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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Falzverbindung zwischen einem
Außenblech
und einem Innenblech, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung. Stahlbleche
weisen eine wesentlich höhere
Bruchdehnung als beispielsweise Bleche aus Aluminiumlegierungen
auf. AlMg0,4Si1,2-Außenhautlegierungen für Kraftfahrzeuge
weisen z.B. Bruchdehnungen von etwa 22% auf. Stahlbleche können daher,
verglichen mit Blechen aus Aluminiumlegierungen, mit wesentlich
kleinerem Falzaußenradius
gefalzt werden. Typischerweise erzielbare Falzaußenradien bei Stahlblechen
liegen in der Größenordnung
des 1,45-fachen der Blechdicke.
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Durch
die bei Aluminiumlegierungen und anderen Legierungen vergleichbarer
Bruchdehnung herkömmlicherweise
auftretenden größeren Falzaußenradien
ergeben sich große
Bauteildicken sowie große
Rundungen an den Bauteilkanten. Dies führt bei dem Einsatz derartiger
Werkstoffe an der Kraftfahrzeug-Außenhaut zu optisch sehr breiten
Spalten bzw. Lichtkanten. Es ist jedoch wünschenswert, derartige Spalte
in der Außenhaut
möglichst
klein auszubilden.
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Es
ist beispielsweise bekannt (siehe beispielsweise Mnif Jamal, Untersuchungen über das Falzen
(180° Biegen)
von Aluminiumblechen. Abschlußbericht
zum Forschungsvorhaben EFB/AiF 8077 am Institut für Umformtechnik
der Universität Stuttgart,
1993; oder Wolff,N.P.: Interrelation between Part and Die Design
for Aluminium Auto Body Panels.SAE Paper No. 780 392, Detroit, 1978)),
daß bei
Aluminiumblechen der Legierung AlMg0,4Si1,2 einer Dicke von 1,25
mm zum Abkanten ein Mindestradius von 3,2 mm, d.h. etwa dem 2,5-fachen
der Blechdicke notwendig ist. Kleinere Abkantradien führen zu
starken Oberflächenaufrauhungen
und Rissen. Zum anschließenden
Falzen ist dann ein sogenannter "relieved
Flachfalz" mit einem
Außenradius von
etwa dem 1,75-fachen
der Blechdicke oder ein Tropfenfalz mit einem Außenradius von etwa dem 2,0-fachen
der Blechdicke notwendig. Derartige Falzungen weisen jedoch eine
relativ geringe Klemmkraft zwischen den aneinandergefalzten Teilen
auf, so daß zur
Gewährleistung
einer dauerhaft stabilen Verbindung zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind.
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Ein
Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen einem Außenblech,
welches insbesondere ein Aluminiumblech sein kann, und einem Innenblech
einer Kraftfahrzeugtür
ist aus der
DE 44 45
579 C1 bekannt. Dort wird ein später umzufaltender Randbereich
des Außenbleches
zunächst
gestreckt und auf eine geringere Wandstärke gebracht, bevor der Falzvorgang
eingeleitet wird. Dieses Verfahren wird als sehr aufwendig angesehen,
da vor dem eigentlichen Falzen eine eine sehr genaue Werkzeugführung erfordernde
Streckung des Bleches durchgeführt
werden muß.
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Aus
der
EP 0 525 759 A1 geht
eine Falzverbindung hervor, bei der ein Biegeabschnitt einen ersten,
sich an den ungebogenen Abschnitt anschließenden, einen Biegeradius aufweisenden
Teilabschnitt, einen sich an den ersten Teilabschnitt anschließenden zweiten
Teilabschnitt, welcher unter Begrenzung eines Freiraums mit der
Abschlusskante des Innenbleches zusammen mit dem ungebogenen Bereich
einen Winkel α einschließt, dessen
Scheitelpunkt in dem Bereich des ersten Teilabschnitts liegt, und
einen sich an den zweiten Teilabschnitt unmittelbar anschließenden dritten
Teilabschnitt, der parallel zu dem ungebogenen Bereich des Außenbleches verläuft und
an der Unterseite des Innenbleches anliegt, aufweist. Die Falzverbindung
wird durch eine rotierende Walze erzeugt, die an einem Roboterarm befestigt
ist und die Falzbewegung über
diesen ausführt.
Hierbei wird im Radiusbereich eine sehr scharfe Kante erzeugt, die
aufgrund von Verletzungsgefahr bei einer späteren Montage nachgearbeitet
werden muss. Des Weiteren wird beim Falzen dieser enge Radiusbereich
des umgebogenen Außenblechabschnittes
so stark beansprucht, dass dort die Bruchdehnung bei der Verwendung
von Aluminium oder einer Aluminium-Legierung zumindest stellenweise Überschritten
wird und Risse oder Materialaufrauungen entstehen.
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Die
DE 24 03 898 A1 zeigt
ein Verfahren zum Verbinden der Kanten von Platten, die zu einer
Falzverbindung führt,
bei der gemäß
2B ein weiterer Abschnitt vorgesehen ist,
welcher zwischen dem Teilabschnitt, der zusammen mit dem umgebogenen
Bereich einen Winkel einschließt,
dessen Scheitelpunkt in dem Bereich des ersten Teilabschnitts liegt,
und dem weiteren Teilabschnitt, welcher sich im wesentlichen parallel
zu dem ungebogenen Bereich des Außenbleches erstreckt, verläuft. Das
Innenblech wird mit einer Kante
16a ausgebildet. Der Kantenbereich
18a des
Außenbleches
18 wird
dann so gefaltet, daß die
umgebogene Kante
16a des inneren Bleches
16 durch
den gefalteten Kantenbereich
18a des äußeren Bleches eingeschlossen
ist. Dadurch wird eine formschlüssige
Falzverbindung zwischen den Blechen
16 und
18 erreicht.
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Aus
der
DE 196 20 196
A1 ist die Ausbildung eines Tropfenfalzes bei Blechen aus
einer Aluminumlegierung entnehmbar, bei dem der Radiusbereich auf
Seiten der Oberseite des Innenbleches liegt. Die Falzverbindung
ist zwar prozesssicher herstellbar, jedoch sind damit keine optisch
scharfen Kanten erzeugbar.
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Die
DE 41 16 834 A1 bezieht
sich auf eine Umbördelung
eines Türaußenwandungsrandabschittes,
wobei das Außenblech
den umbördelten
Rand des Innenbleches in U-Form innig umschließt. Der Rand des Innenbleches
ist mit geringerer Wandstärke
ausgebildet als der sich an die Umbördelung anschließende Blechabschnitt
des Innenbleches.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer Falzverbindung sowie eines
Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung, mit der auch bei
Verwendung von Blechen aus Aluminiumlegierungen oder Legierungen
vergleichbarer Bruchdehnung scharfkantige Falzaußenradien ohne die Gefahr von Materialaufrauhungen
und Rissen erzielbar sind.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Falzverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch
6. Erfindungsgemäß ist eine
Falzverbindung zur Verfügung
gestellt, welche auch bei Verwendung von Aluminiumlegierungen oder
Legierungen vergleichbarer Bruchdehnung die Ausbildung geschmeidiger
Bauteilkanten bzw. Falzkanten ohne Aufrauhungen und Risse gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Falzverbindung
ermöglicht
die Ausbildung einer schmalen Lichtkante, d.h. eines kleinen optischen
Spaltes, zwischen zwei mit der erfindungsgemäßen Falzverbindung ausgebildeten
Bauteilen. Durch den erfindungsgemäß herstellbaren kleineren Biegeradius
ist eine größere Klemmkraft
zur Fixierung eines Außenbleches
an einem Innenblech bereitstellbar. Die erfindungsgemäße Falzverbindung
ist beispielsweise bei Aluminiumblechen ohne die Notwendigkeit einer Nachbehandlung
herstellbar.
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Zweckmäßigerweise
ist der zweite Teilabschnitt des Biegeabschnitts im Wesentlichen
geradlinig verlaufend ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung
ist mit relativ einfach geformten, und daher preiswert herstellbaren
Werkzeugen realisierbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das Außenblech
aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus AlMg0,4Si1,2 oder
einer anderen naturharten Aluminiumlegierung, hergestellt. Derartige
Legierungen weisen ein geringes Gewicht auf und finden im Automobilbau
bevorzugt Anwendung.
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Zweckmäßigerweise
ist das Innenblech als gezogenes Blechteil, insbesondere aus einer
Stahl-, Magnesium- oder Aluminiumlegie rung, oder als Gußteil, insbesondere
als Magnesium- oder Aluminiumdruckgußteil, ausgeführt.
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Es
ist bevorzugt, daß das
Außenblech
eine Dicke von 1 bis 1,5 mm, insbesondere 1,25 mm, und das Innenblech
eine Dicke von 1,8 mm oder größer, insbesondere
von 2 mm oder größer, aufweist.
Derartige Blechstärken
finden im Automobilbau breite Verwendung, da sie bei relativ geringem
Gewicht eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen.
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Zweckmäßigerweise
entspricht der für
die Abkantung und das Vorfalzen gewählte Biegeradius des Außenbleches
etwa dem 2,5 bis 4-fachen, vorzugsweise dem 2,8 bis 3,4-fachen der
Dicke des Außenbleches.
Durch diese Maßnahme
wird die Biegebeanspruchung des für das Außenblech verwendeten Werkstoffes
reduziert bzw. relativ klein gehalten, so daß der Werkstoff anschließend in
besonders günstiger
Weise weiter umformbar oder falzbar ist bzw. weitere sogenannte
Umformreserven aufweist.
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Vorteilhafterweise
entspricht der Biegeradius nach der Reduzierung des Falzradius etwa
dem 1,3 bis 1,7-fachen, insbesondere dem 1,5-fachen der Dicke des
Außenbleches.
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Zweckmäßigerweise
werden die Verfahrensschritte Falzen des Außenbleches und Reduzierung des
Falzradius des Außenbleches
mittels eines im Wesentlichen winkelförmigen Falzwerkzeugs durchgeführt, dessen
den Teilabschnitt 4b des Biegeabschnitts 4 des
Außenbleches
beaufschlagender Bereich bezüglich
des ungebogenen Bereiches des Außenbleches unter dem Winkel
a verläuft.
Hierdurch ist die erfindungsgemäße Falzverbindung
in einfacher Weise herstellbar.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen
beschrieben. In dieser zeigt bzw. zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Werkzeuganordnung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zu Beginn des Vorfalzens des Außenbleches,
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2 a
bis d schematische Seitenansichten einer Werkzeuganordnung während des
Falzens und der Reduzierung des Biegeradius des Außenbleches,
wobei in 2d eine erste bevorzugte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Falzverbindung dargestellt
ist, und
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3 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Falzverbindung
in seitlicher Ansicht.
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In
den 1 bis 2d sind die
erfindungsgemäß aufeinanderfolgenden
Schritte zur Herstellung einer Falzverbindung, beispielsweise für die Tür eines
Kraftfahrzeugs, dargestellt.
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Ein
bereits abgekantetes Außenblech 1 mit einem
Abkantflansch bzw. Steg (im folgenden als Biegeabschnitt 4 bezeichnet)
und einem ungebogenen Abschnitt 3 liegt auf einer Auflageplatte 13 auf und
wird von einer Gegenhalteplatte 14 festgehalten. Die Abkantung
des Außenbleches 1 kann
beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Stempels erfolgen.
Der Abkantaußenradius
bzw. Biegeradius ra entspricht etwa dem
2,8 bis 3,4-fachen der Dicke t des Außenbleches 1. Bei
einer Blechdicke t von 1,25 mm führt
diese Bedingung zu einem Biegeradius von 3,5 bis 4,25 mm.
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Anschließend wird
der Biegeabschnitt 4 mittels einer Vorfalzplatte 7,
welche eine Einlauffläche 7a mit
einem Radius Rv, der etwa dem 6-fachen der Blechdicke t entspricht,
auf einen Biegewinkel von 135° angekippt.
Dieser Zustand ist in 2a dargestellt,
wobei in dieser Figur das abgekantete Außenblech 1 bereits
zusammen mit einem Innenblech 2 zwischen der Auflageplatte 13 und
der Gegenhalteplatte 14 eingespannt ist. Bei der Anordnung
der 2 ist ferner die Vorfalzplatte 7 durch
ein winkelförmiges
Falzwerkzeug bzw. eine Fertigfalzplatte 5 ersetzt, mittels
derer der weitere Falzvorgang durchgeführt wird.
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Bei
Einwirkung der Fertigfalzplatte auf den Biegebereich 4 wird
dessen Endabschnitt 4c weiter umgebogen, so daß er bezüglich des
ungebogenen Abschnitts 3 des Außenbleches 1 in einem
Winkel von etwa 180° verläuft (2b). Hierdurch ergibt sich ferner ein
sich an den ungebogenen Bereich anschließender Biegeradiusabschnitt 4a.
Während
dieser Umformung liegt eine reine Biegebeanspruchung des Biegebereichs 4 vor.
Der Biegeradius ra entspricht im wesentlichen
dem Biegeradius ra beim Abkanten, so daß im weiteren
Verlauf der Umformung eine Radiusreduzierung durchgeführt werden
muß.
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Diese
Radiusreduzierung stellt eine Stauchbeanspruchung des Biegebeabschnitts 4 dar,
in deren Verlauf sich der Radius ra verkleinert
und sich die Innenkante des Biegeabschnitts 4 an das Innenblech 2 anlegt
(2c). Schreitet die Umformung aufgrund tangentialer
Druckspannungen weiter fort, entsteht ein Materialüberschuß im Radiusbereich
bzw. Biegeabschnitt 4, welcher zu einer Verlängerung
des Biegeabschnitts 4 führt.
Gleichzeitig wird aber auch Material in den Biegebereich 4 verdrängt und
stößt gegen
einen seitlichen Anschlag der Fertigfalzplatte 5. Hierdurch
werden zusätzlich
radiale Druckspannungen induziert.
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Die
Fertigfalzplatte 5 weist einen bezüglich des ungebogenen Abschnitts
des Außenbleches 1 schräg verlaufenden
Abschnitt 5a auf. Diese Abschnitt 5a beaufschlagt
während
des in 2b bis 2d dargestellten
Fertigfalzvorgangs den Biegebereich 4 des Außenbleches 1,
so daß sich
zwischen dem Endabschnitt 4c und dem Biegeradiusabschnitt 4a ein Abschnitt 4b ergibt,
der entsprechend dem Abschnitt 5a der Fertigfalzplatte 5 schräg verläuft. Es
ergibt sich insgesamt eine keilförmige
Geometrie der erfindungsgemäßen Falzverbindung,
wie sie in 2d dargestellt ist.
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Es
konnte in Versuchen gezeigt werden, daß die Falzaußenradien
frei ausbilden und nicht in die Fertigfalzplatte eingearbeitet sein
müssen.
Beispielsweise kann die Fertigfalzplatte 5 mit oder ohne
Anschlagschulter 10 ausgebildet sein, welche in 2a gestrichelt umrandet ist. Bei Verwendung
einer Fertigfalz platte 5 mit Anschlagschulter 10 wird
das Bauteilmaß durch
die Anschlagschulter festgelegt. Mittels der Anschlagschulter 10 werden
zusätzlich
zu auftretenden tangentialen Druckspannungen auch radiale Druckspannungen
in das Außenblech 1 eingeleitet,
wodurch sich die Beanspruchung des Außenbleches am Falz bzw. Biegebereich
verringert. Hierdurch ist eine Verbesserung der Oberflächenqualität des gefalzten
Außenbleches
erzielbar. Ohne Anschlagschulter 10 ergibt sich ein freies
Ausformen der Falzaußenkontur
und eine Vergrößerung der Falzlänge um etwa
0,2 mm.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Falzverbindung
dargestellt, mit der eine Verkleinerung des Falzradius im Vergleich
zu herkömmlichen
Falzverbindungen möglich ist.
Hierbei ist das dickwandige Innenblech 2 mit einer Stufe 20 ausgebildet,
so daß sich
ein Randabschnitt 2a des Innenbleches 2 geringerer
Dicke ergibt, auf den der Biegeabschnitt (Teilabschnitt 4c)
des Außenbleches 1 auflegbar
ist. Es wäre
im Sinne dieser Ausführungsform
ebenfalls möglich,
zum Abbau auftretender Spannungskonzentrationen die Stufe 20 abgerundet
bzw. kontinuierlich auszubilden.