WO2002094639A1 - Verfahren zur herstellung eines strukturbauteils - Google Patents

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WO2002094639A1
WO2002094639A1 PCT/EP2002/005617 EP0205617W WO02094639A1 WO 2002094639 A1 WO2002094639 A1 WO 2002094639A1 EP 0205617 W EP0205617 W EP 0205617W WO 02094639 A1 WO02094639 A1 WO 02094639A1
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WO
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flanging
partial shells
adhesive
structural component
partial
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PCT/EP2002/005617
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Sammer
Udo Haenle
Josef Bachner
Franz Heilmeier
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D27/00Connections between superstructure or understructure sub-units
    • B62D27/02Connections between superstructure or understructure sub-units rigid
    • B62D27/026Connections by glue bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/11Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted with resilient means for suspension, e.g. of wheels or engine; sub-frames for mounting engine or suspensions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D27/00Connections between superstructure or understructure sub-units
    • B62D27/02Connections between superstructure or understructure sub-units rigid
    • B62D27/023Assembly of structural joints

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a structural component according to the preamble of claim 1.
  • Structural components such as motor carriers, are usually connected to one another from two partial shells made of sheet metal material along their flanges by spot welding or riveting. This creates elongated hollow bodies with a closed cross section.
  • the welding points or the rivets can be torn out in the event of a high peeling tension load.
  • the shell construction allows the installation of internals, such as bulkhead plates or bushings, in the interior of the structural component.
  • internals such as bulkhead plates or bushings
  • the object of the invention is to provide a method with which structural components which can withstand high mechanical loads can be produced in a cost-effective and rapid manner.
  • the main idea here is to connect the partial shells of the structural component along their flanges by flanging. This creates a continuous, linear connection along the flanges that, in contrast to spot-welded or riveted connections, extends over the entire length of the structural component. This results in a significant improvement compared to the connection methods mentioned, since only a small proportion of the flange is used for the connection in the case of welding points or rivets. In particular when stressed by peeling, the punctiform connection points can be torn open and thus the structural component can be separated.
  • the method according to the invention increases the rigidity and strength of structural components under loads perpendicular to the plane of the flange.
  • the line-shaped flare connection prevents the structural component from tearing open in the event of a crash, and a targeted folding of the closed hollow profile of the structural component is achieved, with a correspondingly high energy consumption.
  • the flanging method according to the invention is particularly suitable for elongated structural components, such as, for example, engine mounts or rear side members. With such carriers, the continuous flare connection along the elongated connection areas has a particularly positive effect.
  • the time required to produce a flare connection is significantly less than the time required to place a plurality of rivets along the connection flanges.
  • the flanging process is also characterized by a shorter cycle time.
  • the cycle time for the production of the structural components can thus be significantly reduced, in particular in the case of structural components made of light metals, in which a spot welding method is ruled out. Partial shells made of different materials can also be connected to one another.
  • Another advantage of the flanging process is the extremely low susceptibility of the flanging tools to failure, especially in comparison to riveting tools.
  • the use of flanging processes in the manufacture of vehicle components is known in principle.
  • the method according to the invention relates to components of the supporting structure, that is to say components that contribute to the basic rigidity of the body.
  • the basic stiffness is the global bending and torsional stiffness of the body, which is not significantly influenced by the flaps and doors.
  • the stiffening of the front structure of the body improves the driving behavior noticeably, in the form of a more precise steering behavior and greater precision of all steering maneuvers. This is due to the continuous linear connection of the component halves, which creates a higher rigidity compared to the point connection in the known rivet connections.
  • a “strength adhesive” is particularly advantageous to apply a “strength adhesive” to at least one connecting flange before the flanging.
  • the strength adhesive used increases the rigidity of the entire component, which has a particularly positive effect on driving behavior, as stated above.
  • the strength adhesive prevents that the flare connection opening opens perpendicularly to the flange plane. This ensures that the flared connection is retained over its entire length even in the event of a crash, and thus the structural component can dissipate a large amount of energy.
  • the adhesive surface also seals the connection surface against the ingress of water.
  • the method according to the invention further differs from known flanging methods on flaps and doors, as is known, for example, from DE 199 27 207 A1. While the adhesive is only used for flaps and doors to seal the flange fold, the strength adhesive used according to the invention makes a decisive contribution to increasing the basic rigidity of the supporting structure.
  • flanging has the advantage that the adhesive is not subject to any undesired heat input.
  • the adhesive burns in the area around the welding lens, resulting in a reduced effective area of the strength adhesive as well as health risks from the vapors generated.
  • the active surface of the adhesive is completely preserved during flanging. Due to the cold flared connection, there are basically no heat affected zones in the metal, so that the load-bearing capacity of the connection is increased compared to a welding process. This has a particularly positive effect on support components that are subjected to high loads in the event of a crash.
  • the joined structural component may be subjected as a single component, that is to say before inserting it into the body shell of the motor vehicle, to achieve a surface hardening of the adhesive.
  • This heat treatment takes place, for example, in a specially designed oven in the body-in-white ("body-in-white oven”).
  • the final curing of the adhesive then takes place by introducing the body-in-white into a paint drying oven, where the adhesive is tion reaches its final strength.
  • the upstream heat treatment gives the adhesive a "surface skin” and can therefore no longer be washed out in the KTL bath. In this way, contamination of the KTL bath and thus also contamination of the body shell to be coated are avoided.
  • the method according to the invention can be used in a particularly advantageous manner for support components which are composed of deep-drawn partial shells (claim 4).
  • Such partial shells can be manufactured with great freedom in terms of the component geometry.
  • the finished carrier component is characterized by uniform properties due to the uniform manufacturing process for the individual partial shells.
  • the method is also suitable for connecting partial shells produced in different ways, for example connecting a deep-drawn partial shell with an extruded profile component.
  • the structural component can be completed fully automatically in the press shop.
  • the preferably two partial shells which are brought into their shape in the preceding press stations, are provided with adhesive on an orientation station and finally joined to the finished structural component at the end of the press line by the tool inserted into the press flanging the flanges of the partial shells together combines.
  • the above-described relocation of the flanging from the shell to the press shop is particularly suitable for structural components that are just as simple as IHU components, so that the eggshells are already assembled in the press shop. can be set. If, on the other hand, internals such as bulkhead plates or bushings are required, it is more expedient to connect the partial shells to one another by flaring only after the internals have been inserted.
  • the flanging can also take place in a flanging device. Because of the simple geometry of the elongated structural components, a comparatively simple two- or three-dimensional device is sufficient. The use of an expensive robot for further degrees of freedom can usually be dispensed with when flaring the structural components.
  • the partial shells of support components in particular in the case of light metal materials, have significantly higher material thicknesses than is the case with non-load-bearing components, such as flaps and doors, due to the required rigidity.
  • the bending radii can be reduced, which is particularly important with the large material thicknesses used in order to achieve a sufficiently large overlapping adhesive surface in a small space.
  • the temperature in the area of the largest deformation is about 450 ° C.
  • the heat input must be limited to the line along the flare, with an expansion of only a few millimeters perpendicular to the flare.
  • a strong temperature gradient to the surroundings is achieved.
  • the heat can be introduced, for example, by elongated infrared radiators or induction coils. Both types of heat generating devices are characterized by low energy consumption and can also be accommodated in the flanging tool, with advantages in terms of direct heat input. If the heat source is integrated into the tool, the heat source must be insulated to prevent the entire tool from heating up and to reduce energy consumption. It is also possible to cool the tool in the area of the heat source, for example by means of a cooling liquid.
  • the partial shells can also be heated outside the tool, for example when the structural component is manufactured in a press line on an orientation station between two presses.
  • Another possibility is to preheat at least one of the partial shells to a temperature of about 70 to 90 ° C., so that the local heating in the area of the largest deformation can then take place more quickly.
  • This preheating of the entire shell can be carried out inside or outside the tool. If there is a combined cutting / forming tool, preheating also reduces the formation of tinsel when cutting aluminum.
  • the heat is preferably applied after the flanged flange has been bent by 90 ° before the final bending by 180 °.
  • the temperature control of the bending area can also be limited to the first bending process (folding by 90 °) or extended to both flaring steps.
  • Heating the flare not only facilitates the flanging process and keeps the material free of cracks.
  • the amount of heat introduced is sufficient to additionally pre-gel the adhesive. This means that the separate heat treatment described above in a "body-in-white furnace" for surface hardening of the adhesive can be dispensed with while the KTL bath is still kept clean.
  • the invention is illustrated in the drawing and is explained in more detail below. It shows:
  • FIG. 1 shows a structural component produced according to the invention in a perspective view, with an integrated representation of the cross section of the
  • FIG. 2 shows a flanging tool into which the structural component from FIG. 1 is inserted
  • Fig. 3 is an enlarged detail view of a flange area of the
  • FIGS. 4a to c are schematic cross sections of structural components produced according to the invention.
  • Fig. 1 shows a motor bracket 1, which consists of an upper and a lower shell
  • the two partial shells 2 and 3 are connected together over their entire length by flanging.
  • a connecting flange 7 running perpendicular to its longitudinal extent for connecting the mount 1 to the body of the motor vehicle.
  • the two partial shells 2 and 3 are provided with beads 8 over a portion of their length. Both partial shells 2 and 3 have a series of bores 9 and inserts 10.
  • FIG. 2 shows the final phase of the production of a structural component 1, as shown in FIG. 1, using the example of a tool 12a, 12b inserted into a press 11.
  • flange 5 of partial shell 3 is bent over flange 4 of partial shell 2 by upper tool 12a.
  • a radius 13 is provided on the tool 12b, which creates a so-called hollow flange 14.
  • Fig. 3 shows the connection area of the flanges 4 and 5 in more detail.
  • adhesive 23 is used, which, with the pressing of the two flanges 4 and 5, the remaining gap between the Fills flanges 4 and 5 and, after it has hardened, connects the flanges 4 and 5 to one another over a large area.
  • the adhesive 23 prevents the flare connection from being separated.
  • the flaring process is to be designed in such a way that the so-called “popping open” (i.e. the reshaping after completion of the flanging process) in the area of the contact surfaces between the flanges 4 and 5 a gap of at most 0.3 mm, ideally at most 0.1 to 0, 2 mm arises, which can be bridged by the adhesive 23.
  • "popping open” i.e. the reshaping after completion of the flanging process
  • "Betamate 1496" from Gurrit-Essex AG can be used as the adhesive 23.
  • the outside of the hollow flange 14, designated by 19, is preferably heated by a heat source 21, which is shown schematically in FIGS. 2 and 3, and specifically before the bending shown by 180 ° is carried out.
  • a heat source 21 which is shown schematically in FIGS. 2 and 3, and specifically before the bending shown by 180 ° is carried out.
  • the heat source 21 can also be arranged in a recess 22 in one or in both tools 12a or / and 12b, as shown in broken lines in FIG. 2.
  • the heat source 21 also has an elongated shape corresponding to the longitudinal extent of the structural component 1 and is arranged immediately adjacent to the flanged flanges 4 and 5 for heating directly and locally restricted to the regions 19 and 20.
  • the structural component 1 consists of a first partial shell 2 with a substantially U-shaped cross section with projecting fastening flanges 4, which is supplemented by a second partial shell 3 designed as a striking plate to form a closed hollow profile.
  • the lateral end regions of the partial shell 3 simultaneously form the connecting flanges 5, which in the present example in their initial state protrude beyond the flanges 4 and - as shown in broken lines - are bent by the flanging process in such a way that they cover the flanges 4 on the upper side.
  • the two partial shells 2 and 3 can also be L-shaped, with flanges 4 and 5 at the ends of the partial shells 4 and 5, respectively.
  • the division plane 6 can be placed in the vertical direction, based on the installation position of the structural component 1, in such a way that the flanges 4 and 5 in the division level 6 form contact surfaces for other components, such as a luggage compartment floor.

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Abstract

Zur Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit von Strukturbauteilen (1), die sich aus wenigstens zwei Teilschalen (2, 3) zusammensetzen, werden die Flansche (4, 5) der beiden Teilschalen (2, 3) unter Zwischenschaltung eines Festigkeitsklebers (23) durch ein Bördelverfahren miteinander verbunden. Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere für langgestrckte Trägerbauteile, wie beispielsweise Motorträger (1).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Strukturbauteile, wie beispielsweise Motorträger, werden üblicherweise aus zwei Teilschalen aus Blechmaterial entlang ihrer Flansche durch Punktschweißen oder Nieten miteinander verbunden. Hierdurch entstehen langgestreckte Hohlkörper mit einem geschlossenen Querschnitt. Bei den genannten punktförmigen Verbindungsarten kann es im Crashfall bei hoher Schälzugbelastung zu einem Ausreißen der Schweißpunkte bzw. der Nieten kommen.
Im Unterschied zur Herstellung von geschlossenen, einstückigen Strukturbauteilen durch das Innenhochdruckumformverfahren (IHU) besteht bei der Schalenbauweise die Möglichkeit, in das Innere des Strukturbauteils Einbauten, wie beispielsweise Schottbleche oder Buchsen einzubringen. Auch ist es im Unterschied zum IHU- Verfahren in Schalenbauweise in einfacher Weise möglich, an das Strukturbauteil endseitig einen Flansch zur Anbindung an die Karosserie anzubringen. Aus den genannten Gründen besteht bei den in der Regel kompliziert geformten und mit verschiedenen Einbauten versehenen Strukturbauteilen das Bedürfnis, die Schalenbauweise zu optimieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem mechanisch hoch belastbare Strukturbauteile in kostengünstiger und schneller Weise hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Kerngedanke ist es hierbei, die Teilschalen des Strukturbauteils entlang ihrer Flansche durch Bördeln miteinander zu verbinden. Hierdurch entsteht eine durchgehende, linienförmige Verbindung entlang der Flansche, die im Gegensatz zu Punktschweiß- oder Nietverbindungen über die gesamte Länge des Strukturbauteils trägt. Damit wird eine deutliche Verbesserung gegenüber den genannten Verbindύngs- verfahren erreicht, da bei Schweißpunkten oder Nieten lediglich ein geringer Anteil des Flansches zur Verbindung herangezogen wird. Insbesondere bei Beanspruchung durch Schälzug kann es zu einem Aufreißen der punktförmigen Verbindungsstellen und damit zu einem Auftrennen des Strukturbauteiles kommen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren hingegen wird die Steifigkeit und Festigkeit von Strukturbauteilen bei Belastungen senkrecht zur Ebene des Flansches erhöht.
Insbesondere wird durch die linienförmige Bördelverbindung ein Aufreißen des Strukturbauteils im Crashfall verhindert und ein gezieltes Falten des geschlossenen Hohlprofils des Strukturbauteils erreicht, mit entsprechend hoher Energieaufnahme. Das erfindungsgemäße Bördelverfahren bietet sich insbesondere bei langgestreckten Strukturbauteilen, wie zum Beispiel Motorträgern oder Hecklängsträgern, an. Bei derartigen Trägern wirkt sich die durchgehende Bördelverbindung entlang der langgestreckten Verbindungsbereiche besonders positiv aus.
Im Vergleich zum Nietverfahren ist es beim Bördeln möglich, den Flansch an einer der beiden Teilschalen schmäler auszuführen und hierdurch insgesamt Material und Gewicht einzusparen.
Die erforderliche Zeitdauer zur Herstellung einer Bördelverbindung ist deutlich niedriger als der Zeitaufwand zum Setzen einer Mehrzahl von Nieten entlang der Verbindungsflansche. Auch im Vergleich zum Punktschweißverfahren zeichnet sich das Bördelverfahren durch eine kürzere Taktzeit aus. Durch den Einsatz eines Bördelverfahrens kann somit insbesondere bei Strukturbauteilen aus Leichtmetallen, bei denen ein Punktschweißverfahren ausscheidet, die Taktzeit zur Herstellung der Strukturbauteile deutlich verringert werden. Auch können Teilschalen aus unterschiedlichen Materialien miteinander verbunden werden. Ein weiterer Vorteil des Bördelverfahrens liegt in der äußerst geringen Störanfälligkeit der Bördelwerkzeuge, insbesondere im Vergleich zu Nietwerkzeugen. Der Einsatz von Bördelverfahren bei der Herstellung von Fahrzeugbauteilen ist zwar grundsätzlich bekannt. Das Bördelverfahren wird bislang jedoch nur an nicht tragenden Außenhautbauteilen eingesetzt. Häufigste Anwendung ist das Verbinden von versteifenden Unterschalen mit der Außenhaut von Front- oder Heckklappen sowie Türen durch Bördeln. Bei den genannten Bauteilen erhöht die Unterschale die Eigenstabilität der flächigen Klappe. Den angeführten Außenhautbauteilen kommt nicht die Aufgabe zu, im Normalbetrieb des Fahrzeugs in nennenswertem Maße Kräfte zu übertragen.
Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei langgestreckten Strukturbauteilen, die eine tragende Funktion haben und insbesondere im Crashfall im Lastpfad liegen, die bekannten Fügetechniken „Schweißen" oder „Nieten" durch ein Bördelverfahren zu ersetzen, mit den oben angeführten Vorteilen. Damit betrifft das erfindungsgemäße Verfahren im Unterschied zu den bei Klappen und Türen angewandten Bördelverfahren Bauteile der tragenden Struktur, also solche Bauteile, die zur Grundsteifigkeit der Karosserie beitragen. Unter der Grundsteif ig keit versteht man die globale Biege- und Torsionssteifigkeit der Karosserie, die von Klappen und Türen nicht nennenswert beeinflusst wird. Durch das erfindungsgemäße Bördeln tragender Strukturbauteile wird eine deutliche Versteifung der Karosserie erreicht, mit Vorteilen auch hinsichtlich der fahrdynamischen Eigenschaften. Wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise bei den vorderen Längsträgern einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt, so verbessert sich durch die erreichte Versteifung des Vorderbaus der Karosserie das Fahrverhalten spürbar, und zwar in Form eines prä- ziseren Anlenkverhaltens und einer größeren Präzision aller Lenkmanöver. Dies hat seinen Grund in der durchgehenden linienförmigen Verbindung der Bauteilhälften, die im Vergleich zur punktförmigen Verbindung bei den bekannten Nietverbindungen eine höhere Steifigkeit schafft.
Gemäß Anspruch 2 ist es besonders vorteilhaft, vor dem Bördeln einen „Festigkeitsklebstoff" auf wenigstens einen Verbindungsflansch aufzutragen. Durch den eingesetzten Festigkeitsklebstoff erhöht sich die Steifigkeit des gesamten Bauteils, was sich insbesondere positiv auf dass Fahrverhalten auswirkt, wie obenstehend ausgeführt. Außerdem verhindert der Festigkeitsklebstoff, dass sich die Bördelverbin- dung bei einer Beanspruchung senkrecht zur Flanschebene öffnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Bördelverbindung über ihre gesamte Länge auch im Crashfall erhalten bleibt und somit das Strukturbauteil in hohem Maße Energie abbauen kann. Auch wird durch den Klebstoff die Verbindungsfläche gegen das Eindringen von Wasser abgedichtet.
Mit dem Einsatz eines Festigkeitsklebstoffs unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren weiter von bekannten Bördelverfahren an Klappen und Türen, wie beispielsweise aus der DE 199 27 207 A1 bekannt. Während bei Klappen und Türen der Klebstoff lediglich zur Abdichtung des Bördelfalzes eingesetzt wird, trägt der erfindungsgemäß eingesetzte Festigkeitskleber zur Erhöhung der Grundsteifigkeit der Tragstruktur entscheidend bei.
Als Klebstoffe kommen vor allem hochfeste und schubsteife Einkomponen- ten-Epoxidkleber in Frage (Anspruch 3).
Im Vergleich zur Fügetechnik des Punktschweißens mit Einsatz von Festigkeitsklebern ergibt sich beim Bördeln der Vorteil, dass der Klebstoff keinerlei unerwünschter Wärmeeinbringung unterliegt. Beim Punktschweißen verbrennt der Klebstoff im Be- reich um die Schweißlinse herum, mit der Folge einer reduzierten Wirkfläche des Festigkeitsklebers sowie gesundheitlichen Risiken durch die entstehenden Dämpfe. Demgegenüber bleibt beim Bördeln die Wirkfläche des Klebstoffes vollständig erhalten. Durch die kalte Bördelfügung entstehen im Metall grundsätzlich keine Wärmeeinflusszonen, so dass die Tragfähigkeit der Verbindung gegenüber einem Schweißverfahren erhöht wird. Dies wirkt sich insbesondere bei Trägerbauteilen, die im Crashfall hoch belastet werden, positiv aus.
Je nach Art des verwendeten Klebstoffes kann es sich anbieten, das gefügte Strukturbauteil als Einzelbauteil, also vor dem Einsetzen in die Rohkarosserie des Kraft- fahrzeuges, einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um eine Oberflächenhärtung des Klebstoffes zu erreichen. Diese Wärmebehandlung erfolgt beispielsweise in einem eigens hierfür vorgesehenen Ofen im Rohbau („Rohbau-Ofen"). Die endgültige Aushärtung des Klebstoffes erfolgt anschließend durch Einbringung der Rohkarosserie in einen Lacktrocknungs-Ofen, wo der Klebstoff durch Temperaturaushär- tung seine abschließende Festigkeit erreicht. Durch die vorgeschaltete Wärmebehandlung erhält der Klebstoff eine „Oberflächenhaut" und kann somit im KTL-Bad nicht mehr ausgeschwemmt werden. Auf diese Weise werden Verunreinigungen des KTL-Bades und damit auch Verunreinigungen der zu beschichtenden Rohka- rosserie vermieden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in besonders vorteilhafter Weise bei Trägerbauteilen anwenden, die sich aus tiefgezogenen Teilschalen zusammensetzen (Anspruch 4). Derartige Teilschalen können mit großen Freiheiten hinsichtlich der Bauteilgeometrie hergestellt werden. Durch das einheitliche Herstellverfahren für die einzelnen Teilschalen zeichnet sich das fertige Trägerbauteil durch gleichmäßige Eigenschaften aus. Grundsätzlich eignet sich das Verfahren aber auch zur Verbindung von in unterschiedlicher Weise hergestellten Teilschalen, beispielsweise der Verbindung einer tiefgezogenen Teilschale mit einem Strangprofil-Bauteil.
Besondere Vorteile ergeben sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Strukturbauteilen aus Leichtmetallen oder Leichtmetall-Legierungen, da hier das besonders zeitaufwendige Nietverfahren durch das Bördeln ersetzt werden kann (Anspruch 5).
Erfolgt gemäß Anspruch 6 das Bördeln am Ende einer Pressenstraße, so kann das Strukturbauteil bereits im Presswerk vollautomatisiert fertiggestellt werden. Hierbei werden die bevorzugt beiden Teilschalen, die in den vorangehenden Pressenstationen in ihre Form gebracht werden, auf einer Orientierstation mit Klebstoff versehen und abschließend am Ende der Pressenstraße zu dem fertigen Strukturbauteil gefügt, indem das in die Presse eingesetzte Werkzeug die Flansche der Teilschalen mittels Bördeln miteinander verbindet. Hierdurch entfällt der Handhabungsaufwand, der im Rohbau dadurch anfallen würde, dass die als Halbzeuge zur Verfügung gestellten Teilschalen von Hand eingelegt und das fertige Strukturbauteil wiederum von Hand entnommen werden muss.
Die oben beschriebene Verlagerung des Bördelns vom Rohbau in das Presswerk eignet sich vor allem für solche Strukturbauteile, die ähnlich einfach wie IHU-Bauteile aufgebaut sind, so dass die Teiischalen bereits im Presswerk zusam- mengesetzt werden können. Sind hingegen Einbauten, wie beispielsweise Schottbleche oder Buchsen erforderlich, ist es zweckmäßiger, die Teilschalen nach dem Einsetzen der Einbauten erst im Rohbau durch Bördeln miteinander zu verbinden.
Selbstverständlich kann das Bördeln auch in einer Bördelvorrichtung erfolgen. Wegen der einfachen Geometrie der langgestreckten Strukturbauteile ist eine vergleichsweise einfache zwei- oder dreidimensional arbeitende Vorrichtung ausreichend. Auf den Einsatz eines teuren Roboters für weitere Freiheitsgrade kann beim Bördeln der Strukturbauteile in der Regel verzichtet werden.
Die Teilschalen von Trägerbauteilen weisen insbesondere bei Leichtmetallwerkstoffen auf Grund der geforderten Steifigkeit deutlich höhere Materialstärken auf als dies bei nicht tragenden Bauteilen, wie zum Beispiel Klappen und Türen, der Fall ist. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Teilschalen vor und/oder während des Bördelns lokal zumindest im Bereich der größten Umformung zu erwärmen. Hierdurch wird der Neigung zur Rissbildung im hoch beanspruchten Biegebereich an der Außenseite des Biegeradius entgegengewirkt. Außerdem können die Biegeradien reduziert werden, was gerade bei den verwendeten großen Materialstärken von entscheidender Bedeutung ist, um bei geringem Platzbedarf eine ausreichend große überlappende Klebefläche zu erreichen.
Zur Optimierung des Bördelvorgangs bei Aluminiumblechen beträgt die Temperatur im Bereich der größten Umformung etwa 450°C. Damit diese starke Erhitzung nur lokal erfolgt, muss der Wärmeeintrag auf die Linie entlang des Bördelfalzes begrenzt werden, mit einer Ausdehnung von nur wenigen Millimetern senkrecht zum Bördelfalz. Durch die Einbringung einer möglichst kleinen Wärmemenge wird ein starkes Temperaturgefälle zur Umgebung erreicht. Außerdem ist darauf zu achten, dass die erforderliche Wärmeenergie in kurzer Zeit eingebracht wird. Durch diese Maßnahmen wird verhindert, dass sich zum Beispiel bei Aluminium trotz dessen hohen Wärmeleitkoeffizienten die Wärmeenergie bis in den Bereich der Klebefläche ausbreitet. Temperaturen von etwa 200°C stellen für die in Frage kommenden Festigkeitsklebstoffe die absolute Obergrenze dar. Im Bereich der starken Wärmeeinbringung wird kein Klebstoff auf die Teilschale aufgetragen, da der Klebstoff hier verbrennen würde. Die Wärme kann beispielsweise durch langgestreckte Infrarot-Strahler oder Induktionsspulen eingebracht werden. Beide Arten von Wärmeerzeugungseinrichtungen zeichnen sich durch geringen Energiebedarf aus und können auch im Bördelwerkzeug untergebracht werden, mit Vorteilen hinsichtlich eines direkten Wärmeeintrags. Im Fall der Integration der Wärmequelle in das Werkzeug ist zur Verhinderung der Erwärmung des gesamten Werkzeuges und zur Reduktion des Energieverbrauchs eine Isolation der Wärmequelle erforderlich. Ferner ist es möglich, das Werkzeug im Bereich der Wärmequelle beispielsweise durch eine Kühlflüssigkeit zu kühlen.
Die Erwärmung der Teilschalen kann auch außerhalb des Werkzeugs erfolgen, zum Beispiel bei der Herstellung des Strukturbauteils in einer Pressenlinie auf einer Orientierstation zwischen zwei Pressen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, wenigstens eine der Teilschalen auf eine Temperatur von etwa 70 bis 90° C vorzuwärmen, damit anschließend die lokale Erwärmung im Bereich der größten Umformung schneller erfolgen kann. Diese Vorwärmung der gesamten Teilschale kann innerhalb oder außerhalb des Werkzeuges vorgenommen werden. Liegt ein kombiniertes Schneide-/Umformwerkzeug vor, wird mit der Vorwärmung auch die Flitterbildung beim Schneiden von Aluminium reduziert.
Die Wärmeeinbringung erfolgt bevorzugt nach dem Abkanten des Bördelfiansches um 90°, bevor das endgültige Umbiegen um 180° erfolgt. Die Temperierung des Biegebereiches kann jedoch auch auf den ersten Biegevorgang (Abkanten um 90°) beschränkt werden oder auf beide Bördelschritte ausgedehnt werden.
Durch das Erwärmen des Bördelfalzes wird nicht nur der Bördelvorgang erleichtert und das Material frei von Rissen gehalten. Die eingebrachte Wärmemenge reicht aus, um zusätzlich ein Vorgelieren des Klebstoffes zu bewirken. Damit kann die oben beschriebene separate Wärmebehandlung in einem „Rohbau-Ofen" zur Oberflächenhärtung des Klebstoffes entfallen, bei dennoch gewährleisteter Reinhaltung des KTL-Bades. Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäß hergestelltes Strukturbauteil in perspektivi- scher Ansicht, mit integrierter Darstellung des Querschnitts des
Strukturbauteils,
Fig. 2 ein Bördelwerkzeug, in das das Strukturbauteil von Fig. 1 eingesetzt ist,
Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht eines Flanschbereiches des
Strukturbauteils von Fig.1 und
Fig. 4a bis c schematische Querschnitte erfindungsgemäß hergestellter Strukturbauteile.
Fig. 1 zeigt einen Motorträger 1 , der aus einer oberen und einer unteren Teilschale
2 bzw. 3 zusammengesetzt ist. Die Flansche 4 bzw. 5 der beiden Teilschalen 2 und
3 sind über ihre gesamte Länge durch Bördeln miteinander verbunden. Am Endab- schnitt des Motorträgers 1 ist ein senkrecht zu seiner Längserstreckung verlaufender Verbindungsflansch 7 zur Anbindung des Trägers 1 an die Karosserie des Kraftfahrzeuges vorgesehen. Die beiden Teilschalen 2 und 3 sind über einen Teilbereich ihrer Länge mit Sicken 8 versehen. Beide Teilschalen 2 und 3 weisen eine Reihe von Bohrungen 9 und Einsätzen 10 auf.
Fig. 2 zeigt am Beispiel eines in eine Presse 11 eingesetzten Werkzeuges 12a, 12b die Endphase der Herstellung eines Strukturbauteils 1, wie in Fig. 1 dargestellt. Hierbei wird durch das obere Werkzeug 12a der Flansch 5 der Teilschale 3 auf den Flansch 4 der Teilschale 2 umgebogen. Am Werkzeug 12b ist hierbei ein Radius 13 vorgesehen, der einen so genannten Hohlbördel 14 erzeugt.
Fig. 3 zeigt den Verbindungsbereich der Flansche 4 und 5 näher. An den Kontaktflächen zwischen den Flanschen 4 und 5 ist Klebstoff 23 eingesetzt, der mit dem Verpressen der beiden Flansche 4 und 5 den verbleibenden Restspalt zwischen den Flanschen 4 und 5 ausfüllt und nach seiner Aushärtung die Flansche 4 und 5 flächig miteinander verbindet. Durch den Klebstoff 23 wird ein Auftrennen der Bördelverbindung verhindert.
Der Bördelvorgang ist so auszulegen, dass durch das so genannte "Aufspringen" (also die Rückverformung nach Abschluss des Bördelvorgangs) im Bereich der Kontaktflächen zwischen den Flanschen 4 und 5 ein Spalt von höchstens 0,3 mm, idealerweise höchstens 0,1 bis 0,2 mm entsteht, der durch den Klebstoff 23 überbrückt werden kann. Als Klebstoff 23 kann beispielsweise "Betamate 1496" der Fa. Gurrit-Essex AG verwendet werden.
Bevorzugt wird die mit 19 bezeichnete Außenseite des Hohlbördels 14 von einer in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellten Wärmequelle 21 erhitzt, und zwar bevor die dargestellte Umbiegung um 180° vorgenommen wird. Hierdurch wird einer Schädigung des Bereiches 19 an der Außenseite sowie eines Bereiches 20 an der Innenseite des Hohlbördels 14, also dort, wo bei der Umformung die größten Zugbzw. Druckspannungen auftreten, entgegengewirkt. Außerdem kann durch die Erwärmung kann der Radius des Hohlbördels 14 verkleinert werden, mit Vorteilen hinsichtlich des Bauraums und/oder der Größe der Klebefläche.
Alternativ zu der Anordnung der Wärmequelle 21 außerhalb der Werkzeuge 12a und 12b kann die Wärmequelle auch in einer Ausnehmung 22 in einem oder in beiden Werkzeugen 12a oder/und 12b angeordnet sein, wie in Fig. 2 mit strichlierten Linien eingezeichnet.
Die Wärmequelle 21 hat entsprechend der Längserstreckung des Strukturbauteils 1 ebenfalls eine längliche Form und ist zur direkten und lokal auf die Bereiche 19 und 20 beschränkten Erwärmung unmittelbar benachbart zu den Bördelflanschen 4 und 5 angeordnet.
Die Fig. 4a bis 4c zeigen beispielhaft Möglichkeiten des grundsätzlichen Aufbaus langgestreckter. Strukturbauteile 1 , die sich jeweils aus zwei Teilschalen 2 und 3 zusammensetzen. Gemäß Fig. 4a besteht das Strukturbauteil 1 aus einer im Querschnitt im Wesentlichen U-förmigen ersten Teilschale 2 mit abstehenden Befestigungsflanschen 4, das durch eine als Schließblech ausgeführte zweite Teilschale 3 zu einem geschlossenen Hohlprofil ergänzt wird. Die seitlichen Endbereiche der Teilschale 3 bilden hier- bei gleichzeitig die Verbindungsflansche 5, die im vorliegenden Beispiel in ihrem Ausgangszustand über die Flansche 4 hinausstehen und - wie strichliert dargestellt, durch den Bördelvorgang so umgebogen werden, dass sie die Flansche 4 oberseitig überdecken.
Gemäß Fig. 4b können die beiden Teilschalen 2 und 3 auch L-förmig ausgebildet sein, mit Flanschen 4 und 5 jeweils an den Enden der Teilschalen 4 und 5.
Bei Strukturbauteilen 1 nach Fig. 4c, die sich aus zwei jeweils U-förmigen Teilschalen 2 und 3 zusammensetzen, kann die Teilungsebene 6 in vertikaler Richtung, be- zogen auf Einbaulage des Strukturbauteils 1 , so gelegt werden, dass die Flansche 4 und 5 in der Teilungsebene 6 Anlageflächen für andere Bauteile, wie beispielsweise einen Gepäckraumboden, bilden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines StrukturbauteilsPatentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines langgestreckten Trägerbauteils, das sich aus wenigstens zwei Teilschalen zusammensetzt, die entlang von Flanschen miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschalen (2, 3) des Strukturbauteils (1) durch Bördeln miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bördeln auf wenigstens einen Flansch (4, 5) ein Klebstoff (23) aufgetragen wird, der nach dem Aushärten hochfest und hochsteif ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebstoff (23) ein Einkomponen- ten-Epoxidkleber eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Teilschalen (2, 3) durch ein Tiefziehverfahren hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilschale (2, 3) von einer Leichtmetall-Legierung gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bördeln in einer Abschlussstation (11) einer Pressenstrasse erfolgt, im unmittelbaren Anschluss an die Herstellung der Teilschalen (2, 3).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (23) auf einer Orientierstation vor der Abschlussstation (11) automatisiert auf die Flansche (4, 5) der Teilschalen (2, 3) aufgetragen wird.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teilschalen (3) vor und/oder während des Bördelns erwärmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung lokal auf den linienförmigen Bereich (19, 20) der größten Umformung durch das Bördeln beschränkt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung eine wärmeerzeugende Einrichtung (21) vorgesehen ist, die außerhalb eines Werkzeuges (12a, 12b) oder einer Bördelvorrichtung angeordnet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung eine wärmeerzeugende Einrichtung (21) vorgesehen ist, die in einer Ausnehmung (22) eines Werkzeuges (12a, 12b) angeordnet ist.
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