DE10330148B3

DE10330148B3 - Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Blechplatinenteilen und Blechstrukturteil mit einer Fügeverbindung

Info

Publication number: DE10330148B3
Application number: DE10330148A
Authority: DE
Inventors: Christian Prof. Dr. Donhauser
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Blechplatinenteilen (1, 2, 7, 8) und ein Blechstrukturteil mit einer Fügeverbindung gemäß dem Verfahren. Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren zur Vorbereitung der Umformung wenigstens zwei Blechplatinenteile (1, 2, 7, 8) übereinander gelegt, wobei das in Umformrichtung (3, 9) unten liegende und nach dem Umformen jeweils eine konkav äußere Blechwand bildende Blechplatinenteil (1, 7) ein geringeres Aufsprungverhalten entsprechend einer geringeren Rückfedereigenschaft aufweist als das entgegen der Umformtechnik (3, 9) darüber liegende und nach dem Umformen jeweils eine konkav innere Blechwand bildende Blechplatinenteil (2, 8). Unter Ausbildung einer Konkavstruktur (4, 10) wird eine gemeinsame Umformung im Verbindungsbereich durchgeführt, wonach die in der größeren Aufsprungneigung der konkav inneren Blechwand nach dem Umformen gespeicherte Energie zur Abstützung und Verbindung gegenüber der konkav äußeren Blechwand genutzt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Blechstrukturteil mit der Fügeverbindung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, liegen im Verbindungsbereich Teilbereiche der Blechplatinenteile (1, 2, 7, 8) in einer durch gemeinsame Umformung hergestellten Konkavstruktur (4, 10) übereinander, wobei das die konkav äußere Blechwand bildende Blechplatinenteil (1, 7) ein geringeres Aufsprungverhalten entsprechend einer geringeren Rückfedereigenschaft aufweist als das jeweils die konkav innere ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei ggf. vorgeformten Blechplatinenteilen, insbesondere zur Herstellung von lokalen Verstärkungen durch Blechdoppelungen bei Karosseriebauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Blechstrukturteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Bei einem bekannten Verfahren zum Fertigen eines Blechstrukturteiles ( DE 43 07 563 C2 ), das partiell eine Mehrfachblechstruktur bestehend aus einem Grundblech und stellenweise einem damit verbundenen Verstärkungsblech aufweist, wobei das Grundblech und das Verstärkungsblech gemeinsam tiefgezogen werden, wird das Verstärkungsblech vor dem gemeinsamen Tiefziehen zumindest teilweise am Grundblech befestigt und nach dem Tiefziehen unlösbar mit dem Grundblech verbunden. Das Verstärkungsblech ist nach der Umformung in einer konkaven Form des Grundblechs eingebettet. Die Herstellung erfordert somit mehrere Fertigungsschritte nämlich die Befestigung des Verstärkungsblechs am Grundblech, das gemeinsame Tiefziehen und die anschließende unlösbare gegenseitige Verbindung. Für diese Verbindung sind bekannte Fügetechniken, wie Druckfügen, Einpressen und Verprägen von Einstanzbolzen bzw. Einstanzmuttern sowie Klebe- und Schweißverbindungstechniken angegeben. Als Korrosionsschutzmaßnahmen, insbesondere bei Karosseriebauteilen werden die Verwendung beschichteter oder verzinkter Stahlbleche, sowie Zwischenlagen von Kunststoff- oder Metallfolien vorgeschlagen.

Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der gattungsbildenden DE 195 24 235 A1 bekannt, bei der gemäß einem ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines unterschiedliche Materialstärke aufweisenden Formteils für einen Blechkörper vorgesehen ist, ein Basisplatinenteil auf ein Zwischen- oder Fertigmaß zuzuschneiden. Anschließend erfolgt die Befestigung eines plattenartigen Verstärkungselementes auf der Basisplatine mittels einer Fügetechnik, wie z. B. Kleben, Schweißen, Löten, Clinchen, bevor mittels eines Form- und/oder Schnittwerkzeuges eine ein- oder mehrstufige Formgebung des Verbundes aus Basisplatinenteil und Verstärkungselement vorgenommen wird. Konkret soll hier z. B. eine Fahrzeugtüre im Bereich einer Schanier- und Schlossbefestigung verstärkt werden. Dabei können unterschiedliche Werkstoffe oder unterschiedliche Werkstoffqualitäten miteinander kombiniert werden.

Auch bei weiter bekannten Blechstrukturteilen mit partiellen und gemeinsam umgeformten Doppelblechstrukturen ( DE 42 28 396 C2 ; DE 198 26 290 A1 ; DE 198 35 997 A1 ) werden nach der Umformung die verwendeten Bleche in einem weiteren Fertigungsschritt mit einer der vorstehend genannten Fügetechniken unlösbar verbunden.

Zudem ist bekannt, dass geformte Blechteile, insbesondere Karosserieblechteile ein sog. Aufsprungverhalten entsprechend einer Rückfedereigenschaft nach der Entformung aufweisen. Mit einer bekannten Messvorrichtung können solche Rückfedereigenschaften von geformten Blechteilen gemessen werden ( DE 196 49 144 A1 ).

Bei den derzeitigen Anforderungen an innovative Fahrzeugkarosserien kommen verstärkt höherfeste, hochfeste und höchstfeste Werkstoffe, insbesondere Stahlwerkstoffe zum Einsatz, welche hohe Festigkeiten, hohe Streckgrenzen und große Zugfestigkeiten im Vergleich zu konventionellen Stahlwerkstoffen wie z. B. St05Z aufweisen. Neben den Vorteilen solcher höherfester Stähle wie z. B. DP600 sind damit auch Eigenschaften verbunden, die zu Herstellungsproblemen führen können, insbesondere haben geformte Blechteile aus diesen Werkstoffen ein höheres Aufsprungverhalten mit entsprechend hohen Rückfedereigenschaften im Vergleich zu bisher verwendeten, konventionellen Stahlwerkstoffen, so dass erhebliche Formabweichungen zwischen einem entformten Blechbauteil und beispielsweise einer Matrizenform zu berücksichtigen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei ggf. vorgeformten Blechplatinenteilen so weiter zu bilden, dass die dafür erforderlichen Fertigungsschritte und Maßnahmen reduziert werden können für eine einfache und funktionssichere Verbindung. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Blechstrukturteil mit einer nach dem Verfahren hergestellten Fügeverbindung zu schaffen.

Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 werden zur Vorbereitung der Umformung wenigstens zwei Blechplatinenteile übereinander gelegt, wobei das in Umformrichtung unten liegende und nach dem Umformen jeweils eine konkav äußere Blechwand bildende Blechplatinenteil ein geringeres Aufsprungverhalten entsprechend einer geringeren Rückfedereigenschaft aufweist als das entgegen der Umformrichtung darüber liegende und nach dem Umformen jeweils eine konkav innere Blechwand bildende Blechplatinenteil. Anschließend wird eine gemeinsame Umformung unter Ausbildung einer Konkavstruktur im Verbindungsbereich durchgeführt, wonach die in der größeren Aufsprungneigung der konkav inneren Blechwand nach dem Umformen gespeicherte Energie zur Abstützung und Verbindung gegenüber der konkav äußeren, weniger weit aufspringenden Blechwand genutzt wird.

Damit wird die üblicher Weise als nachteilig betrachtete Eigenschaft eines größeren Aufsprungverhaltens zielführend für die Ausbildung einer im wesentlichen kraftschlüssigen Verbindung genutzt. Je nach den Erfordernissen einer solchen Verbindung hinsichtlich Stabilität und Ausreißverhalten, können ggf. weitere Verbindungstechniken und dafür erforderliche Fertigungsschritte ganz entfallen oder es sind ggf. zumindest deutlich weniger mechanische und/oder thermische Verbindungstechniken erforderlich, so dass sich auch darüber ein deutlicher Einsparungseffekt ergibt.

Es sind auch Verbesserungen bei der Lösung der Korrosionsproblematik erzielbar, da zwischen den Blechen keine oder zumindest deutlich weniger durchgehende Verbindungen erforderlich sind und dabei beispielsweise korrosionshemmende Beschichtungen auf den Blechen nicht verletzt werden.

Konkret wird mit Anspruch 2 vorgeschlagen, dass das jeweilige Blechplatinenteil für die konkav äußere Blechwand aus einem konventionellen Stahlwerkstoff und/oder einer Aluminiumlegierung besteht und das jeweilige Blechplatinenteil für die konkav innere Blechwand aus höherfestem, hochfestem oder höchstfestem Stahlwerkstoff hergestellt ist.

Der verwendete Ausdruck Blechplatinenteile soll nicht nur auf Metallblechplatinenteilen eingeschränkt sein, da grundsätzlich auch andere umformbare Werkstoffe, sofern sie das angegebene Aufsprungverhalten aufweisen, verwendet werden können. Bevorzugt werden jedoch insbesondere für Karosseriebauteile Blechplatinenteile aus den angegebenen Werkstoffen verwendet.

Für eine Abstimmung und Dimensionierung der Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung ist wesentlich die Werkstoffauswahl und Werkstoffkombination, wobei ggf. auch die Blechplatinendicken variiert werden können.

Nach Anspruch 3 können für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung an sich bekannte beschichtete und/oder wärmevorbehandelte Blechplatinenteile je nach den speziellen Anforderungen verwendet werden.

Die Geometrie der verwendeten Konkavstrukturen kann in weiten Grenzen variiert werden, wobei nach Anspruch 4 insbesondere runde und/oder eckige und/oder langgestreckte nutenförmige Konkavstrukturen verwendbar sind.

Für die Umformung werden nach Anspruch 5 bevorzugt bekannte Tiefzieh- und/oder Streckziehverfahren eingesetzt.

Zur Ausbildung lokaler Verstärkungen wird mit Anspruch 6 vorgeschlagen, dass ein kleineres Blechplatinenteil als Doppler oder Verstärkungsblech in einer umgeformten Konkavstruktur als konkav inneres Blechteil mit größerem Aufsprungverhalten eingesetzt wird. Eine solche lokale Verstärkung kann vorteilhaft im Fertigungsprozess automatisiert hergestellt werden, in dem der Doppler bzw. das Verstärkungsblech mittels Roboter zugestellt wird. Da regelmäßig keine weiteren Verbindungsmaßnahmen erforderlich sind, wird der gesamte Fertigungsprozess beschleunigt.

In einer bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 7 wird zumindest eines der Blechplatinenteile, vorzugsweise bei der Herstellung von lokalen Verstärkungen das größere Grundblech im Bereich der Konkavstruktur vorgeformt. Anschließend wird in diese vorgeformte Konkavstruktur der Doppler vorzugsweise automatisiert eingelegt und dann durch weiteres Umformen die erfindungsgemäße Blechverbindung hergestellt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird hinsichtlich des Blechstrukturteils mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Gemäß Anspruch 8 liegen im Verbindungsbereich Teilbereiche der Blechplatinenteile in einer durch gemeinsame Umformung hergestellten Konkavstruktur übereinander, wobei das die konkav äußere Blechwand bildende Blechplatinenteil ein geringeres Aufsprungverhalten entsprechend einer geringeren Rückfedereigenschaft aufweist, als das jeweils die konkav innere Blechwand bildende Blechplatinenteil. Damit sind eine Blechdopplung oder ggf. mehrere Blechlagen miteinander und mit den vorstehend angegebenen Vorteilen verbindbar.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung durch zwei Blechplatinenteile, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren umgeformt werden,
2 eine schematische Schnittdarstellung durch die zwei Blechplatinenteile von 1, die jeweils einzeln umgeformt wurden, und
3 eine schematische Schnittdarstellung durch zwei Blechplatinenteile, wobei das erste Blechplatinenteil zuerst umgeformt und in einem weiteren Arbeitsschritt mit dem zweiten Blechplatinenteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden wird.
In 1 sind schematisch zwei Blechplatinenteile 1 und 2, die zur Vorbereitung einer Umformung übereinandergelegt werden, schematisch in einer Schnittdarstellung gezeigt. Das in Umformrichtung 3 unten liegende Blechplatinenteil 1 weist nach dem Umformen ein geringeres Aufsprungverhalten entsprechend einer geringeren Rückfedereigenschaft auf, als das entgegen der Umformrichtung 3 darüber liegende Blechplatinenteil 2. Nach dem Umformvorgang in Umformrichtung 3, der hier beispielhaft durch Tiefziehen erfolgt und bei dem beide Blechplatinenteile 1 und 2 gemeinsam umgeformt werden, ist im Verbindungsbereich eine Konkavstruktur 4 ausgebildet. Dabei bildet das Blechplatinenteil 1 eine konkav äußere Blechwand und das Blechplatinenteil 2 eine konkav innere Blechwand. Da das die konkav innere Blechwand bildende Blechplatinenteil 2 nach dem Umformen eine größere Aufsprungneigung als das die konkav äußere Blechwand bildende Blechplatinenteil 1 aufweist, wird das Blechplatinenteil 2 aufgrund der größeren Aufsprungneigung im Verbindungsbereich am Blechplatinenteil 1 gehalten. Somit wird die unterschiedliche Aufsprungneigung der beiden Blechplatinenteile 1 und 2 zur Abstützung und Verbindung des Blechplatinenteils 2, das die größere Aufsprungneigung aufweist, gegenüber dem Blechplatinenteil 1 genutzt. Mit einem Pfeil 5 ist in 1 die zeitliche Aufeinanderfolge der Verfahrensschritte zur Verbindung der beiden Blechplatinenteile 1 und 2 eingezeichnet.
In 2 sind die beiden Blechplatinenteile 1 und 2 nach dem gleichen Umformvorgang, der bei der Umformung in 1 durchgeführt wurde, schematisch in einer Schnittdarstellung gezeigt. Im Unterschied zu der Umformung von 1, bei dem beide Blechplatinenteile 1 und 2 übereinanderliegend gemeinsam umgeformt wurden, wurden bei der Umformung in 2 die beiden Blechplatinenteile 1 und 2 jeweils einzeln umgeformt. Dabei ist aufgrund der unterschiedlichen Neigung der tiefgezogenen Wandbereiche der Blechplatinenteile 1 und 2 das unterschiedliche Aufsprungverhalten der beiden Blechplatinenteile 1 und 2 zu erkennen. Durch punktierte Hilfslinien 11 in 2 wird dieses unterschiedliche Aufsprungverhalten deutlich hervorgehoben. Das Aufsprungverhalten eines konventionellen Stahlwerkstoffes nach einer Umformung ist gegenüber dem Aufsprungverhalten eines höherfesten, hochfesten oder höchstfesten Stahlwerkstoff nach einer Umformung relativ gering, so dass das Blechplatinenteil 1 beispielsweise aus einem konventionellen Stahlwerkstoff und das Blechplatinenteil 2 aus einem höchstfesten Stahlwerkstoff hergestellt sind.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die beiden Blechplatinenteile 1 und 2 aufeinanderliegend gemeinsam umgeformt werden, wird dieses unterschiedliche Aufsprungverhalten dahingehend ausgenutzt, dass dadurch die Verbindung zwischen dem Blechplatinenteil 1 und dem Blechplatinenteil 2 im Verbindungsbereich in der Konkavstruktur 4 hergestellt wird. In Abhängigkeit beispielsweise von einer vorgegebenen Ausreißkraft der Verbindung kann die Abstützung des Blechplatinenteils 2 am Blechplatinenteil 1 in der Konkavstruktur 4 aufgrund des unterschiedlichen Aufsprungverhaltens ausreichend sein, wobei aber auch zur Verstärkung der Verbindung zwischen den Blechplatinenteilen 1 und 2 ggf. weitere Verbindungstechniken, wie z. B. ein Vernieten, durchgeführt werden können.
In 3 ist schematisch ein Verfahrensablauf, dessen zeitliche Abfolge durch die Pfeile 6 gekennzeichnet ist, zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Blechstrukturteils mit einer Fügeverbindung zwischen einem Blechplatinenteil 7 und einem kleineren Blechplatinenteil 8, das als Doppler oder Verstärkung ausgeführt ist, schematisch in einer Schnittdarstellung durch die Blechplatinenteile 7 und 8 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Blechplatinenteil 7 in Umformrichtung 9 vorgeformt, wie dies den ersten beiden Verfahrensabschnitten in 3 zu entnehmen ist. Das Blechplatinenteil 8 wird in das vorgeformte Blechplatinenteil 7 eingelegt, so dass die beiden Blechplatinenteile 7 und 8 im Verbindungsbereich übereinander liegen. Bei einer weiteren Umformung in Umformrichtung 9 wird eine Konkavstruktur 10 im Verbindungsbereich zwischen dem Blechplatinenteil 7 und dem Blechplatinenteil 8 hergestellt, wobei aufgrund des unterschiedlichen Aufsprungverhaltens zwischen dem Blechplatinenteilen 7 und 8 das Blechplatinenteil 8 am Blechplatinenteil 7 gehalten ist. Das Aufsprungverhalten mit entsprechender Rückfedereigenschaft des Blechplatinenteils 7 ist dabei geringer als das Aufsprungverhalten mit entsprechend größerer Rückfedereigenschaft des Blechplatinenteils 8, so dass sich das Blechplatinenteil 8 durch das größere Aufsprungverhalten am Blechplatinenteil 7 in der Konkavstruktur 10 abstützt und somit dort gehalten ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von Blechplatinenteilen 1, 2, 7, 8 können diese in einem einzigen Umformvorgang gemeinsam umgeformt und dadurch verbunden werden. Die Verbindung zwischen den Blechplatinenteilen 1, 2, 7, 8 beruht auf einem unterschiedlichen Aufsprungverhalten mit entsprechend unterschiedlicher Rückfedereigenschaft der Blechplatinenteile 1, 2, 7, 8, wobei das in der Konkavstruktur 4, 10 nach der Umformung die konkav innere Blechwand ausbildende Blechplatinenteil 2, 8 das größere Aufsprungverhalten gegenüber dem die konkav äußere Blechwand ausbildende Blechplatinenteil 1, 7 aufweist. Die unterschiedlichen Aufsprungverhalten, die für dieses Verfahren zum Verbinden der Blechplatinenteile 1, 2, 7, 8 notwendig sind, sind durch die unterschiedliche Güte der verwendeten Werkstoffe begründet. Dabei ist das Aufsprungverhalten mit einer entsprechend großer Rückfederkraft eines hochfesten Werkstoffes, wie z. B. DP600, größer als das Aufsprungverhalten mit entsprechend geringer Rückfederkraft eines konventionellen Stahles, wie beispielsweise St05Z. Somit kann ein erfindungsgemäßes Blechstrukturteil mit einer Fügeverbindung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen den Blechplatinenteilen 1, 2 bzw. 7, 8 hergestellt werden, wobei das die konkav äußere Blechwand bildende Blechplatinenteil 1, 7 ein geringeres Aufsprungverhalten aufweist als das die konkav innere Blechwand bildende Blechplatinenteil 2, 8.
Die in den 1 bis 3 dargestellten Schnittdarstellungen der Blechplatinenteile 1, 2, 7, 8 sind insbesondere im Bereich der durch die Umformung entstehenden Kanten schematisch dargestellt, da beispielsweise bei einem Tiefziehvorgang verrundete Kanten auftreten.

Claims

Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei unterschiedliche Eigenschaften aufweisenden und ggf. vorgeformten Blechplatinenteilen zu einem, zumindest in Teilbereichen wenigstens zweiwandigen Blechstrukturteil, insbesondere zur Herstellung von lokalen Verstärkungen durch Blechdoppelungen bei Karosseriebauteilen, durch Übereinanderlegen und gemeinsames Umformen von wenigstens zwei Blechplatinenteilen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung der Umformung die wenigstens zwei Blechplatinenteile (1, 2, 7, 8) übereinander gelegt werden, wobei das in Umformrichtung (3, 9) unten liegende und nach dem Umformen jeweils eine konkav äußere Blechwand bildende Blechplatinenteil (1, 7) ein geringeres Aufsprungverhalten entsprechend einer geringeren Rückfedereigenschaft aufweist als das entgegen der Umformrichtung (3, 9) darüber liegende und nach dem Umformen jeweils eine konkav innere Blechwand bildende Blechplatinenteil (2, 8), und dass eine gemeinsame Umformung unter Ausbildung einer Konkavstruktur (4, 10) im Verbindungsbereich durchgeführt wird, wonach die in der größeren Aufsprungneigung der konkav inneren Blechwand nach dem Umformen gespeicherte Energie zur Abstützung und Verbindung gegenüber der konkav äußeren Blechwand genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Blechplatinenteil (1, 7) für die konkav äußere Blechwand aus einem konventionellen Stahlwerkstoff und/oder einer Aluminiumlegierung besteht und das jeweilige Blechplatinenteil (2, 8) für die konkav innere Blechwand aus höherfestem, hochfestem oder höchstfestem Stahlwerkstoff hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beschichtete und/oder wärmevorbehandelte Blechplatinenteile (1, 2, 7, 8) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass runde und/oder eckige und/oder langgestreckte Konkavstrukturen (4, 10) umgeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung durch Tiefziehen und/oder Streckziehen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem größeren Blechplatinenteil (7), in dem in einem Teilbereich die konkav äußere Blechwand ausgebildet wird, an diesem Teilbereich zur Ausbildung einer lokalen Verstärkung ein kleineres Blechplatinenteil (8) als Doppler für die konkav innere Blechwand mit umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Blechplatinenteile (7) im Bereich der Konkavstruktur (10) vorgeformt ist.
Blechstrukturteil mit einer Fügeverbindung zwischen wenigstens zwei unterschiedliche Eigenschaften aufweisenden Blechplatinenteilen, hergestellt nach einem der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsbereich Teilbereiche der Blechplatinenteile (1, 2, 7, 8) in einer durch gemeinsame Umformung hergestellten Konkavstruktur (4, 10) übereinander liegen, wobei der die konkav äußere Blechwand bildende Blechplatinenteil (1, 7) ein geringeres Aufsprungverhalten entsprechend einer geringeren Rückfedereigenschaft aufweist, als das jeweils die konkav innere Blechwand bildende Blechplatinenteil (2, 8).