der vorliegenden Erfindung herstellbaren Verbund werkstücken aus verschiedenen Materialien, beispielsweise dem zuvor beschriebenen Rahmen für eine Pkw-Tür, können die Sicherheitsbedingungen für einen Crash auch dadurch verbessert werden, daß selbst das lediglich als Verbundmaterial verwen dete Aluminium oder Magnesium keine Splitterwirkung im Crash fall entfaltet. Das Leichtmetallmaterial haftet den dehnbaren Metallflächen an und hat selbst ein hohes Dehnverhalten. Bei entsprechenden Legierungen kann für das Leichtmetall mit hohem Magnesiumanteil eine Bruchdehnung bis zu 20% vorgegeben werden.

In der folgenden Tabelle sind diejenigen Metallegierungen mit ihren normalen Eigenschaften aufgeführt, die sich für die An wendung gemäß der vorliegenden Erfindung eignen oder modifi zieren lassen:

Tabelle

Claims

1. Verfahren zum Fügen von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verbindende Teil oder die zu verbindenden Teile metallisch sind und in eine Druckgußform eingelegt und mit dem in die Form eingespritzten Metall und/oder durch das eingespritzte Metall miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verbindende Teil oder die zu verbindenden Teile (22, 24, 26, 28, 30) nur teilweise in die Druckguß form (10) eingelegt werden und teilweise in einer Teilungsebene (30) der Form (10) aus der Form (10) herausragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgießen unter Vakuum erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Teile (22, 24, 26, 28, 30) in der Druckgußform (10) in ihrer Funktionslage lagefixiert eingelegt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagefixierung durch Stift (16) und Loch (32) er folgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Metall Leichtmetall ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetall eine Aluminiumlegierung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Aluminiumlegierung AlSi9Cu3 mit 9% Si und 3% Cu als wesentliche Legierungsanteile handelt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Aluminiumlegierung AlSi10Mg mit 10% Si und 0,4% Mg als wesentliche Legierungsanteile handelt.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetall eine Magnesiumlegierung ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Magnesiumlegierung MgAl3Zn1 mit 9% Al und 0,7% Zn als wesentliche Legierungsanteile handelt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Magnesiumlegierung MgAl5MnO mit 5% Al und 0,2% Mn als wesentliche Legierungsanteile handelt.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingelegten Teile aussteifende Blechprofile (28, 30) sind.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingelegten Teile Funktionsteile wie Befesti gungselemente für weitere Teile, Lager, Halter oder ähn liches sind.

15. Nach dem Verfahren der vorausgehenden Ansprüche herge stellte fertige oder halbfertige Teile eines Fahrzeug aufbaus, insbesondere eines Kraftfahrzeugaufbaus, bei spielsweise eines Türrahmens, eines Rahmens für eine Motorhaube oder eines Rahmens für einen Kofferraumdeckel.

16. Fahrzeugtür, insbesondere Pkw-Tür nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckgußform (10) periphere Rahmenprofile (28, 30) aus Blech oder Strangprofile ganz oder teilweise ein gelegt sind und Funktionselemente wie Türscharniere (22), Fensterheber (34), Schlösser (24), Griffschalen (26) usw. bzw. deren Befestigungselemente zugleich eingegossen und damit mit den Rahmenprofilen (28, 30) verbunden sind.

17. Fahrzeugtür nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Anguß innerhalb der freien Fläche zwischen den Rahmenprofilen (46) erfolgt.