Die vorliegende Erfindung betrifft eine Falzverbindung zwischen
einem Außenblech und einem Innenblech, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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.
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.
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.
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.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung 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.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Falzverbindung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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.
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.
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.
Zweckmäßigerweise ist das Innenblech als gezogenes Blechteil,
insbesondere aus einer Stahl-, Magnesium- oder Aluminiumlegierung,
oder als Gußteil, insbesondere als Magnesium- oder Aluminiumdruckgußteil,
ausgeführt.
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.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Falzverbindung, für die selbständig Schutz begehrt
wird, weist das Innenblech in einem Randabschnitt, welcher im
wesentlichen dem Biegeabschnitt des Außenbleches gegenüberliegt,
eine geringere Dicke auf als außerhalb dieses Bereiches.
Mit dieser Maßnahme sind die erzielbaren Biegeradien gegenüber
dem Stand der Technik noch weiter verkleinerbar.
Zweckmäßigerweise ist der Randabschnitt mittels einer in dem
Innenblech ausgebildeten Stufe begrenzt. Eine derartige Stufe
ist in einfacher Weise in ein Blech einbringbar.
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.
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.
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 α verläuft. Hierdurch
ist die erfindungsgemäße Falzverbindung in einfacher Weise
herstellbar.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand
der beigefügten Zeichnung im einzelnen beschrieben. In dieser
zeigt bzw. zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Seitenansicht einer Werkzeuganordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu
Beginn des Vorfalzens des Außenbleches,
- Fig. 2 a bis d
- schematische Seitenansichten einer Werkzeuganordnung
während des Falzens und der Reduzierung des
Biegeradius des Außenbleches, wobei in Fig. 2d eine erste
bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Falzverbindung dargestellt ist, und
- Fig. 3
- eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Falzverbindung in seitlicher Ansicht.
In den Fig. 1 bis 2d sind die erfindungsgemäß aufeinanderfolgenden
Schritte zur Herstellung einer Falzverbindung, beispielsweise
für die Tür eines Kraftfahrzeugs, dargestellt.
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.
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 Fig. 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 Fig. 2 ist ferner die Vorfalzplatte 7 durch ein
winkelförmiges Falzwerkzeug bzw. eine Fertigfalzplatte 5 ersetzt,
mittels derer der weitere Falzvorgang durchgeführt wird.
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 (Fig. 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.
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 (Fig. 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.
Die Fertigfalzplatte 5 weist einen bezüglich des ungebogenen
Abschnitts des Außenbleches 1 schräg verlaufenden Abschnitt 5a
auf. Diese Abschnitt 5a beaufschlagt während des in Fig. 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 Fig. 2d dargestellt
ist.
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 Fig.
2a gestrichelt umrandet ist. Bei Verwendung einer Fertigfalzplatte
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.
In Fig. 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.