DE10125065A1 - Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils - Google Patents

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 langgestreckte Trägerbauteile, wie beispielsweise Motorträger (1).

Description

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 Verbindungs­ arten 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 ver­ schiedenen Einbauten versehenen Strukturbauteilen das Bedürfnis, die Schalen­ bauweise 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 Flan­ sche durch Bördeln miteinander zu verbinden. Hierdurch entsteht eine durchge­ hende, linienförmige Verbindung entlang der Flansche, die im Gegensatz zu Punkt­ schweiß- oder Nietverbindungen über die gesamte Länge des Strukturbauteils trägt. Damit wird eine deutliche Verbesserung gegenüber den genannten Verbindungs­ verfahren erreicht, da bei Schweißpunkten oder Nieten lediglich ein geringer Anteil des Flansches zur Verbindung herangezogen wird. Insbesondere bei Beanspru­ chung durch Schälzug kann es zu einem Aufreißen der punktförmigen Verbindungs­ stellen 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.

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 langgestreck­ ten Strukturbauteilen, wie zum Beispiel Motorträgern oder Hecklängsträgern, an. Bei derartigen Trägern wirkt sich die durchgehende Bördelverbindung entlang der lang­ gestreckten 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 nied­ riger als der Zeitaufwand zum Setzen einer Mehrzahl von Nieten entlang der Ver­ bindungsflansche. Auch im Vergleich zum Punktschweißverfahren zeichnet sich das Bördelverfahren durch eine kürzere Taktzeit aus. Durch den Einsatz eines Bördel­ verfahrens 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 unter­ schiedlichen 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 Außenhaut­ bauteilen eingesetzt. Häufigste Anwendung ist das Verbinden von versteifenden Unterschalen mit der Außenhaut von Front- oder Heckklappen durch Bördeln. Bei den genannten Bauteilen erhöht die Unterschale jedoch lediglich die Eigenstabilität der flächigen Klappe. Den angeführten Außenhautbauteilen kommt nur untergeord­ net die Aufgabe zu, im Normalbetrieb des Fahrzeugs oder im Crashfall in nennens­ wertem Maße Kräfte zu übertragen. Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorge­ schlagen, auch bei Strukturbauteilen, die eine tragende Funktion haben und insbe­ sondere im Crashfall im Lastpfad liegen, die bekannten Fügetechniken "Schweißen" oder "Nieten" durch ein Bördelverfahren zu ersetzen, mit den oben angeführten Vorteilen.

Gemäß Anspruch 2 ist es besonders vorteilhaft, vor dem Bördeln einen Klebstoff auf wenigstens einen Verbindungsflansch aufzutragen. Durch den eingesetzten Festig­ keitskleber wird verhindert, dass sich die Bördelverbindung bei einer Beanspru­ chung 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. Als Klebstoffe kommen vor allem hochfeste und schubsteife Einkomponen­ ten-Epoxidkleber in Frage.

Im Vergleich zur Fügetechnik des Punktschweißens mit Einsatz von Festigkeitskle­ bern 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 er­ halten. Durch die kalte Bördelfügung entstehen im Metall grundsätzlich keine Wär­ meeinflusszonen, so dass die Tragfähigkeit der Verbindung gegenüber einem Schweißverfahren erhöht wird.

Je nach Art des verwendeten Klebstoffes kann es sich anbieten, das gefügte Struk­ turbauteil als Einzelbauteil, also vor dem Einsetzen in die Rohkarosserie des Kraft­ fahrzeuges, einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um eine Oberflächenhärtung des Klebstoffes zu erreichen. Die endgültige Aushärtung des Klebstoffes erfolgt an­ schließend durch Einbringung der Rohkarosserie in einen KTL-Ofen, wo der Kleb­ stoff durch Temperaturaushärtung 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 Rohkarosserie vermieden.

Besondere Vorteile ergeben sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens an Strukturbauteilen aus Leichtmetallen oder Leichtmetall-Legierungen, da hier das besonders zeitaufwendige Nietverfahren ersetzt werden kann (Anspruch 4).

Erfolgt gemäß Anspruch 5 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 Pressenstatio­ nen in ihre Form gebracht werden, auf einer Orientierstation mit Klebstoff versehen und abschließend am Ende der Pressenstraße zu dem fertigen Strukturbauteil ge­ fügt, 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 ge­ stellten 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 Teilschalen bereits im Presswerk zusam­ mengesetzt werden können. Sind hingegen Einbauten, wie beispielsweise Schott­ bleche oder Buchsen erforderlich, ist es zweckmäßiger, die Teilschalen nach dem Einsetzen der Einbauten erst im Rohbau durch Bördeln miteinander zu verbinden.

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 einge­ setzt 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 verlaufen­ der Verbindungsflansch 7 zur Anbindung des Trägers 1 an die Karosserie des Kraftfahrzeuges vorgesehen. Die beiden Teilschalen 2 und 3 sind über einen Teilbe­ reich 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 Kontakt­ flächen 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 Bördelver­ bindung 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 über­ brückt werden kann. Als Klebstoff 23 kann beispielsweise "Betamate 1496" der Fa. Gurrit-Essex AG verwendet werden.

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 Wesentli­ chen U-förmigen ersten Teilschale 2 mit abstehenden Befestigungsflanschen 4, das durch eine als Schließblech ausgeführte zweite Teilschale 3 zu einem geschlosse­ nen 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 Teilscha­ len 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 (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, insbe­ sondere eines langgestreckten Trägerbauteils, das sich aus wenigstens zwei Teilschalen zusammensetzt, die entlang von Flanschen miteinander verbun­ den werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschalen (2, 3) des Strukturbauteils (1) durch Bördefn 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.

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 die Teilschalen (2, 3) von einer Leichtme­ tall-Legierung gebildet werden.

5. 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).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (23) auf einer Orientierstation vor der Abschlussstation (11) automatisiert auf die Flansche (4, 5) der Teil­ schalen (2, 3) aufgetragen wird.