DE4307563C2 - Verfahren zum Fertigen eines Blechstrukturteils, das partiell eine Mehrfachblechstruktur aufweist, sowie nach dem Verfahren hergestelltes Blechstrukturteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Blechstrukturteiles, das partiell eine Mehrfachblechstruktur, bestehend aus einem Grundblech und stellenweise einem damit verbundenen Verstär­ kungsblech oder mehreren Verstärkungsblechen aufweist, wobei das Grundblech und das Verstärkungsblech oder die Verstärkungs­ blech(e) gemeinsam tiefgezogen oder formgestanzt werden. Eingesetzt werden kann ein derartiges tiefgezogenes oder formgestanztes, insbesondere großflächiges Blechstruktur­ teil an einem Fahrzeug 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 Doppel- oder Mehrfachblech­ struktur aufzuzeigen, wobei die Blechstrukturteile qualitativ hochwertig sein sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß das Verstärkungsblech oder die Ver­ stärkungsbleche vor dem gemeinsamen Tiefziehen oder Form­ stanzen zumindest teilweise am Grundblech befestigt und nach dem Tiefziehen oder Formstanzen unlösbar mit dem Grundblech verbunden wird bzw. werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist Inhalt des Unteranspruchs 2. Dabei soll 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 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Blechstrukturteil Gegenstand des Patents, wobei dieses Blechstrukturteil in besonderer Weise ausgebildet ist, wie dies später noch näher erläutert ist.

Nach dem beanspruchten Herstellverfahren wird vor dem ge­ meinsamen Umformen zumindest eine geringfügige Verbindung zwischen dem Verstärkungsblech oder den Verstärkungsblechen 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 oder die Verstärkungsbleche asymme­ trisch angeordnet ist, da die dadurch bedingten, exzen­ trisch auf das Verstärkungsblech oder die Verstärkungsbleche einwirkenden Ziehkräfte keine Verschiebebewegung des Verstärkungsbleches oder der Verstärkungsbleche gegen­ über dem Grundblech hervorrufen können. Gegebenenfalls ist hiermit auch eine freie Umformung möglich, so daß se­ parate Blechhalter für das Verstärkungsblech oder die Verstärkungsbleche nicht weiter erforderlich sind und auch zentral zum Grundblech angeordnet werden kann bzw. können. Um hingegen nach erfolgtem Umformvorgang dem Blechstrukturteil die ge­ wünschte Stabilität bzw. Festigkeit zu verleihen, wird schließlich das Verstärkungsblech oder die Verstärkungsbleche unlösbar mit dem Grund­ blech verbunden. Lediglich eine derartige innige Verbin­ dung zwischen Grundblech und Verstärkungsblech oder den Verstärkungsblechen nutzt die stabilitätssteigernden Eigenschaften einer erfindungsge­ mäß gefertigten Doppelblech- oder Mehrfachblechstruktur.

Somit wird deutlich, daß neben einer Doppelblech­ struktur, bestehend aus einem Grundblech und einem darauf liegenden Verstärkungsblech, in gleicher Weise auch eine 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 oder Verstärkungsbleche, 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 oder den Verstärkungsblechen eine geeignete Kunststoff- oder Metallfolie zwischenzulegen. Eine korrosionshemmende Wirkung kann ferner eine gleichzeitig als Verbindungsele­ ment wirkende Kleberschicht besitzen. Auch ist es mög­ lich, den Rand der Mehrfachblechstruktur bereits beim Auf­ bringen des Verstärkungsbleches oder der Verstärkungsbleche oder auch abschließend mittels einer Kleberraupe abzudichten.

Gegenstand des Patents ist ferner ein Blechstrukturteil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist. Dieses Blechstrukturteil, welches insbesondere großflächig und für eine Fahrzeugkarosserie geeignet ist oder für Fahrzeugachsen zum Einsatz kommt, besitzt dann partiell beispielsweise 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.

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

Das Verstärkungsblech die Verstärkungsbleche und/oder 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand dreier Prinzipskizzen erläutert.

Dabei zeigt

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

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein derartiges Blech­ strukturteil,

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

Gemäß Fig. 1 sind auf ein Grundblech 1 sind 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 des Grundbleches 1 eingebettet ist.

Fig. 3 zeigt ein umgeformtes Grundblech 1 mit einem Verstärkungs­ blech 2, 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 4 und Sicken 5 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 (5)

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

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen den aufeinanderliegenden Blechen (1, 2, 3a, 3b) Korrosionsschutzmaßnahmen durchgeführt werden.

3. Blechstrukturteil, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsblech (2) oder die Verstärkungsbleche (3a, 3b) nach der Umformung in einer konkaven Form des Grundbleches (1) eingebettet ist bzw. sind.

4. Blechstrukturteil, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verstärkungsble­ che (3a, 3b) mit abnehmender Flächengröße übereinan­ der angeordnet sind.

5. Blechstrukturteil, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsblech (2) oder die Verstärkungsbleche (3a, 3b) vor und nach dem Umformen eine Verstärkungsrippe (4) oder Sicke (5) aufweist bzw. aufweisen.