DE202015105594U1 - System für die Montage von Fahrzeugbauteilen mit verstärktem formbaren Niet - Google Patents
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Abstract
System für die Montage von Fahrzeugbauteilen, wobei das System Folgendes umfasst: eine Werkzeugeinheit, die ein erstes und zweites Fahrzeugbauteil fixiert, die eine erste bzw. eine zweite Öffnung haben, wobei die Werkzeugeinheit das erste und das zweite Fahrzeugbauteil so positioniert, dass sich die erste und die zweite Öffnung überdecken, wobei das erste und/oder das zweite Fahrzeugbauteil ein Polymermaterial enthält; ein Verbindungsteil, das sich durch die erste und die zweite Öffnung erstreckt, wobei die Werkzeugeinheit das Verbindungsteil stützt, wobei das Verbindungsteil einen Stützschaft und einen formbaren Körper, der den Stützschaft mindestens teilweise umgibt, enthält; und ein Stempelelement, das gezielt mit dem formbaren Körper des Verbindungsteils in Eingriff kommt und ihn verformt, wobei die Werkzeugeinheit den formbaren Körper mit dem ersten und dem zweiten Fahrzeugbauteil in Eingriff bringt, wobei die Werkzeugeinheit den Stützschaft in der ersten und/oder der zweiten Öffnung platziert.
Description
- HINTERGRUND
- Bei Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen, Pick-up-Trucks, SUVs, Minivans, Vans und sonstigen Personenkraftwagen werden traditionell Stahl für ihre Struktur verwendet. Der Bedarf an effizienteren Fahrzeugen hat jedoch dazu geführt, dass eine Vielzahl von Materialien für die Struktur und die Karosserie berücksichtigt werden, die von den jeweiligen Spezifikationen für die Fahrzeugkonstruktion abhängen. Um dazu beizutragen, Ziele oder Anforderungen hinsichtlich des Kraftstoffwirkungsgrads zu erfüllen, z. B. Bestimmungen des US-amerikanischen Standards Corporate Average Fuel Economy (CAFE), können Fahrzeuge anstelle von und/oder zusätzlich zu traditionellen Metallbauteilen nichtmetallische, Kunststoff-, Verbund- und/oder verstärkte Materialien enthalten, z. B. faserverstärkte Kunststoffe, um das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig ein geeignetes Festigkeits- und Steifigkeitsverhalten zu bewahren. Die Integrität und die Robustheit der Befestigungen solcher Bauteile und Materialien beeinflussen in verschiedenster Weise die Leistung des Fahrzeugs, einschließlich der Festigkeit des Fahrzeugs und der Geräusch-, Vibrations- und Rauheitseigenschaften (NVH) des Fahrzeugs. Traditionelle Herstellungsmethoden können jedoch für die Anforderungen alternativer Materialien ungeeignet sein. Verstärkte Verbundmaterialien können beispielsweise nicht verschweißt werden, und sie können Korrosion an metallischen Befestigungselementen verursachen. Andere Verbindungstechniken passen nicht in die Zykluszeiten des Massenmarkts. In einem anderen Beispiel kann die Verbindungssicherheit aufgrund von Temperaturwechselbeanspruchung gefährdet sein, wenn die Fahrzeugmaterialien und die Befestigungselemente stark unterschiedliche thermische Ausdehnungseigenschaften haben. Somit ist es derzeit schwierig, eine Befestigung für nichtmetallische, Kunststoff-, Verbund- und/oder verstärkte Materialien, z. B. faserverstärkte Kunststoffe, bereitzustellen, die ausreichend robust ist, um in Personenkraftwagen des Massenmarkts eingesetzt zu werden.
- ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Baugruppe von Fahrzeugbauteilen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. -
2 ist eine Querschnittsansicht von exemplarischen Elementen der Fahrzeugstruktur, die so positioniert sind, dass sich die Öffnungen, die durch sie hindurchgehen, jeweils überdecken. - Die
3A –3C sind Querschnittsansichten von exemplarischen Befestigungsbauteilen für eine Baugruppe gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung, wobei die Befestigungsbauteile einen verstärkten formbaren Außenkörper enthalten, der einen Stützkörper umgibt. -
4 ist eine Querschnittsansicht eines anderen exemplarischen Stützkörpers für ein exemplarisches Befestigungsbauteil für eine Baugruppe gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. - Die
5A –5C sind Querschnittsansichten des Systems zum Bilden einer Baugruppe gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. -
6 stellt ein exemplarisches Verfahren zum Bilden einer Baugruppe gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung dar. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
1 ist eine exemplarische Querschnittsansicht einer exemplarischen Baugruppe10 aus Fahrzeugbauteilen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. Die exemplarische Baugruppe10 enthält ein erstes und ein zweites Strukturbauteil12 und14 . In einem Beispiel sind das erste und das zweite Bauteil12 und14 Karosseriebauteile für ein Fahrzeug, wie etwa einen Personenkraftwagen, ein SUV, einen Minivan etc. In dieser exemplarischen Umsetzung stoßen das erste und das zweite Bauteil12 und14 aneinander an. Es versteht sich, dass die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung auf eine Vielzahl von Fahrzeugbaugruppen anwendbar sein können, einschließlich einer Baugruppe mit mehr als zwei Bauteilen. - Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung sind das erste und/oder das zweite Bauteil
12 und14 aus nicht-metallischen, Kunststoff-, Verbund- und/oder verstärkten Materialien, z. B. faserverstärkten Kunststoffen, gebildet und/oder enthalten derartige Materialien. In einem Beispiel kann das erste oder das zweite Bauteil12 und14 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet sein, und das andere kann ebenfalls aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial, einem anderen nicht-metallischen, Kunststoff-, Verbund- und/oder verstärkten Material oder einem metallischen Material gebildet sein. Das erste und das zweite Bauteil12 und14 können im Wesentlichen identische Materialzusammensetzungen haben. - Mit weiterem Bezug auf
2 enthalten das erste und das zweite Bauteil12 und14 eine erste bzw. eine zweite Öffnung16 bzw.18 . Das erste und das zweite Bauteil12 und14 sind so positioniert, dass sich die erste und die zweite Öffnung16 und18 überdecken. In manchen Umsetzungen, wie in der exemplarischen Darstellung von2 gezeigt, können das erste und das zweite Bauteil12 und14 so positioniert sein, dass die erste und die zweite Öffnung16 und18 mittig, d. h. konzentrisch ausgerichtet sind. - Die Baugruppe
10 enthält des Weiteren ein Befestigungs- oder Verbindungsteil20 , das sich durch die erste und die zweite Öffnung16 und18 des ersten und des zweiten Bauteils12 und14 erstreckt. Das Verbindungsteil20 enthält einen formbaren Außenkörper22 , der einen relativ starren Stützschaft oder Stützkörper24 mindestens teilweise umgibt. Es versteht sich, dass die hier angegebene Beschreibung des Außenkörpers, der den Stützkörper "mindestens teilweise umgibt", in manchen Umsetzungen beinhaltet, dass ein Teil oder Teile eines Stützkörpers oder Stützschafts oder ein Merkmal davon durch den Außenkörper zu der Außenfläche des Verbindungsteils herausragen kann, dass sich aber der Außenkörper weit genug um den Stützkörper herum erstreckt, um den Stützkörper relativ zu dem Außenkörper fixiert zu halten. Des Weiteren bezieht sich der hier verwendete Begriff "formbar" sowohl auf Materialien, die unter bestimmten Bedingungen wiederholt verformt und geschmolzen werden können, z. B. thermoplastische Polymermaterialien, als auch auf Materialien, z. B. härtbare Polymermaterialien, die im Wesentlichen irreversibel aushärten oder sich auf sonstige Weise aufgrund der angewendeten Verformungsbedingungen, d. h. Hitze, Druck etc., chemisch verändern können. Folglich kann der Außenkörper22 ein thermoplastisches Material, z. B. Nylon, oder ein duroplastisches Material, z. B. Epoxid oder Polyester, enthalten. Zusätzlich zu einem solchen formbaren Material kann der Außenkörper22 ein Verstärkungsmaterial32 enthalten. - Mit weiterem Bezug auf die
3A –C sind die zusätzlichen Verbindungsteile20’ und20’’ sowie das Verbindungsteil20 alle in einem exemplarischen vorverformten Zustand dargestellt, z. B. in einer im Wesentlichen zylindrischen Form. Die zusätzlichen Verbindungsteile20’ und20’’ haben einen Außenkörper22’ bzw.22’’ , die unterschiedliche Verstärkungsmaterialien32’ bzw.32’’ enthalten. Die Verstärkungsmaterialien32 ,32’ und32’’ können zum Beispiel einen oder mehrere aus einer Vielzahl von Faser- und/oder Feststoffen enthalten, z. B. Kohlenstoff, Glas, Aramid und sonstige Naturfasern; Talk und Metallplättchen; und Glasperlen. Es versteht sich, dass die hier enthaltene Beschreibung des Verbindungsteils20 , mit Ausnahme der unterschiedlichen Verstärkungsmaterialien, auch für die Verbindungsteile20’ und20’’ gilt. - Wie in den
1 und3A –C dargestellt, sind die Stützkörper24 ,24’ und24’’ jeweils mindestens teilweise von den formbaren Außenkörpern22 ,22’ und22’’ umgeben und können jeweils eine im Wesentlichen zylindrische Form haben. In4 enthält ein weiterer Stützkörper24’’’ gerippte Verriegelungselemente34’’’ , die von der radial außen liegenden Fläche davon hervorragen. Die Verriegelungselemente34’’’ helfen bei der mechanischen Fixierung des Stützkörpers24’’’ relativ zu dem formbaren Außenkörper des jeweiligen Verbindungsteils in einer Baugruppe von Fahrzeugbauteilen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. Die Verriegelungselemente34’’’ würden zum Beispiel zusätzlichen Widerstand gegenüber einer Längsbewegung des Stützkörpers24’’’ relativ zu einem ihn mindestens teilweise umgebenden Außenkörper bieten. Es versteht sich, dass ein Stützkörper oder Stützschaft gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung viele Geometrien enthalten kann, einschließlich hervorragender Verriegelungselemente in einer Vielzahl von Konfigurationen, wie zum Beispiel voneinander beabstandete Drehknöpfe oder ein Gewinde. Solche Merkmale können die Querschnittsfläche des Stützkörpers oder Stützschafts erheblich beeinflussen. Es versteht sich ebenfalls, dass die hier enthaltene Beschreibung der Stützkörper24 ,24’ ,24’’ und24’’’ , mit der Ausnahme, dass der Stützkörper24’’’ Verriegelungselemente enthält, für alle Stützkörper gleichermaßen gilt. - Das System und ein Verfahren
100 für das Bilden der Baugruppe10 mit dem ersten und dem zweiten Bauteil12 und14 und dem Verbindungsteil20 sind in den5A –C und6 dargestellt. Mit besonderem Bezug auf5A und einen Block102 von6 fixiert eine Werkzeugeinheit50 das erste und das zweite Bauteil12 und14 , wobei sich die erste und die zweite Öffnung16 und18 überdecken, mit einem Basisbauteil52 und einem Nasenbauteil54 . Das Basisbauteil52 hat eine Formausnehmung56 , und das Nasenbauteil54 hat eine durchgehende Öffnung58 , die sich mit der Formausnehmung56 überdeckt. Das erste und das zweite Bauteil12 und14 sind derart in der Werkzeugeinheit50 positioniert, dass sich die erste und die zweite Öffnung16 und18 mit der Formausnehmung56 und der durchgehenden Öffnung58 überdecken. Wie in den5A –C dargestellt, können die erste und die zweite Öffnung16 und18 mittig, d. h. konzentrisch zur Formausnehmung56 und der durchgehenden Öffnung58 ausgerichtet sein. - Mit besonderem Bezug auf
5B und einen Block104 von6 , wo das erste und das zweite Bauteil12 und14 in der Werkzeugeinheit50 fixiert sind, kann das Verbindungsteil20 durch die durchgehende Öffnung58 des Nasenbauteils54 und die erste und die zweite Öffnung16 und18 eingeführt und in Eingriff mit der Formausnehmung56 gebracht werden. In der dargestellten exemplarischen Umsetzung ist das Verbindungsteil20 so positioniert, dass es durch das erste und das zweite Bauteil12 und14 in einer im Wesentlichen zylindrischen, vorverformten Konfiguration hindurchführt. - Mit besonderem Bezug auf
5C und einen Block106 von6 , wo das Verbindungsteil20 zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrzeugbauteil12 und14 positioniert ist, erstreckt sich ein Stempelelement60 der Werkzeugeinheit50 in die durchgehende Öffnung58 des Nasenbauteils54 und gelangt, wie in5C dargestellt, mit dem Verbindungsteil20 in Eingriff. Das Stempelelement60 verformt den formbaren Außenkörper22 des Verbindungsteils20 in die Formausnehmung56 , die erste und die zweite Öffnung16 und18 und den Bereich der durchgehenden Öffnung58 zwischen dem Stempel60 und dem ersten Fahrzeugbauteil12 . - Wie in den
5A –C dargestellt, kann ein Temperaturregler62 thermisch mit der Werkzeugeinheit50 gekoppelt sein, um Hitze oder Kälte zuzuführen und dadurch den Härtungs- und/oder Verformungsprozess des formbaren Außenkörpers22 zu unterstützen. Mit Bezug auf einen Block108 von6 kann zum Beispiel ein Teil des Verfahrens100 bestimmend sein, ob eine solche Temperaturregelung erforderlich oder gewünscht ist. Wenn nicht, wird der Außenkörper22 des Verbindungsteils20 – mit Bezug auf einen Block110 von6 – durch eine primär durch das Stempelelement60 ausgeübte Kraft verformt, z. B. wenn das formbare Material des Außenkörpers22 ein thermoplastisches Material ist. - Erneut wird Bezug genommen auf den Block
108 von6 ., nunmehr für den Fall, dass eine Temperatursteuerung der Formanordnung50 erforderlich oder gewünscht ist, z.B. wenn das formbare Material des äußeren Körpers22 in der Form eines wärmehärtenden Materials vorliegt und Wärme erforderlich ist, um den äußeren Körper22 auszuhärten, oder Wärme dessen Umformung unterstützt. Der Temperaturregler62 kann zum Beispiel ein Heizgerät enthalten, das thermodynamisch mit der Werkzeugeinheit50 kommuniziert, um gemäß den Anforderungen der jeweiligen Materialien und Betriebsbedingungen zu arbeiten. In einem anderen Beispiel kann der Temperaturregler62 zur Erleichterung der Herstellung, z. B. durch Beschleunigung des Verfahrens100 , zudem ein Kühlgerät haben, das thermodynamisch mit der Werkzeugeinheit50 kommuniziert, um das Aushärten oder Verfestigen des formbaren Außenkörpers22 in der verformten Form zu beschleunigen. Mit Bezug auf einen Block112 von6 wird der Temperaturregler62 folglich wie gewünscht oder erforderlich betrieben, und das Verfahren100 wird bis zu Block110 fortgesetzt, wo die Verformung durch Kraft und/oder Temperatursteuerung erfolgt. - Wenn das Verbindungsteil
20 von dem Stempelelement60 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung verformt ist, enthält es einen ersten und einen zweiten Flansch72 und74 des Außenkörpers22 , die das erste und das zweite Bauteil12 und14 zusammenklemmen. In dieser dargestellten exemplarischen Umsetzung ist der erste Flansch72 direkt mit einer Außenfläche82 des ersten Bauteils12 in Eingriff, und der zweite Flansch74 ist direkt mit einer Außenfläche84 des zweiten Bauteils14 in Eingriff. In manchen Umsetzungen, z. B. in denen das formbare Material des Außenkörpers22 ein duroplastisches Material ist, können der erste Flansch72 und/oder der zweite Flansch74 klebend mit dem ersten bzw. dem zweiten Fahrzeugbauteil12 bzw.14 verbunden sein. In einer solchen Umsetzung kann der erste Flansch72 eine Klebverbindung86 mit der Außenfläche82 des ersten Bauteils12 haben, und der zweite Flansch74 kann eine Klebverbindung88 mit der Außenfläche84 des zweiten Bauteils14 haben. - Während der Verformung des formbaren Außenkörpers
22 ist der Stützkörper24 so positioniert, dass er sich in die erste und die zweite Öffnung16 und18 erstreckt. In anderen Umsetzungen erstreckt sich der Stützkörper oder Stützschaft24 möglicherweise in nur eine der ersten und zweiten Öffnung16 und18 . - Wie in den exemplarischen Darstellungen gezeigt, können die erste und die zweite Öffnung
16 und18 im Wesentlichen mittig zueinander sein, und das verformte Verbindungsteil20 und dessen Stützkörper24 können im Wesentlichen mittig zu der ersten und zweiten Öffnung16 und18 sein. In anderen Umsetzungen können das verformte Verbindungsteil20 und dessen Stützkörper24 im Wesentlichen mittig zu mindestens einer der ersten und zweiten Öffnung16 und18 sein. - In den Zeichnungen bezeichnen identische Bezugszeichen identische Elemente. Ferner könnten manche oder all diese Elemente geändert werden. Folglich versteht es sich, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Viele Ausführungsformen und Anwendungen, die sich von den gelieferten Beispielen unterscheiden, wären für den Fachmann bei Lektüre der obigen Beschreibung offensichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung sollte nicht mit Bezugnahme auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte stattdessen unter Bezugnahme auf die angefügten Ansprüche zusammen mit dem vollständigen Schutzumfang der Äquivalente bestimmt werden, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind. Es versteht sich, dass der hier verwendete Begriff "exemplarisch" zur Veranschaulichung oder als Beispiel dienend, veranschaulichend oder typisch bedeutet. Es ist vorauszusehen und beabsichtigt, dass zukünftige Weiterentwicklungen auf dem hier besprochenen Fachgebiet eintreten werden, und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in derartige zukünftige Ausführungsformen eingearbeitet werden. Zusammengefasst versteht es sich, dass die Erfindung abgewandelt und verändert werden kann und nur durch die nachfolgenden Ansprüche beschränkt ist.
- Sofern hier nicht explizit etwas Gegenteiliges angegeben ist, sollen alle in den Ansprüchen verwendeten Begriffe ihre weiteste sinnvolle Auslegung und ihre normale, vom Fachmann zu verstehende Bedeutung haben. Insbesondere ist die Verwendung der Artikel im Singular, wie z. B. „ein/e/s”, „der/die/das”, „besagte/r/s” etc. derart zu verstehen, dass sie eines oder mehrere der angegebenen Elemente aufzählen, es sei denn, ein Anspruch führt eine explizite gegenteilige Einschränkung an.
Claims (10)
- System für die Montage von Fahrzeugbauteilen, wobei das System Folgendes umfasst: eine Werkzeugeinheit, die ein erstes und zweites Fahrzeugbauteil fixiert, die eine erste bzw. eine zweite Öffnung haben, wobei die Werkzeugeinheit das erste und das zweite Fahrzeugbauteil so positioniert, dass sich die erste und die zweite Öffnung überdecken, wobei das erste und/oder das zweite Fahrzeugbauteil ein Polymermaterial enthält; ein Verbindungsteil, das sich durch die erste und die zweite Öffnung erstreckt, wobei die Werkzeugeinheit das Verbindungsteil stützt, wobei das Verbindungsteil einen Stützschaft und einen formbaren Körper, der den Stützschaft mindestens teilweise umgibt, enthält; und ein Stempelelement, das gezielt mit dem formbaren Körper des Verbindungsteils in Eingriff kommt und ihn verformt, wobei die Werkzeugeinheit den formbaren Körper mit dem ersten und dem zweiten Fahrzeugbauteil in Eingriff bringt, wobei die Werkzeugeinheit den Stützschaft in der ersten und/oder der zweiten Öffnung platziert.
- System nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Temperaturregler, der thermisch mit der Werkzeugeinheit gekoppelt ist, um der Werkzeugeinheit gezielt Hitze zur Verformung des formbaren Körpers des Verbindungsbauteils zuzuführen.
- System nach Anspruch 2, wobei der Temperaturregler die Werkzeugeinheit gezielt kühlt, um den verformten formbaren Körper zu härten.
- System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der formbare Körper klebend mit dem ersten und/oder dem des zweiten Fahrzeugbauteil verbunden ist.
- System nach Anspruch 4, wobei der formbare Körper klebend mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Fahrzeugbauteil verbunden ist.
- System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werkzeugeinheit das Verbindungsteil im Wesentlichen mittig zu der ersten und/oder der zweiten Öffnung ausrichtet.
- System nach Anspruch 6, wobei die Werkzeugeinheit den Stützschaft im Wesentlichen mittig zu der ersten und/oder der zweiten Öffnung ausrichtet, in denen der Stützschaft platziert ist.
- System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werkzeugeinheit das erste und das zweite Fahrzeugbauteil so fixiert, dass die erste und die zweite Öffnung im Wesentlichen ausgerichtet sind.
- System nach Anspruch 8, wobei die Werkzeugeinheit das Verbindungsteil und den Stützschaft im Wesentlichen mittig zu der ersten und zweiten Öffnung ausrichtet.
- System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werkzeugeinheit das erste und das zweite Fahrzeugbauteil direkt aneinander fixiert.
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