DE19919783B4

DE19919783B4 - Herstellungsverfahren für ein durch Tiefziehen umgeformtes, wenigstens zweilagiges Blechverbundteil

Info

Publication number: DE19919783B4
Application number: DE1999119783
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr.-Ing. Bär; Paul Dr.-Ing. Dick; Werner Dr.-Ing. Ritter; Horst Prof.Dr.rer.nat. Dr.-Ing. Kleinert; Jörg Dipl.-Ing. Gehrke; Fritz Dipl.-Ing. Liebrecht; Sven Dipl.-Ing. Bräunling
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: DE19919783A1

Abstract

Herstellungsverfahren für ein durch Tiefziehen umgeformtes, wenigstens zweilagiges Blechverbundteil, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
die Anlageflächen der einzelnen Blechteile werden in einem ersten Verfahrensschritt zumindest einseitig mit einem Klebstoff versehen und aneinandergelegt, wobei der Klebstoff ein durch gezielte Wärmezufuhr über normalen Umgebungstemperaturen vernetzender und aushärtender Klebstoff ist,
in einem zweiten Verfahrensschritt werden die Blechteile mit dem Klebstoff durch Wärmebeaufschlagung in einem bestimmten Temperaturbereich und über eine bestimmte Erwärmungszeit verbunden dergestalt, daß der Klebstoff einen teilvernetzten und teilausgehärteten Zustand erreicht, worauf die Wärmeeinwirkung und damit die Vernetzung und Aushärtung des Klebstoffs unterbrochen wird,
in einem dritten Verfahrensschritt werden die durch den teilvernetzten und teilausgehärteten Klebstoff verbundenen wenigstens zweilagigen Blechteile gemeinsam umgeformt, und
in einem letzten Verfahrensschritt werden die umgeformten Blechteile mit dem teilvernetzten und teilausgehärteten Klebstoff bis zur vollständigen Vernetzung und Aushärtung des Klebstoffs mit Wärme beaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein durch Tiefziehen umgeformtes, wenigstens zweilagiges Blechverbundteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 3.

Bei einem bekannten, gattungsgemäßen Herstellungsverfahren ( DE 42 28 396 A1 ), werden ein Grundblech und ein Verstärkungsblech eines Blechverbundteils mit partieller Doppelblechstruktur gemeinsam tiefgezogen. Beide Blechteile werden vor dem Tiefziehen durch Schweißpunkte, durch Clinchpunkte oder durch Kleben gegeneinander fixiert und verbunden. Sowohl das Grundblech als auch das Verstärkungsblech ist in gleichmäßigen Abständen gelocht, wobei für eine intensive Versteifung das Doppelblech im Bereich der Löcher nach dem Umformen durch den Einsatz von Spreizstempeln auseinandergedrückt wird.

Bei einem weiter bekannten Herstellungsverfahren für eine umgeformte Doppelblechstruktur ( DE 43 07 563 A1 ) wird ebenfalls vorgeschlagen, die aufeinanderliegenden Bleche, d. h. Grundblech und Verstärkungsblech vor und/oder nach dem Umformvorgang miteinander zu verbinden. Als Verbindungsmaßnahmen werden ein Druckfügen, ein Einpressen und Verprägen von Einstandsbolzen bzw. Einstandsmuttern sowie allgemein Kleb- oder Schweißverbindungstechniken angegeben.

Zudem sind Verfahren zur Herstellung einer Doppelblechstruktur mit dazwischenliegender Dämmschicht bekannt ( EP 0 636 517 B1 ), wobei die Doppelblechstruktur zusammen mit der Dämmschicht tiefgezogen wird. Vor dem Umformen werden das Grund- und Deckblech sowohl durch Verkleben von Dämmmaterial mit dem Grund- und Deckblech als auch durch direktes Verkleben von Grund- und Deckblech in dämmmaterialfreien Bereichen fixiert. Für eine solche Fixierung der Bleche vor dem Umformen wird ein punktschweißbarer Kontaktklebstoff vorgeschlagen. Ein Klebstoff auf Epoxidharzbasis als Hotmelt-Klebstoff, der zusätzlich zum Kontaktklebstoff verwendbar ist und der erst durch gezielte Wärmezufuhr über normaler Umgebungstemperatur seine Klebeigenschaften entwickelt, soll hier erst nach dem Umformen ggf. mit dem Lackeinbrennen erwärmt und ausgehärtet werden. Vor der Aktivierung des Epoxidharz-Hotmelt-Klebstoffs soll somit eine Fixierung zwischen Grund- und Deckblech nur durch einen partiell aufgebrachten Kontaktklebstoff erfolgen.

Allen vorstehend genannten Herstellverfahren ist gemeinsam, daß ein Grund- und Deckblech des Blechverbundteils vor dem Umformen nur an partiellen Klebstellen gegeneinander fixiert ist. Als Klebstoff ist für eine solche Verbindung lediglich konkret ein Kontaktklebstoff mit begrenztem Adhäsions- und Kohäsionsvermögen vorgeschlagen. Bei den anderen genannten Herstellverfahren ist die Klebtechnik nur allgemein als Möglichkeit angesprochen. Für den konkret genannten Kontaktklebstoff ergibt sich somit eine relativ geringe Festigkeit zwischen Grundblech und Deckblech vor der Umformung, so daß die Gefahr besteht, daß sich beide Blechteile bei Transportvorgängen oder beim Tiefziehvorgang voneinander lösen. Bei Badbehandlungen nach dem Umformen besteht zudem die Gefahr des Eindringens von Badmedien bei nur teilweisem Klebverbund bzw. einem Lösen eines Kontaktklebstoffs oder eines bereits eingebrachten, jedoch noch nicht klebrigen und nicht gehärteten Hotmelt-Klebstoffs, dessen Aktivierung erst mit der späteren Lackeinbrennung erfolgen soll. Sowohl die Verwendung eines Kontaktklebstoffes zusätzlich zu einem Hotmelt-Klebstoff als auch die anderen vorstehend vorgeschlagenen Maßnahmen nach dem Umformen zur Herstellung einer unlösbaren Verbindung zwischen Grund- und Deckblech erfordern zusätzliche, kostenintensive Arbeitsschritte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellverfahren für ein durch Tiefziehen umgeformtes, wenigstens zweilagiges Blechverbundteil anzugeben, das bei einem kostengünstigen Verfahren zu gut umformbaren und im Endzustand schubsteifen und hochfesten Verbunden führt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 3 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist das Herstellverfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
Die Anlageflächen der einzelnen Blechteile werden in einem ersten Verfahrensschritt zumindest einseitig mit einem Klebstoff versehen und aneinandergelegt, wobei der Klebstoff ein durch gezielte Wärmezufuhr über normalen Umgebungstemperaturen vernetzender und aushärtender Klebstoff ist. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Blechteile mit dem Klebstoff durch Wärmebeaufschlagung in einem bestimmten Temperaturbereich und über eine bestimmte Erwärmungszeit verbunden dergestalt, daß der Klebstoff einen teilvernetzten und teilausgehärteten Zustand erreicht, worauf die Wärmeeinwirkung und damit die Vernetzung und Aushärtung des Klebstoffs unterbrochen wird. In einem dritten Verfahrensschritt werden die durch den teilvernetzten und teilausgehärteten Klebstoff verbundenen, wenigstens zweilagigen Blechteile gemeinsam umgeformt und in einem letzten Verfahrensschritt werden die umgeformten Blechteile mit dem teilvernetzten und teilausgehärteten Klebstoff bis zur vollständigen Vernetzung und Aushärtung des Klebstoffs mit Wärme beaufschlagt.

Damit wird in einem flächigen Verbund zwischen einem Grundblech und wenigstens einem Deckblech ein Hotmelt-Klebstoff verwendet, dessen Klebeigenschaften im teilvernetzten und teilausgehärteten Zustand für eine Verklebung und eine gegenseitige Fixierung vor dem Umformen benutzt wird. Relativbewegungen zwischen Grund- und Deckblech werden beim Umformen zum Toleranzausgleich in der noch nicht ausgehärteten Klebstoffschicht aufgenommen, so daß diese bereits großflächig und vollständig zwischen Grund- und Deckblech eingebracht werden kann. Eine Umformung bei voll ausgehärtetem Hotmelt-Klebstoff, insbesondere einem Epoxid-Klebstoff wäre durch die dann spröde Klebstoffschicht nicht ohne negative Beeinflussung der Verklebung möglich. Dies ist auch der Grund, warum im Stand der Technik zusätzlich zu solchen Hotmelt-Klebstoffen vor dem Umformen Kontaktklebstoffe verwendet werden und die Hotmelt-Klebstoffe erst nach dem Umformen aktiviert und ausgehärtet werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ein Kontaktklebstoff entfallen.

Durch die Möglichkeit eines flächigen Klebverbundes zwischen Grund- und Deckblech können vorteilhaft Bleche mit gleichem Werkstoff jedoch auch mit unterschiedlichen Werkstoffen, z. B. Stahl und Aluminiumlegierungen, miteinander verbunden werden. Durch die Verwendung reaktiver, chemisch härtbarer Klebstoffe werden nach dem Aushärten der Klebstoffe sehr schubsteife und hochfeste Verbunde erzielt. Die Klebstoffe können dabei unterschiedlich aufgetragen werden, vorzugsweise in pastöser Form oder als Folien.

Vorteilhaft können die übereinanderliegenden Bleche somit vor dem Umformen ohne zusätzliche Elemente, wie Vorrichtungen, Schweißpunkte oder ähnliches fixiert werden. Die erfindungsgemäß fixierten Blechteile können beim Umformen gleichmäßig belastet werden, wodurch Spannungsspitzen vermieden werden und das Werkstoffvermögen besser aus nützbar ist. Dazu ist je nach Vernetzungsgrad die Festigkeit zwischen Grundblech und einem oder mehreren Deckblechen für ein nachfolgendes Umformen einstellbar, wodurch von vornherein die Gefahr eines Lösens der Blechteile bei Transportvorgängen und beim Tiefziehvorgang eingrenzbar und beherrschbar ist.

Die teilweise Härtung des Klebstoffs vor dem Umformen wird nach Anspruch 2 durch einen bewußten Abbruch bzw. eine bewußte Unterbrechung des Vernetzungsvorgangs in einem bestimmten Vorvernetzungszustand ausgeführt, wobei günstige Vorvernetzungszustände mit der erforderlichen Klebfunktion und guter Umformmöglichkeit aus einer Härtungscharakteristik entnehmbar ist. Eine solche Härtungscharakteristik kann durch analytische Methoden (z. B. DSC, Differential Scanning Calorimetry) und Bauteilversuche ermittelt werden. Dabei ist das Aushärtungsverhalten bei vorgegebenen Erwärmungsbedingungen z. B. durch eine Glockenkurve bestimmt. Eine Unterbrechung der Vernetzung und Aushärtung des Klebstoffs wird vorzugsweise im ansteigenden Kurvenbereich noch vor dem Kurvenmaximum durchgeführt.

Gemäß Anspruch 3 kann auch ein kalthärtender, reaktiver Klebstoff zum Einsatz kommen. Auch in diesem Fall kann der teilvernetzte und teilausgehärtete Klebstoffverbund umgeformt werden und anschließend vollständig aushärten.

Als besonders geeignet hat sich nach Anspruch 4 als Klebstoff ein Epoxid-Hotmelt-Klebstoff erwiesen. Grundsätzlich sind jedoch auch andere, reaktive Klebstoffe mit ähnlichen Eigenschaften (z. B. Polyurethan- oder Phenolharzklebstoff) verwendbar.

Besonders stabile Verbunde ergeben sich nach Anspruch 5, wenn die Blechteile an ihren Anlageflächen großflächig und vollständig durch dazwischen eingebrachten Klebstoff verbunden sind.

Da die Blechteile sowohl vor dem Umformen als auch nach dem Umformen durch den teilausgehärteten Klebstoff sicher und zuverlässig und vorzugsweise insgesamt flächig miteinander verbunden sind, können vor der Endaushärtung des Klebstoffs gemäß Anspruch 6 noch weitere erforderliche Zwischenverfahrensschritte und Arbeitsschritte durchgeführt werden ohne die Gefahr, daß sich die Blechteile voneinander lösen oder dazwischen unerwünscht Medien eindringen. Insbesondere können problemlos Transporte erfolgen sowie Stanzungen und/oder Beschneidungen und/oder Badbehandlungen und/oder ein Lackauftrag durchgeführt werden.

Der letzte Verfahrensschritt zur Restaushärtung des Klebstoffs kann nach Anspruch 7 in Verbindung mit einer Lackeinbrennung erfolgen, so daß zur Restaushärtung ein ohnehin erforderlicher Verfahrensschritt mitverwendet wird.

Grundsätzlich kann das Blechverbundteil mehr als zwei Lagen aufweisen, wobei dann zwischen jeweils aneinandergrenzenden Lagen ein Klebstoff einzubringen ist. Besonders einfach ist das Verfahren für eine Doppelblechstruktur nach Anspruch 8 durchführbar, wobei durch die erfindungsgemäßen hochfesten Verbunde ggf. bei gleicher Steifigkeit weitere Blechlagen entfallen können.

Besonders vorteilhaft können mit dem Verfahren nach Anspruch 9 Blechverbundteile als Karosserieteile eines Kraftfahrzeugs hergestellt werden. Bei geeigneter Klebstoffwahl ist auch eine für Karosserieteile besonders vorteilhafte Schalldämmung ohne zusätzlich eingebrachtes Dämmmaterial zu erreichen.

Anhand einer Zeichnung wird die Teilaushärtung eines verwendeten Klebstoffs näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine charakteristische Härtungskurve für eine Mehrzahl reaktiver Klebstoffe, die erfindungsgemäß verwendbar sind. Dabei ist im dargestellten Diagramm nach rechts der Zeitverlauf (t) und nach oben das Temperatur/Wärmestromverhalten (T/W) dargestellt. Der Reaktionsverlauf (R) und damit die Härtungskurve ergibt sich als Glockenkurve. Die konstanten Heizbedingungen sind nach einem Anstieg mit der horizontalen Geraden (H) dargestellt. Eine für die Zwecke der Erfindung günstige Unterbrechung ergibt sich an einem Unterbrechungspunkt (U) im ansteigenden Bereich der Reaktionskurve (R) noch vor dem Erreichen des Kurvenmaximums.

Claims

Herstellungsverfahren für ein durch Tiefziehen umgeformtes, wenigstens zweilagiges Blechverbundteil, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: die Anlageflächen der einzelnen Blechteile werden in einem ersten Verfahrensschritt zumindest einseitig mit einem Klebstoff versehen und aneinandergelegt, wobei der Klebstoff ein durch gezielte Wärmezufuhr über normalen Umgebungstemperaturen vernetzender und aushärtender Klebstoff ist, in einem zweiten Verfahrensschritt werden die Blechteile mit dem Klebstoff durch Wärmebeaufschlagung in einem bestimmten Temperaturbereich und über eine bestimmte Erwärmungszeit verbunden dergestalt, daß der Klebstoff einen teilvernetzten und teilausgehärteten Zustand erreicht, worauf die Wärmeeinwirkung und damit die Vernetzung und Aushärtung des Klebstoffs unterbrochen wird, in einem dritten Verfahrensschritt werden die durch den teilvernetzten und teilausgehärteten Klebstoff verbundenen wenigstens zweilagigen Blechteile gemeinsam umgeformt, und in einem letzten Verfahrensschritt werden die umgeformten Blechteile mit dem teilvernetzten und teilausgehärteten Klebstoff bis zur vollständigen Vernetzung und Aushärtung des Klebstoffs mit Wärme beaufschlagt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff verwendet wird, der bei vorgegebenen konstanten Erwärmungsbedingungen ein Aushärtungsverhalten aufweist, bei dem die Härtekurve die Form einer Glockenkurve aufweist, wobei in einem Flächendiagramm auf der vertikalen Koordinatenachse der Zeitverlauf (t) und auf der horizontalen Koordinatenachse die Temperatur/Wärmestrom (TW) aufgetragen sind und die Unterbrechung der Vernetzung und Aushärtung des Klebstoffs an einem Punkt (U) im ansteigenden Kurvenbereich vor dem Kurvenmaximum erfolgt.
Herstellungsverfahren für ein durch Tiefziehen umgeformtes, wenigstens zweilagiges Blechverbundteil, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Die Anlageflächen der einzelnen Blechteile werden in einem ersten Verfahrensschritt zumindest einseitig mit einem kalthärtenden, reaktiven Klebstoff versehen und aneinandergelegt, in einem zweiten Verfahrensschritt werden die mit dem Klebstoff verbundenen Blechteile vor dem Umformen solange belassen, bis der Klebstoff einen teilvernetzten und teilausgehärteten Zustand erreicht, in einem dritten Verfahrensschritt werden die durch den teilvernetzten und teilausgehärteten Klebstoff verbundenen wenigstens zweilagigen Bleichteile gemeinsam umgeformt, und in einem letzten Verfahrensschritt wird der teilvernetzte und teilausgehärtete Klebstoff bis zur vollständigen Vernetzung ausgehärtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein Epoxid-Klebstoff; ein Polyurethanklebstoff oder ein Phenolharzklebstoff ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile vollständig an den Anlageflächen durch dazwischen eingebrachten Klebstoff verbunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dritten Verfahrensschritt, der zu einem umgeformten, wenigstens zweilagigen, durch den teilvernetzten und teilausgehärteten Klebstoff verbundenen Blechteil führt und dem letzten Verfahrensschritt, der zur Restaushärtung führt, weitere Zwischenverfahrensschritte und Arbeitsschritte durchgeführt werden, wie Transportvorgänge und/oder Stanzungen und/oder Beschneidungen und/oder wenigstens eine Badbehandlung und/oder ein Lackauftrag erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte Verfahrensschritt zur Restaushärtung des Klebstoffs in Verbindung mit einer Lackeinbrennung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechverbundteil eine Doppelblechstruktur aufweist aus einem Grundblech und einem Deckblech.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellten Blechverbundteile Karosserieteile eines Kraftfahrzeugs sind.