WO2015032693A1

WO2015032693A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von verbindungsbereichen von verbundblechen

Info

Publication number: WO2015032693A1
Application number: PCT/EP2014/068330
Authority: WO
Inventors: Azeddine Chergui; Jürgen Goldmann; Mustafa Al
Original assignee: Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-03-12
Also published as: KR20160052633A; US10286610B2; JP2016534910A; JP6454347B2; DE102013109686A1; EP3041678A1; CN105517801A; US20160200041A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsbereichs eines Sandwichblechs (2), welches zwei metallische Deckschichten (2a, 2b) und eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete, aus einem Kunststoff bestehende Kernschicht (2c) aufweist, wobei der Verbindungsbereich zum Verbinden des Sandwichblechs (2) mit einem weiteren Bauteil oder Blech unter Verwendung von Befestigungsmitteln oder einer Schweißverbindung geeignet ist. Im Verbindungsbereich werden Mittel (6) zur Verdrängung des Kunststoffes der Kernschicht (2c) aus dem Verbindungsbereich angeordnet, die zur Verdrängung des Kunststoffes vorgespannt werden, so dass eine vorbestimmte Kraft senkrecht zur Oberfläche des Verbindungsbereichs des Sandwichblechs ausgeübt wird. Die Kernschicht des Sandwichblechs wird erwärmt, so dass beim Erweichen des Kunststoffs der Kernschicht des Sandwichblechs durch die Kraft der Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes die metallischen Deckschichten (2a, 2b) des Sandwichblechs in dem Verbindungsbereich durch zumindest teilweises Verdrängen des Kunststoffes in Kontakt gebracht werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungsbereichen von

Verbundblechen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines

Verbindungsbereichs eines Sandwichblechs, welches mindestens zwei metallische Deckschichten und mindestens eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete, aus einem Kunststoff bestehende Kernschicht aufweist, wobei der mindestens eine Verbindungsbereich zum Verbinden des Sandwichblechs mit einem weiteren Bauteil oder Blech unter Verwendung von Befestigungsmitteln oder einer Schweißverbindung geeignet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine

Vorrichtung zur Herstellung mindestens eines Verbindungsbereichs in einem

Sandwichblech, insbesondere zur Herstellung mindestens eines Verbindungsbereichs umfassend mindestens eine Öffnung im Sandwichblech, mit mindestens einer Aufnahme für das Sandwichblech und Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes aus dem mindestens einen Verbindungsbereich.

Sandwichbleche, welche üblicherweise zwei äußere metallische Deckbleche und mindestens eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete,

nichtmetallische Kernschicht aufweisen, welche vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff besteht, werden verwendet, um Verbundblechteile bereitzustellen, welche Eigenschaften aufweisen, die sich bei einem Blech aus Vollmaterial zumeist gegenseitig ausschließen. Ein Sandwichblech ermöglicht beispielsweise trotz seines geringen Gewichts eine lokal sehr gute Steifigkeit und kann gleichzeitig sehr gute Schalldämpfungseigenschaften bereitstellen. Auch hohe Zugfestigkeiten bei gleichzeitig verringertem Gewicht können über Sandwichbleche realisiert werden. Viele Anwendungen erfordern es, dass diese Sandwichbleche mit anderen Blechteilen oder Bauteilen verbunden werden müssen. Die häufig bei Blechen angewendeten Fügeverfahren, wie Schmelzschweißen oder Löten, verursachen allerdings Probleme aufgrund ihres hohen Wärmeeintrags in die Sandwichbleche. Die üblicherweise eingesetzte thermoplastische Kunststoffschicht schmilzt zumindest teilweise auch in umliegenden Bereichen der Befestigung auf oder wird anders durch den hohen Wärmeeintrag geschädigt. Zum Verbinden von einem Sandwichblech mit einem weiteren Bauteil kann aber auch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung unter Verwendung eines Befestigungsmittels, beispielsweise einer Schraube oder einer Niet, verwendet werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei

Schraubverbindungen oder Nietverbindungen aufgrund des Kriechverhaltens der nichtmetallischen, in der Regel aus Kunststoff bestehenden Kernschicht eine dauerhafte Festigkeit dieser Verbindungen nicht gewährleistet werden kann. Die Haltekraft, welche das Sandwichblech der Niet oder der Schraube entgegenbringen muss, nimmt aufgrund des Kriechverhaltens des Kunststoffes ab. Als Folge respektive durch den Verlust der Vorspannkraft lockert sich die Verbindung zwischen

Sandwichblech und Blech bzw. Bauteil. Von diesem Problem ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung mindestens eines Verbindungsbereiches eines Sandwichblechs vorzuschlagen, mit welchem bzw. mit welcher es möglich ist, einen Verbindungsbereich in ein Sandwichblech zu schaffen, der zum Verbinden des Sandwichblechs mit einem weiteren Bauteil oder Blech über eine Schweißverbindung oder über Befestigungsmittel geeignet ist, d.h. dauerhaft eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Sandwichblech und Blech (Vollblech oder Sandwichblech) bzw. Bauteil über Befestigungsmittel ermöglicht. Darüber hinaus soll der Verbindungsbereich möglichst wirtschaftlich und

prozesssicher hergestellt werden.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren dadurch gelöst, dass in mindestens einem

Verbindungsbereich Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes der Kernschicht aus dem Verbindungsbereich angeordnet werden, die Mittel zur Verdrängung des

Kunststoffes vorgespannt werden, so dass eine vorbestimmte Kraft senkrecht zur

Oberfläche des mindestens einen Verbindungsbereichs des Sandwichblechs ausgeübt wird, die Kernschicht des Sandwichblechs erwärmt wird, so dass beim Erweichen des Kunststoffs der Kernschicht des Sandwichblechs durch die Kraft der Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes die metallischen Deckschichten des Sandwichblechs in mindestens einem Verbindungsbereich durch zumindest teilweises Verdrängen des Kunststoffes in Kontakt gebracht werden.

Durch die Verwendung von Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes der

Kernschicht, welche vorgespannt werden können, kann die Herstellung von

Verbindungsbereichen in Sandwichblechen unabhängig von der Bereitstellung kostenintensiver Umformwerkzeuge erfolgen. Hierdurch können Kosten zur

Bereitstellung der Verbindungsbereiche erheblich reduziert werden und die

Flexibilität bei der Anordnung der Verbindungsbereiche gesteigert werden. Die Verbindungsbereiche können für Schweißverbindungen aber auch für andere dauerhafte Verbindungen zwischen dem Sandwichblech und weiteren Bauteilen unter Verwendung von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben oder Nieten verwendet werden.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst daher der

Verbindungsbereich eine Öffnung des Sandwichblechs, wobei im Randbereich der Öffnung die metallischen Deckschichten durch Verdrängung des Kunststoffes zumindest teilweise in Kontakt gebracht werden. Hierdurch können beispielsweise für Schraubverbindungen geeignete Öffnungen in einem Sandwichblech dadurch bereitgestellt werden, dass der im Wesentlichen metallische Randbereich der Öffnung zum Aufbau der Haltekräfte der Schraubverbindung genutzt werden kann.

Werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens eine Mehrzahl an Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes in einer Mehrzahl an Verbindungsbereichen angeordnet und gleichzeitig in einer Mehrzahl an Verbindungsbereichen im

Sandwichblech die metallischen Deckschichten zumindest teilweise in Kontakt gebracht, kann das Verfahren in Bezug auf seine Wirtschaftlichkeit weiter verbessert werden. Dies wird insbesondere durch die Verwendung der vorgespannten Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes ermöglicht. Diese können nämlich vor dem Erwärmen des Kunststoffes der Kernschicht positioniert und vorgespannt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden in mindestens einem

Verbindungsbereich eine metallische Deckschicht oder beide metallischen

Deckschichten verformt. Wird beispielsweise nur eine metallische Deckschicht verformt, kann die andere metallische Deckschicht mit ihrer äußeren Fläche in der Ebene des Sandwichblechs verbleiben, so dass der Verbindungsbereich nur auf einer Seite des Sandwichblechs zu einer lokalen Vertiefung des Sandwichblechs führt.

Andererseits können auch beide metallische Deckschichten verformt werden, so dass der metallische Bereich, welcher beispielsweise für eine Schraubverbindung genutzt wird, sowohl in der Ebene zwischen den beiden metallischen Deckschichten angeordnet sein kann als auch außerhalb der Ebenen der beiden metallischen

Deckschichten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Sandwichblech zunächst in eine Aufnahme eingelegt, mindestens ein Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes auf der der Aufnahme abgewandten Seite des Sandwichblechs im Bereich des herzustellenden Verbindungsbereichs positioniert, über Formschluss- und/oder Kraftschlussmittel eine für die Kraftübertragung geeignete Verbindung zwischen den Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes und dem Sandwichblech über die Aufnahme hergestellt, die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes vorgespannt und die

Kernschicht des Sandwichblechs zumindest im Bereich des Verbindungsbereiches bis zum Erweichen erwärmt. Durch die Verwendung einer Aufnahme für die

Sandwichbleche können die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes auf der der Aufnahme abgewandten Seite des Sandwichblechs deutlich genauer positioniert werden. Auch die Formschluss- und/oder Kraftschlussmittel, welche über die

Aufnahme eine Kraftübertragung von den Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes auf das Sandwichblech gewährleisten, können zur Positionierung der Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes bzw. des Sandwichblechs verwendet werden. Das Erwärmen des Sandwichblechs kann auf einfache Weise in der Aufnahme erfolgen. Darüber hinaus können die Verbindungsbereiche durch eine entsprechende

Ausgestaltung der Aufnahme in den Verbindungsbereichen unterschiedlich ausgeformt werden, so dass beispielsweise in verschiedenen Verbindungsbereichen beide metallischen Deckschichten oder nur eine der metallischen Deckschichten bei Verdrängung des Kunststoffes verformt wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Kernschicht des Sandwichblechs unter Verwendung von Mitteln zur konvektiven, konduktiven oder radiativen Wärmeübertragung erwärmt. Mittel zur konvektiven Wärmeübertragung, beispielsweise Heißluftgebläse, können sehr schnell und effizient die Wärme auf die metallischen Deckschichten des Sandwichblechs übertragen. Aufgrund der guten Wärmeleitung wird die Wärme der metallischen Deckschichten schnell an die aus Kunststoff bestehende Kernschicht des Sandwichblechs weitergeleitet. Eine konduktive Wärmeübertragung kann beispielsweise über in der Aufnahme vorgesehene Heizelemente erfolgen, welche sehr präzise in der Temperatursteuerung sind. Radiative Wärmeübertragung ist kontaktlos und kann beispielsweise über Infrarot-Strahler, LEDs oder auch andere elektromagnetische Strahlungsquellen bereitgestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Kernschicht des Sandwichblechs unter Verwendung von Ultraschallschwingungen erwärmt. Die Verwendungen von Ultraschallschwingungen kann insbesondere aufgrund des unterschiedlichen Schallleitvermögens der Werkstoffe Metall und Kunststoff zu einer sehr präzisen Erwärmung der Kernschicht des Sandwichblechs führen.

Vorzugsweise verdrängen die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes unter

Verwendung eines senkrecht zur Sandwichblechoberfläche geführten Stempels den Kunststoff aus dem Verbindungsbereich, wobei optional der Stempel eine

Ausnehmung zur Aufnahme des verdrängten Kunststoffes aufweist. Die Führung des Stempels ermöglicht es, die Kraft auf das Sandwichblech zur Verdrängung des Kunststoffes gleichmäßig und präzise einzuleiten. Hierdurch wird der gesamte Bereich, welcher im Eingriff des Stempels steht, mit einer vordefinierten Kraft beaufschlagt, so dass sehr präzise der Kunststoff aus dem gesamten vom Stempel erfassten Bereich herausgedrückt wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Kraft der Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes zumindest teilweise pneumatisch, hydraulisch und/oder über eine mechanische Feder erzeugt. Pneumatische und hydraulische Erzeugung der Kraft der Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes kann auf einfache Weise gesteuert werden, so dass beispielsweise bei der Verwendung einer Mehrzahl an Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes in einer Mehrzahl an

Verbindungsbereichen eine identische Kraft auf einfache Weise auf das

Sandwichblech in jedem Verbindungsbereich angewendet werden kann. Die

Verwendung einer mechanischen Feder stellt eine besonders einfache und

kostengünstige Bereitstellung der Kraft zur Verdrängung des Kunststoffes aus dem Verbindungsbereich dar.

Werden die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes über Führungsmittel der

Aufnahme des Sandwichblechs geführt positioniert, kann die Positioniergenauigkeit der Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes weiter erhöht werden. Als

Führungsmittel können beispielsweise Stifte, welche in der Aufnahme angeordnet sind, dienen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden eine Mehrzahl von Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes über Positioniermittel gleichzeitig positioniert, wobei die Positioniermittel die Position der einzelnen Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes vorbestimmen und als Formschluss- und/oder Kraftschlussmittel eine für die Kraftübertragung geeignete Verbindung zwischen den Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes und dem Sandwichblech über die Aufnahme des Sandwichblechs herstellen. Entsprechende Positioniermittel können beispielsweise ein einfaches Profil sein, in welchem eine Mehrzahl an Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes angeordnet sind und das Profil in dazu vorgesehenen Formschluss- bzw. Kraftschlussmitteln der Aufnahme im Eingriff stehend positioniert wird. Hierdurch wird es möglich, eine Vielzahl an Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes gleichzeitig zu positionieren. Der Arbeitsaufwand zur Bereitstellung des Sandwichblechs zur Einbringung der Verbindungsbereiche kann dadurch verringert werden.

Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Mittel zur

Verdrängung des Kunststoffes mit einer vorbestimmten Kraft vorspannbar sind und die vorbestimmte Kraft auf das Sandwichblech ausgeübt werden kann, so dass bei Erweichen des Kunststoffes der Kernschicht des Sandwichblechs der Kunststoff über die vorgespannten Mittel zum Verdrängen des Kunststoffes aus dem

Verbindungsbereich verdrängt werden kann.

Durch die mit einer vorbestimmten Kraft vorspannbaren Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes ist es möglich, einen oder mehrere Verbindungsbereiche im

Sandwichblech zu schaffen, welche einerseits eine Schweißverbindung ermöglichen, beispielsweise eine Punktschweißung oder Öffnungen mit metallischem Rand für die Verwendung von Befestigungsmitteln durch einen einfachen Erwärmungsprozess der Kernschicht bereitzustellen. Vorspannbar im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes nach deren Positionierung im Verbindungsbereich des Sandwichblechs derart aktivierbar sind, dass diese eine Kraft auf das Sandwichblech ausüben, welche ausreicht, den Kunststoff aus der Kernschicht des Sandwichblechs bei Erwärmung des Kunststoffes zu verdrängen. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes zunächst in nicht vorgespanntem Zustand einfach und genau zu positionieren. Nach der Positionierung kann durch Vorspannen der Mittel zur Verdrängung des

Kunststoffes die Kraft auf den Verbindungsbereich des noch nicht erwärmten Sandwichblechs ausgeübt werden. Der Verdrängungsprozess kann so gleichzeitig auf mehrere erwärmte Verbindungsbereiche des Sandwichblechs erstreckt werden.

Vorzugsweise weisen die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes Mittel zur pneumatischen, hydraulischen und/oder federelastischen Erzeugung der

vorbestimmten Kraft auf. Pneumatische oder hydraulische Mittel zur Erzeugung der vorbestimmten Kraft sind zwar komplexer im Aufbau als federelastische Mittel, sie können allerdings auf besonders einfache Weise vorgespannt werden. Federelastische Mittel zu Erzeugung der vorbestimmten Kraft bestehen beispielsweise aus einer mechanischen Feder und weisen daher einen besonders einfachen Aufbau auf. Sie sind daher besonders kostengünstig.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Aufnahme des

Sandwichblechs als Klemmvorrichtung ausgebildet, wobei die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes in der Klemmvorrichtung integriert sind. Die als Klemmvorrichtung ausgebildete Aufnahme kann beispielsweise federelastische Mittel aufweisen, welche den herzustellenden Verbindungsbereich, zwischen zwei Aufnahmeplatten einklemmt und mit einer Kraft beaufschlagt, so dass bei Erwärmen der Kernschicht diese entsprechend verformt wird. Hierdurch können beispielsweise Randbereiche von Sandwichblechen besonders einfach mit entsprechenden Verbindungsbereichen ausgestattet werden.

Vorzugsweise sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes einzeln oder in Gruppen auf der Aufnahme des Sand wichblechs positionierbar und weisen einen senkrecht zur Oberfläche des Sandwichbleches bewegbaren Stempel auf, welcher pneumatisch, hydraulisch oder über eine mechanische Feder vorspannbar ist. Durch entsprechende Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes können an verschiedenen Positionen des Sandwichblechs

Verbindungsbereiche mit geringem Aufwand hergestellt werden. Die

Stempelgeometrie kann dabei an die herzustellenden Verbindungsbereiche angepasst werden, so dass beispielsweise auch unterschiedliche geometrisch ausgeprägte Verbindungsbereiche unter Verwendung einzelner oder in Gruppen auf der Aufnahme des Sandwichblechs positionierbarer Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes hergestellt werden können. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Aufnahme des

Sandwichblechs Prägebereiche im Bereich von herzustellenden

Verbindungsbereichen des Sandwichblechs auf, so dass beispielsweise bei der

Verwendung der auf der Aufnahme des Sandwichblechs positionierbaren Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes in den Verbindungsbereichen die Ausformung der metallischen Deckschichten des Sandwichblechs über die Prägebereiche gesteuert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung können Mittel zur Erwärmung der Kernschicht des Sandwichblechs vorgesehen sein, so dass die Vorrichtung als solche bereits ohne zusätzliche weitere Einrichtungen in der Lage ist, die

Verbindungsbereiche nach dem Vorspannen der Mittel zur Verdrängung des

Kunststoffes herzustellen.

Vorzugsweise sind Mittel zur Erwärmung der Kernschicht vorgesehen, welche die Kernschicht des Sandwichblechs unter Verwendung von Ultraschallschwingungen erwärmen. Es hat sich herausgestellt, dass die Benutzung von

Ultraschallschwingungen eine besonders einfache Möglichkeit bietet, beispielsweise ein Sandwichblech, welches in einer Aufnahme positioniert ist, über seine gesamte Fläche durch von der Aufnahme übertragenen Ultraschallschwingungen zu erwärmen, so dass eine gleichmäßige Erwärmung der Kernschicht des Sandwichblechs erreicht wird. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass die gesamte Vorrichtung vollständig erwärmt wird.

Schließlich sind gemäß einer weiteren Variante Positioniermittel vorgesehen, mit welchen die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes einzeln oder in Gruppen positioniert werden können. Über Positioniermittel, beispielsweise einfache Profile oder Schablonen, kann die Positionierung der Mittel zur Verdrängung des

Kunststoffes deutlich erleichtert werden. Insbesondere können die Positioniermittel auch Formschlussmittel der Aufnahme verwenden, um die Kraftübertragung auf das Sandwichblech zu gewährleisten. Ferner können Führungsmittel für die

Positionierung einer Mehrzahl an Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes genutzt werden.

Die Erfindung soll im Weiteren anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung

mindestens eines Verbindungsbereichs in einem Sandwichblech mit Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes in einer schematischen Schnittansicht,

Fig. 2 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung ein weiteres

Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer Mehrzahl an Verbindungsbereichen in einem Sandwichblech, Fig. 3 bis 6 in einer schematischen Schnittansicht vier verschiedene

Ausführungsbeispiele einer als Klemmvorrichtung ausgebildeten Vorrichtung zur Herstellung mindestens eines Verbindungsbereichs,

Fig. 7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 8 schematisch den Schritt der Erwärmung der Kernschicht des

Sandwichblechs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens, in einer perspektivischen, schematischen Darstellung ein Sandwichblech nach der Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 10a,b zwei verschiedene Schnittansichten durch Sandwichbleche mit

Verbindungsbereichen für schraubgerechte Verbindungen hergestellt mit einer Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen in Fig. 6 und 4,

Fig. 11,12 zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen

Vorrichtung,

Fig. 13 in einer schematischen Schnittansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit Positioniermitteln für eine Mehrzahl an Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes,

Fig. 14 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung entsprechende

Positioniermittel für Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes und

Fig. 15 in einer perspektivischen, schematischen Darstellung eines weiteren

Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Herstellung eines

Verbindungsbereiches unter Verwendung der Positioniermittel aus Fig. 14.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Herstellung mindestens eines Verbindungsbereichs in einem Sandwichblech 2 dargestellt. Das Sandwichblech 2 besteht aus zwei äußeren Deckschichten 2a, 2b und einer mittleren Kernschicht 2c, welche aus einem vorzugsweise thermoplastischen Kunststoff besteht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Verbundblech 2 eine Öffnung 3 auf, welche für die Verbindung des Sandwichblechs mit weiteren Bauteilen unter Verwendung von Befestigungsmitteln wie Schrauben oder einer Niet ausgebildet werden soll. Die Vorrichtung 1 zur Herstellung mindestens eines Verbindungsbereichs umfasst eine Aufnahme 4 für das Sandwichblech 2, in welcher im vorliegenden

Ausführungsbeispiel eine Positionierhilfe 5 zur Positionierung des Sandwichblechs 2 vorgesehen ist. Darüber hinaus weist die Vorrichtung Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes auf, welche mit einer vorbestimmten Kraft vorspannbar sind. Die Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes weisen einen über eine Feder 7 mechanisch vorspannbaren Stempel 8 auf, wobei die vorbestimmte Kraft, welche der Stempel 8 auf das Sandwichblech 2 ausübt über eine in seiner vertikalen Position veränderbare Stempelhalterung 9 einstellbar ist. Darüber hinaus kann die vorbestimmte Kraft, mit welcher der Stempel 8 auf das Sandwichblech gedrückt werden soll über die Auswahl einer geeigneten Feder 7 zusätzlich vorbestimmt werden. Die Mittel 6 zur

Verdrängung des Kunststoffes werden über Führungsstifte 10 auf der Aufnahme 4 des Sandwichblechs angeordnet. Durch Verschrauben der Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes mit der Aufnahme 4, beispielsweise über die Führungsstifte 10 wird über einen Formschluss eine geeignete Verbindung zwischen den Mitteln 6 zur

Verdrängung des Kunststoffes und dem Sandwichblech 2 über die Aufnahme 4 hergestellt. In dieser Position drückt der Stempel 7 senkrecht zur Oberfläche des Sandwichbleches 2 mit einer vorbestimmten Kraft auf den Verbindungsbereich des Sandwichblechs 2, welcher hier vorliegend dem Randbereich der Öffnung 3 entspricht. Wird nun die Kernschicht 2c des Sandwichblechs 2 ausreichend erwärmt, so dass diese erweicht, wird über den Stempel 8 der Kunststoff aus dem Randbereich der Öffnung 3 in die Öffnung selbst verdrängt. Um dies zu erleichtern weist der Stempel 8 zusätzlich eine Öffnung 8a auf, durch welche das herausgedrückte

Kunststoffmaterial fließen kann.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung kann nicht nur für flache Sandwichbleche 2 verwendet werden. In Fig. 2 ist schematisch in einer perspektivischen Darstellung eine Vorrichtung 11 dargestellt, welche eine dreidimensionale Struktur aufweist, die der unter der Vorrichtung 11 angeordneten Form des Sandwichblechs entspricht. Auf der

Vorrichtung 11 sind Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes angeordnet. Die Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes sind an beliebigen, für die Herstellung von Verbindungsbereichen vorgesehenen Positionen des dreidimensional geformten Sandwichblechs vorgesehen.

In den Fig. 3 bis 6 sind Vorrichtungen 12, 13, 14, 15 zur Herstellung eines

Verbindungsbereiches in einem Sandwichblech offenbart, welche als

Klemmvorrichtung ausgerichtet sind und in welchen die Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes bereits integriert sind. Hierzu sind die Klemmvorrichtungen 12, 13, 14, 15 mit jeweils einer federbelasteten Aufnahmeplatte 12a, 13a, 14a, 15a ausgestattet, welche über eine Feder 12b, 13b, 14b, 15b das Sandwichblech 2 gegen eine

Anschlagsplatte 12c, 13c, 14c, 15c pressen. Über die Federn 12b, 13b, 14b, 15b kann eine vorbestimmte Kraft auf das Sandwichblech 2 senkrecht zu seiner Oberfläche ausgeübt werden. Die Kraft ist in den Fig. 3 bis 6 mit Pfeilen dargestellt. Über vorgesehene Prägebereiche 12d, 13d, 14d, 15d kann bestimmt werden, welche der metallischen Deckschichten des Sandwichblechs 2 bei der Verdrängung des

Kunststoffes verformt werden sollen. So werden beispielsweise die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Vorrichtungen 12, 13 beide mit metallischen Deckschichten bei

Erwärmen der Kernschicht des Sandwichblechs 2 verformt. Die Vorrichtungen 14, 15 zur Herstellung eines Verbindungsbereiches in den Fig. 5 und 6 verformen dagegen lediglich die obere metallische Deckschicht des Sandwichblechs 2.

Schließlich ist in den Fig. 3 und 5 angedeutet, dass über die Vorrichtungen 12, 14 ein Verbindungsbereich ohne Vorhandensein einer Öffnung im Sandwichblech hergestellt werden kann. Diese Verbindungsbereiche können beispielsweise für

Schweißverbindungspunkte verwendet werden. In den Fig. 4 und 6 wird der

Verbindungsbereich dagegen im Randbereich einer Öffnung 3 eines Sandwichblechs 2 erzeugt. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Fig. 7 in einem schematischen Ablaufdiagramm dargestellt. Im Verfahrensschritt 101 werden zunächst in mindestens einem Verbindungsbereich eines Sandwichblechs 2 Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes der Kernschicht angeordnet und die Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes vorgespannt, Verfahrensschritt 102. Anschließend wird die Kernschicht des Sandwichblechs 2 gemäß Verfahrensschritt 103 erwärmt, bis diese erweicht. Durch die vorgespannten Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes wird aufgrund der auf das Sandwichblech ausgeübten Kraft der Kunststoff der Kernschicht aus dem Verbindungsbereich verdrängt, Verfahrensschritt 104.

Anschließend muss das Sandwichblech 2 lediglich aus der Vorrichtung 1 entfernt werden bzw. entformt werden. Dies ist mit Verfahrensschritt 105 angedeutet.

Der Verfahrensschritt 103 ist in Fig. 8 schematisch dargestellt. Wie Fig. 8 entnommen werden kann, wird beispielsweise die gesamte Vorrichtung inklusive vorgespannter Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes in einem Ofen 0 erwärmt. Die

Erwärmungstemperatur richtet sich nach dem Kunststoff der Kernschicht des Sandwichbleches 2. Üblicherweise liegen entsprechende Temperaturen zwischen 100 °C und 350 °C, bevorzugt zwischen 140 °C und 280 °C. Nach Erweichen der

Kernschicht des Sandwichblechs 2 wird über die vorgespannten Mittel 6 zur

Verdrängung des Kunststoffes der Kunststoff aus den Verbindungsbereichen verdrängt und die metallischen Deckschichten in diesem Bereich in Kontakt gebracht. Es werden Verbindungsbereiche erzeugt, welche im Wesentlichen nur aus Metall bestehen. Die Verbindungsbereiche sind in Fig. 10a, b dargestellt. Diese stellen eine Schnittdarstellung des perspektivisch in Fig. 9 mit einem Verbindungsbereich versehenen Sandwichblechs 2 dar, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Wie man erkennen kann, ist in Fig. 10a der Randbereich 2d der Öffnung 3 durch Verformung beider metallischer Deckschichten hergestellt. Der Verbindungsbereich ist zwischen beiden metallischen Deckschichten angeordnet. In Fig. 10b dagegen wurde nur die obere metallische Deckschicht 2a im

Verbindungsbereich bzw. Randbereich 2d verformt. Die untere metallische

Deckschicht 2b bleibt unverformt. In Fig. 11 sind in einer schematischen Schnittansicht Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes über ein als Profil ausgebildetes Positioniermittel 16 auf einem

Sandwichblech 2 angeordnet, wobei die Schiene 16 über Formschluss- bzw.

Kraftschlussmittel mit der Aufnahme 4 des Sandwichblechs verbunden ist. Die Mittel 6 sind zur Verdrängung des Kunststoffes über pneumatische, hydraulische oder federelastische Mittel zur Erzeugung der vorbestimmten Kraft vorgespannt. Darüber hinaus ist in Fig. 11 ein Mittel 17 zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen angedeutet, welche Ultraschallschwingungen in die Aufnahme 4 leitet, so dass das Sandwichblech 2 durch Übertragung der Ultraschallschwingungen erwärmt wird. Hierdurch wird auch die Kernschicht 2c des Sandwichblechs 2 erwärmt. Ist die notwendige Temperatur der Kernschicht erreicht, erweicht diese und wird über die Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes aus den entsprechenden

Verbindungsbereichen verdrängt.

In Fig. 12 ist alternativ zur Verwendung der Mittel 17 zur Erzeugung von

Ultraschallschwingungen die gesamte Aufnahme 4 samt Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes und Sandwichblech 2 in einem Ofen dargestellt, welcher dann auf eine entsprechende Temperatur aufgeheizt wird. Hierdurch ist es beispielsweise möglich eine Vielzahl von Sandwichblechen gleichzeitig durch Verwendung entsprechender Öfen mit Verbindungsbereichen auszustatten, welche entweder

Schweißverbindungen oder dauerhafte Verbindungen über Befestigungsmittel wie Schrauben oder eine Niet mit anderen Bauteilen ermöglichen. Positioniermittel, in welchen die Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes angeordnet sind, sind perspektivisch in Fig. 14 dargestellt. Entsprechende Mittel können beispielsweise auch in einfacheren Vorrichtungen zur Erzeugung von

Verbindungsbereichen über eine Hebelkonstruktion 18 mit der Aufnahme 4 form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden, so dass die Mittel 6 zur Verdrängung des Kunststoffes den Kunststoff in den entsprechenden Verbindungsbereichen verdrängen und damit metallische Verbindungsbereiche für die Verbindung des Sandwichbleches 2 mit weiteren Bauteilen bereit stellen, Fig. 13.

Fig. 15 zeigt schließlich die Anordnung der Positioniermittel aus Fig. 14 für ein dreidimensional geformtes Sandwichblech, welches unterhalb der in Fig. 15 dargestellten Formschluss- oder Kraftschlussmittel 19 vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung mindestens eines Verbindungsbereichs eines

Sandwichblechs, welches mindestens zwei metallische Deckschichten und mindestens eine zwischen den metallischen Deckschichten angeordnete, aus einem Kunststoff bestehende Kernschicht aufweist, wobei der mindestens eine Verbindungsbereich zum Verbinden des Sandwichblechs mit einem weiteren Bauteil oder Blech unter Verwendung von Befestigungsmitteln oder einer Schweißverbindung geeignet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

in mindestens einem Verbindungsbereich Mittel zur Verdrängung des

Kunststoffes der Kernschicht aus dem Verbindungsbereich angeordnet werden, die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes vorgespannt werden, so dass eine vorbestimmte Kraft senkrecht zur Oberfläche des mindestens einen

Verbindungsbereichs des Sandwichblechs ausgeübt wird, die Kernschicht des Sandwichblechs erwärmt wird, so dass beim Erweichen des Kunststoffes der Kernschicht des Sandwichblechs durch die Kraft der Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes die metallischen Deckschichten des Sandwichblechs in mindestens einem Verbindungsbereich durch zumindest teilweises Verdrängen des

Kunststoffes in Kontakt gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Verbindungsbereich eine Öffnung des Sandwichblechs umfasst und im Randbereich der Öffnung die metallischen Deckschichten durch Verdrängung des Kunststoffes zumindest teilweise in Kontakt gebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Mehrzahl an Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes in einer Mehrzahl an Verbindungsbereichen angeordnet werden und gleichzeitig in einer Mehrzahl an Verbindungsbereichen des Sandwichblechs die metallischen Deckschichten zumindest teilweise in Kontakt gebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

in mindestens einem Verbindungsbereich eine metallische Deckschicht oder beide metallischen Deckschichten verformt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

- das Sandwichblech in eine Aufnahme eingelegt wird,

- mindestens ein Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes auf der der Aufnahme abgewandten Seite des Sandwichblechs im Bereich des herzustellenden

Verbindungsbereichs positioniert wird,

- über Formschluss- und/oder Kraftschlussmittel eine für die Kraftübertragung geeignete Verbindung zwischen den Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes und dem Sandwichblech über die Aufnahme hergestellt wird,

- die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes vorgespannt werden und

- die Kernschicht des Sandwichblechs zumindest im Bereich des

Verbindungsbereiches bis zum Erweichen erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kernschicht des Sandwichblechs unter Verwendung von Mitteln zur konvektiven, konduktiven oder radiativen Wärmeübertragung erwärmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kernschicht des Sandwichblechs unter Verwendung von

Ultraschallschwingungen erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes unter Verwendung eines senkrecht zur Sandwichblechoberfläche geführten Stempels den Kunststoff aus dem

Verbindungsbereich verdrängen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kraft der Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes zumindest teilweise pneumatisch, hydraulisch und/oder unter Verwendung mindestens einer mechanischen Feder erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes über Führungsmittel der Aufnahme des Sandwichblechs geführt positioniert werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Mehrzahl von Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes über

Positioniermittel gleichzeitig positioniert werden, wobei die Positioniermittel die Position der einzelnen Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes vorbestimmen und als Formschluss- und/oder Kraftschlussmittel eine für die Kraftübertragung geeignete Verbindung zwischen den Mitteln zur Verdrängung des Kunststoffes und dem Sandwichblech über die Aufnahme des Sandwichblechs herstellen.

12. Vorrichtung (1) zur Herstellung mindestens eines Verbindungsbereichs in einem Sandwichblech (2), insbesondere zur Herstellung mindestens eines

Verbindungsbereichs umfassend mindestens eine Öffnung (3) im Sandwichblech (2), mit mindestens einer Aufnahme (4) für das Sandwichblech (2) und Mitteln (6) zur Verdrängung des Kunststoffes aus dem mindestens einen

Verbindungsbereich, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Mittel (6) zur Verdrängung des Kunststoffes mit einer vorbestimmten Kraft vorspannbar sind und die vorbestimmte Kraft auf das Sandwichblech (2) ausgeübt werden kann, so dass bei Erweichen des Kunststoffes der Kernschicht (2c) des Sandwichblechs (2) der Kunststoff über die vorgespannten Mittel (6) zum Verdrängen des Kunststoffes aus dem mindestens einen

Verbindungsbereich verdrängt werden kann.

Vorrichtung nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Mittel (6) zur Verdrängung des Kunststoffes Mittel zur pneumatischen, hydraulischen und/oder federelastischen Erzeugung der vorbestimmten Kraft aufweisen.

Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aufnahme (4) des Sandwichblechs (2) als Klemmvorrichtung (12,

13,

14,

15) ausgebildet ist und die Mittel zur Verdrängung des Kunststoffes in der

Klemmvorrichtung integriert sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Mittel (6) zur Verdrängung des Kunststoffes einzeln oder in Gruppen auf der Aufnahme (4) des Sandwichblechs (2) positionierbar sind und mindestens einen senkrecht zur Oberfläche des Sandwichblechs (2) bewegbaren Stempel (8) aufweisen, welcher pneumatisch, hydraulisch oder über eine mechanische Feder

(7) vorspannbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aufnahme (4) des Sandwichblechs (2) Prägebereiche (12d, 13d, 14d, 15d) im Bereich von herzustellenden Verbindungsbereichen des Sandwichblechs (2) aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, dass

Mittel (17) zur Erwärmung der Kernschicht des Sandwichblechs vorgesehen sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17,

dadurch gekennzeichnet, dass

Mittel (17) zur Erwärmung der Kernschicht vorgesehen sind, welche die Kernschicht des Sandwichblechs unter Verwendung von

Ultraschallschwingungen erwärmen.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Positioniermittel (16) vorgesehen sind, mit welchen die Mittel (6) zur Verdrängung des Kunststoffes einzeln oder in Gruppen positioniert werden können.