DE4307563A1 - Partly double-skinned sheet-metal structure - has reinforcing sections partly secure to main one before deep-drawing or stamping and permanently afterwards - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Blechstrukturteiles, das partiell eine Dop­ pelblechstruktur, bestehend aus einem Grundblech und stellenweise zumindest einem damit verbundenen Verstär­ kungsblech aufweist, wobei Grundblech und Verstärkungs­ blech(e) gemeinsam tiefgezogen oder formgestanzt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein tiefgezogenes oder formgestanztes, insbesondere großflächiges Blechstruktur­ teil eines Fahrzeuges oder einer Fahrzeugkarosserie. Das Blechstrukturteil kann dabei beispielsweise aus Stahl, aus Aluminium oder aus Verbundwerkstoffen bestehen.

Es ist bekannt, kleinere Blechteile mit einer partiellen Doppelblechstruktur auszubilden. So zeigt beispielsweise die DE 32 32 602 A1 tiefgezogene Motorenteile aus Stahl­ blech, die nur in Teilbereichen durch gemeinsam tiefgezo­ gene Doppelbleche gebildet sind. Mit der bekannten Ferti­ gungstechnologie lassen sich jedoch nur relativ kleine Blechstrukturteile in befriedigender Qualität herstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Herstellverfahren für insbesondere großflächige tiefgezogene oder formge­ stanzte Blechstrukturteile mit partieller Doppelblech­ struktur aufzuzeigen, das qualitativ hochwertige Ergeb­ nisse liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß das Ver­ stärkungsblech vor dem gemeinsamen Tiefziehen oder Form­ stanzen, d. h. vor dem gemeinsamen Verformen, zumindest teilweise am Grundblech befestigt und nach dem Umformen abschließend unlösbar mit dem Grundblech verbunden wird. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Inhalt einiger Unteransprüche. Dabei soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß weder das Verstärkungsblech noch das Grundblech vor dem gemeinsamen Umformen von ebener Gestalt sein müssen, vielmehr können diese Bleche bereits irgendwie räumlich vorgeformt sein.

Weiterhin ist in einem Nebenanspruch ein tiefgezogenes oder formgestanztes, insbesondere großflächiges Blechstrukturteil einer Fahrzeugkarosserie oder einer Fahrzeugachse beschrieben, das partiell eine Doppelblech­ struktur besitzt mit einem Grundblech und stellenweise zumindest einem damit verbundenen Verstärkungsblech. Die­ ses Blechstrukturteil wird an späterer Stelle noch näher erläutert sowie in weiteren Unteransprüchen weitergebil­ det.

Nach dem beanspruchten Herstellverfahren wird vor dem ge­ meinsamen Umformen zumindest eine geringfügige Verbindung zwischen dem Verstärkungsblech sowie dem Grundblech her­ gestellt. Dies gewährleistet, daß die gewünschte ge­ genseitige Lagezuordnung auch noch nach dem Umformvorgang beibehalten ist. Somit ist es möglich, Blechstrukturteile herzustellen, bei denen das Verstärkungsblech asymme­ trisch angeordnet ist, da die dadurch bedingten, exzen­ trisch auf das Verstärkungsblech einwirkenden Ziehkräfte keine Verschiebebewegung des Verstärkungsbleches gegen­ über dem Grundblech hervorrufen können. Gegebenenfalls ist hiermit auch eine freie Umformung möglich, so daß se­ parate Blechhalter für das Verstärkungsblech nicht weiter erforderlich sind und ein derartiges Blech auch zentral zum Grundblech angeordnet werden kann. Um hingegen nach erfolgtem Umformvorgang dem Blechstrukturteil die ge­ wünschte Stabilität bzw. Festigkeit zu verleihen, wird schließlich das Verstärkungsblech unlösbar mit dem Grund­ blech verbunden. Lediglich eine derartige innige Verbin­ dung zwischen Grundblech und Verstärkungsblech nutzt die Stabilitätssteigernden Eigenschaften einer erfindungsge­ mäß gefertigten Doppelblech- oder Mehrfachblechstruktur.

In diesem Zusammenhang soll ausdrücklich darauf hingewie­ sen werden, daß, wenngleich stets von einer Doppelblech­ struktur bestehend aus einem Grundblech und einem darauf liegenden Verstärkungsblech gesprochen wird, in gleicher Weise auch eine sog. Mehrfachblechstruktur gebildet wer­ den kann, bei der auf ein Grundblech ein erstes Verstär­ kungsblech und auf dieses ein weiteres Verstärkungsblech aufgelegt wird. Auch diese dann beispielsweise drei oder vier Blechschichten können erfindungsgemäß gefertigt und gemeinsam umgeformt werden. Selbstverständlich soll dabei diese Mehrfachblechstruktur lediglich auf bestimmte Teil­ bereiche des Blechstrukturteiles begrenzt sein, wobei beispielsweise das zweite, bereits auf einem ersten Ver­ stärkungsblech liegende Verstärkungsblech kleiner sein kann als das zwischen diesem zweiten Verstärkungsblech und dem Grundblech liegende erste Verstärkungsblech.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die aufeinander­ liegenden Bleche, d. h. Grundblech und Verstärkungsblech, vor und/oder nach dem Umformvorgang miteinander zu ver­ binden. Beispielsweise bietet sich das Druckfügen an, das auch als sog. Clinchen bekannt ist, da diese Fügetechnik eine dem Tiefziehen und Formstanzen ähnliche Kinematik erfordert und somit im wesentlichen in der gleichen Pres­ senstraße wie der Tiefziehvorgang durchgeführt werden kann. Analog kann die Verbindung durch das Einpressen und Verprägen von Einstanzbolzen bzw. Einstanzmuttern erfol­ gen. Daneben bieten sich aber auch Klebe- oder Schweiß­ verbindungstechniken an, da diese einfach durchführbar sind und zudem die Oberfläche des Blechstrukturteiles im wesentlichen unbeeinflußt lassen. Zusätzlich empfiehlt es sich, Korrosionsschutzmaßnahmen insbesondere im Bereich zwischen den aufeinanderliegenden Blechen durchzuführen, da andernfalls ausgehend von diesem nach dem Fertigungs­ prozeß nicht mehr zugänglichen Bereich unerwünschte Kor­ rosionen auftreten könnten. Möglich ist hierfür bei­ spielsweise der Einsatz von beschichteten oder verzinkten Stahlblechen, es ist aber auch möglich, zwischen die auf­ einanderliegenden Bleche, d. h. zwischen dem Grundblech und dem Verstärkungsblech eine geeignete Kunststoff- oder Metall-Folie zwischenzulegen. Eine korrosionshemmende Wirkung kann ferner eine gleichzeitig als Verbindungsele­ ment wirkende Kleberschicht besitzen. Auch ist es mög­ lich, den Rand der Doppelblechstruktur bereits beim Auf­ bringen des Verstärkungsbleches oder auch abschließend mittels einer Kleberraupe abzudichten.

Vorgeschlagen wird ferner ein tiefgezogenes oder formge­ stanztes, insbesondere großflächiges Blechstrukturteil einer Fahrzeugkarosserie oder einer Fahrzeugachse, das bevorzugt nach dem eingangs beschriebenen, beanspruchten erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt werden kann. Dieses großflächige Blechstrukturteil besitzt dann partiell eine Doppelblechstruktur mit einem Grundblech und stellenweise zumindest einem damit verbundenen Verstärkungsblech. Ein derartiges großflächiges Blechstrukturteil kann an Fahr­ zeugen insbesondere an steifigkeitsrelevanten Stellen zum Einsatz kommen und weist eine Vielzahl von Vorteilen auf:

Während es bislang üblich war, ein Blechstrukturteil, beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie, in seiner Dicke nach dem Bereich/Abschnitt mit den höchsten mechanischen Anforderungen auszulegen, ist es nunmehr möglich, ein demgegenüber dünneres Grundblech einzusetzen und dieses lediglich partiell, nämlich insbesondere in den Bereichen mit der höheren mechanischen Anforderung, durch ein Ver­ stärkungsblech zu verstärken. Dabei ist es weiterhin mög­ lich, dieses Blechstrukturteil, bestehend aus dem Grund­ blech und dem lediglich örtlich begrenzt angeordneten Verstärkungsblech, in einem einzigen gemeinsamen Umform­ vorgang zu formen. Ein vorgeschlagenes Blechstrukturteil, aus dem auch eine Fahrzeugachse geformt werden kann, er­ laubt es, die Bauteilauslegung quasi umgekehrt zur bisher üblichen Optimierungsarbeit durchzuführen. So kann bei­ spielsweise zunächst lediglich ein relativ dünnes Grund­ blech zum Einsatz kommen. Wird anschließend in Versuchen erkannt, daß die Steifigkeit in diversen Bereichen nicht ausreicht, so können gezielt diese Bereiche durch Auf­ bringen von Verstärkungsblechen verstärkt werden. Wie be­ reits mehrfach erläutert, wird der Fertigungsaufwand für das dann verstärkte Blechstrukturteil jedoch nicht we­ sentlich erhöht, da das Formen in einem gemeinsamen Um­ formvorgang ohne zusätzliches Umformwerkzeug erfolgt. Deutlich zu Buche schlägt jedoch der Gewichtsvorteil so­ wie die Materialersparnis, wenn ein Blechstrukturteil einer Fahrzeugkarosserie oder einer Fahrzeugachse ledig­ lich die in den jeweiligen Bereichen erforderliche Dicke besitzt.

Wie bereits erwähnt, sind die Verstärkungsbleche an stei­ figkeitsrelevanten Orten oder im Bereich von statischen oder dynamischen Krafteinleitungspunkten vorgesehen. Da­ bei können die Verstärkungsbleche durchaus eine gegenüber dem Grundblech erhöhte Festigkeit besitzen, um den ge­ wünschten Verstärkungseffekt noch weiter zu steigern. Ebenso ist es möglich, mehrere Verstärkungsbleche bevor­ zugt mit abnehmender Flächengröße übereinander anzuord­ nen, wenn ein besonders hoch beanspruchter Bereich des Blechstrukturteiles versteift bzw. verstärkt werden soll.

Bevorzugt wird das Verstärkungsblech auf derjenigen Seite des Grundbleches angeordnet, die nach der Umformung das Verstärkungsblech in einer konkaven Form einbettet. Auf diese Weise wird ein gutes Anliegen des Verstär­ kungsbleches am Grundblech gewährleistet und ein Abklaf­ fen verhindert.

Das Verstärkungsblech bzw. Grundblech kann auch vor der gemeinsamen Umformung bereits eine Vorverformung z. B. in Gestalt einer Sicke oder Versteifungsrippe aufweisen, die in ihrer Form nach der Umformung weitgehend erhalten bleibt. Der Vorteil ergibt sich vor allem für großflä­ chige Verstärkungsbereiche mit geringer Verformung durch Erzeugung eines Profilkörpers, der eine wesentlich höhere Biegesteifigkeit aufweist.

In diesem Zusammenhang soll kurz angemerkt werden, daß es selbstverständlich erforderlich ist, das Tiefziehwerkzeug an das erfindungsgemäße Blechstrukturteil anzupassen. So muß matrizenseitig oder im Stempel und Blechhalter im Übergangsbereich vom Verstärkungsblech auf das Grundblech selbstverständlich eine Abstufung vorgesehen werden, die aber durch einfachen Materialabtrag realisiert werden kann.

Details zur Erfindung werden auch aus drei Prinzipskizzen ersichtlich.

So zeigt

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung ein groß­ flächiges, eine Freiformfläche darstellendes Blechstrukturteil mit einer partiellen Doppel­ blech- bzw. Mehrfachblechstruktur, sowie

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein derartiges Blech­ strukturteil,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein Blechstrukturteil mit vorgeformtem Verstärkungsblech.

Auf ein Grundblech 1 sind lokal Verstärkungsbleche 2, 3a, 3b aufgebracht, wobei das gesamte Blechstrukturteil in einem gemeinsamen Tiefziehvorgang geformt wird. Diese Fertigung erfolgt dabei wie in den Patentansprüchen und oben beschrieben.

Der Seitenansicht gemäß Fig. 2 eines derartigen Blech­ strukturteiles ist zu entnehmen, daß das Verstärkungs­ blech 2 in einer konkaven Form eingebettet ist.

Fig. 3 zeigt ein umgeformtes Grundblech mit Verstärkungs­ blech, das eine Verstärkungsrippe 4 und eine Sicke 5 auf­ weist. Grundblech 1 und Verstärkungsblech 2 bilden einen Profilkörper, der sich durch besondere Steifig­ keit/Festigkeit auszeichnet. Selbstverständlich müssen beim gemeinsamen Tiefziehen im Tiefziehwerkzeug den Rip­ pen 3 bzw. Sicken 4 entsprechende Aussparungen vorgesehen sein.

Der Einsatz eines derartigen Blechstrukturteiles mit einer lokalen Bauteilversteifung ist bei fast allen tra­ genden Blechteilen einer Fahrzeugkarosserie oder auch einer Fahrzeugachse möglich, insbesondere bei crash- und steifigkeitsrelevanten Teilen. Neben den bereits erwähn­ ten Vorteilen der erhöhten Steifigkeit bei reduziertem Gewicht zeichnet sich ein derartiges Blechstrukturteil auch durch Verbesserungen hinsichtlich der Akustikeigen­ schaften aus. Dabei können vorteilhafterweise die Ver­ stärkungsbleche aus Nutzabfall verwendet werden, so daß zugleich ein günstiger Umgang mit den zur Verfügung ste­ henden Ressourcen gegeben ist. Separate Versteifungsteile hingegen können entfallen. Zusätzlich können diese gezielten örtlichen Versteifungsmaßnahmen im Laufe der Entwicklungstätigkeit beispielsweise einer Fahrzeugkaros­ serie auch noch nachträglich vorgesehen werden. Der Vor­ teil liegt dabei insbesondere in der Einsparung kosten- und zeitaufwendiger Konstruktions- und Fertigungsänderun­ gen kurz vor Produktionsanlauf. Für großflächige Blech­ teile ergibt sich in Summe betrachtet eine Reduzierung des Gesamtgewichtes, da lediglich dort eine Doppelblech- oder Mehrfachblechstruktur vorliegt, wo dies aus Festig­ keitsgründen unbedingt erforderlich ist.

Dabei ist mit dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren eine ausreichende Festigkeit des Blechstrukturteiles ge­ währleistet.

Claims (9)

1. Verfahren zum Fertigen eines Blechstrukturteiles, das partiell eine Doppelblechstruktur, bestehend aus einem Grundblech (1) und stellenweise zumindest einem damit verbundenen Verstärkungsblech (2, 3a, 3b) aufweist, wobei Grundblech und Verstärkungs­ blech(e) gemeinsam tiefgezogen oder formgestanzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsblech (2, 3a, 3b) vor dem gemeinsamen Tiefziehen oder Formstanzen zumindest teilweise am Grundblech (1) befestigt und nach dem Tiefziehen oder Formstanzen abschließend unlösbar mit dem Grundblech verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderliegenden Bleche (1, 2, 3a, 3b) durch Druckfügen (Clinchen) oder mittels Einstanzbolzen/Einstanzmutter miteinan­ der verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderliegenden Bleche durch Kleben oder Schweißen miteinander ver­ bunden werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen den aufeinanderliegenden Blechen Korrosionsschutzmaßnah­ men durchgeführt werden.

5. Tiefgezogenes oder formgestanztes, insbesondere großflächiges Blechstrukturteil einer Fahrzeugkaros­ serie oder einer Fahrzeugachse, das partiell eine Doppelblechstruktur besitzt mit einem Grundblech (1) und stellenweise zumindest einem damit verbundenen Verstärkungsblech (2, 3a, 3b).

6. Blechstrukturteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsblech an steifigkeitsrelevanten Orten oder im Bereich von Krafteinleitungspunkten vorgesehen ist und eine ge­ genüber dem Grundblech erhöhte Festigkeit besitzt.

7. Blechstrukturteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsblech (2) nach der Umformung in einer konkaven Form des Grundbleches (1) eingebettet ist.

8. Blechstrukturteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verstärkungsble­ che (3a, 3b) mit abnehmender Flächengröße übereinan­ der angeordnet sind.

9. Blechstrukturteil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsblech (2) vor und nach dem Umformen eine Verstärkungsrippe (4) oder Sicke (5) aufweist.