DE102015003932A1

DE102015003932A1 - Verbindungsanordnung und Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen

Info

Publication number: DE102015003932A1
Application number: DE102015003932.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Werum; Torsten Schenk; Sebastian Rapp
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-04-05
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (1) mit zwei Bauteilen (20, 30), welche über mindestens eine Fixiervorrichtung (10) fixiert und über mindestens eine Klebeverbindung (40) miteinander verbunden sind, wobei die beiden Bauteile (20, 30) jeweils mindestens eine vorgegebene Klebefläche (42, 43) aufweisen, welche einander zugewandt sind und zwischen welchen ein Klebemittel (44) angeordnet ist, sowie ein korrespondierendes Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen (20, 30). Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Fixiervorrichtung (10) als Clipsverbindung ausgeführt, indem ein erster Fixierbereich (22) eines ersten Bauteils (20) kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit einem zweiten Fixierbereich (32) eines zweiten Bauteils (30) verbunden ist, wobei die mindestens eine Fixiervorrichtung (10) an einem Bauteil (20) ein Federelement (12) und am anderen Bauteil (30) eine mit dem Federelement (12) gekoppelte Abstützfläche (13.4) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein korrespondierendes Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Verbindungsanordnungen, welche mindestens zwei Bauteile über eine Fixiervorrichtung fixieren und über eine Klebeverbindung miteinander verbinden, sind in zahlreichen Variationen bekannt. Klebeverbindungen umfassen üblicherweise zwei einander zugewandte Klebeflächen, zwischen welchen ein Klebemittel angeordnet ist. Die Fixiervorrichtungen fixieren die beiden zu verbindenden Bauteile dauerhaft oder für eine vorgegebene kürzere Zeitspanne in einer vorgegebenen Position. Solche Fixiervorrichtungen können beispielsweise als Schraubzwingen oder als über ein Fügeverfahren hergestellte Fügeverbindungen ausgeführt werden. Aus einem Fügeverfahren resultierende Fügeverbindungen können als Schraubverbindungen und/oder als Nietverbindungen und/oder als Clinchverbindungen ausgeführt werden. Um eine Klebeverbindung zu schaffen, welche die beiden Bauteile miteinander verbindet, weisen die zu verbindenden Bauteile jeweils mindestens eine vorgegebene Klebefläche auf, welche einander zugewandt werden. Zwischen den mindestens zwei Klebeflächen wird ein Klebemittel angeordnet, welches die Klebeflächen nach dem Aushärten dauerhaft stoffschlüssig miteinander verbindet. Die Fixiervorrichtung kann die beiden Bauteile dauerhaft formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbinden und dadurch die Klebeverbindung verstärken. Alternativ können Fixiervorrichtungen nach dem Aushärten des Klebemittels wieder entfernt werden.
Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen sind ebenfalls in zahlreichen Variationen bekannt. Hierbei kann an den mindestens zwei Bauteilen jeweils mindestens eine Klebefläche vorgeben werden, welche einander zugewandt sind. Zwischen den mindestens zwei Klebeflächen wird ein Klebemittel angeordnet. Nach dem Aushärten. des Klebemittels sind die mindestens zwei Klebeflächen der mindestens zwei Bauteile stoffschlüssig miteinander verbunden. Um die mindestens zwei Bauteile während der Aushärtungsphase des Klebemittels in einer vorgegebenen Position zu fixieren, werden die mindestens zwei Bauteile über geeignete Fixiervorrichtungen zusätzlich formschlüssig und/oder kraftschlüssig vorfixiert. Diese Fixierung kann nach dem Aushärten entfernt werden oder die Klebeverbindung dauerhaft verstärken.
Zudem sind Fixiervorrichtungen bekannt, welche ein Federelement und eine Abstützfläche aufweisen. Hierbei wird die Federkraft des Federelements genutzt, um Bauteile durch Selbsthemmung zu fixieren. Beispielsweise können das Federelement und die Abstützfläche einteilig ausgeführt werden. Das Federelement kann so gebogen ausgeführt werden, dass die Abstützfläche senkrecht zur Kraftwirkung des Federelements verläuft. Die Fixieranordnung kann an einem ersten Bauteil angeordnet werden. Ein zweites Bauteil oder eine Zunge des zweiten Bauteils kann zwischen dem Federelement und der Abstützfläche angeordnet werden, so dass das zweite Bauteil durch die Federkraft des Federelements gegen die Abstützfläche gedrückt und dadurch am ersten Bauteil fixiert wird. Alternativ kann das Federelement am ersten Bauteil angeordnet werden und als Widerhaken gegen eine Abstützfläche des zweiten Bauteils wirken.
Aus der DE 198 00 038 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Karosseriebauteilen bekannt. Die Karosseriebauteile werden durch ein oder mehrere Fügeverfahren wie beispielsweise Durchsetzfügen, Schrauben, Nieten, Umform-Klebe-Fügen miteinander verbunden. Werden die beiden Karosseriebauteile miteinander verklebt, können eine Nietverbindung und/oder eine Schraubverbindung und/oder eine Clinchverbindung die Bauteile in einer vorgegebenen Position fixieren.
Aus der US 6,327,758 B1 ist eine Verbindungsanordnung für eine Lampe bekannt, wobei ein erstes Bauteil ein Federelement aufweist, welches zwischen zwei gebogenen Armen angeordnet ist. Die Arme verlaufen parallel zu einander und weisen jeweils drei Bereiche auf. In einem ersten Bereich ist das Federelement zwischen den Armen angeordnet. Ein zweiter Bereich entspricht einer Biegung um ca. 90°. Ein dritter Bereich bildet eine Abstützfläche aus. Ein T-förmiges zweites Bauteil wird mit dem ersten Bauteil verbunden, indem eine Fläche des T-förmigen zweiten Bauteils zwischen dem Federelement und der Abstützfläche angeordnet wird. Das Federelement presst die Fläche des T-förmigen zweiten Bauteils von unten gegen die Abstützfläche des ersten Bauteils und fixiert dadurch das zweite Bauteil am ersten Bauteil.
Aus der DE 11 20 908 A1 ist eine Abdeckeinrichtung für Bördelnähte von Blechbauteilen bekannt. Die Abdeckeinrichtung umfasst eine gebogene U-förmige Klammer mit mindestens zwei Schenkeln und ein C-förmiges Deckprofil. Die U-förmige Klammer umgibt die Bördelnaht. Die U-förmige Klammer weist einen ersten Schenkel auf, welcher mindestens einen Widerhaken umfasst, welcher nach innen weist und die Klammer durch Selbsthemmung an mindestens einem Blechbauteil fixiert. Ein zweiter Schenkel der U-förmigen Klammer umfasst einen nach außen gestanzten oder gebogenen Flansch und eine mit dem Flansch zusammenwirkende Klemmplatte. Das C-förmige Deckprofil weist eine Montagezunge auf, welche zwischen dem Flansch und der Klemmplatte eingeschoben und eingeklemmt wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindungsanordnung zu schaffen, welche einfach und schnell zwei Bauteile miteinander verbindet und ein geringeres Gewicht als übliche Verbindungsanordnungen aufweist.
Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen zu schaffen, welches einfach und schnell die beiden Bauteile kostengünstig miteinander verbindet.
Erfindungsgemäß werden die Aufgaben durch Bereitstellung einer Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch Bereitstellung eines Verfahrens zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Verbindungsanordnung zu schaffen, welche einfach und schnell zwei Bauteile miteinander verbindet und ein geringeres Gewicht als übliche Verbindungsanordnungen aufweist, ist die mindestens eine Fixiervorrichtung als Clipsverbindung ausgeführt, indem ein erster Fixierbereich eines ersten Bauteils kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit einem zweiten Fixierbereich eines zweiten Bauteils verbunden ist. Hierbei weist die mindestens eine Fixiervorrichtung an einem Bauteil ein Federelement und am anderen Bauteil eine mit dem Federelement gekoppelte Abstützfläche auf. Die mindestens eine Fixiervorrichtung kann zwei Bauteile einfach und schnell in einer vorgegebenen Position fixieren, so dass die beiden Bauteile über mindestens eine Klebeverbindung miteinander verbunden werden können. Durch die Fixierung der beiden Bauteile durch die mindestens eine Fixiervorrichtung kann die mindestens eine Klebeverbindung in vorteilhafter Weise aushärten, ohne dass die Bauteile verrutschen. Bei üblichen Verbindungsanordnungen werden zunächst die Klebeflächen mit einem Klebemittel in Verbindung gebracht, anschließend werden die Bauteile fixiert. Hierbei können die Bauteile währen des Fixierens noch verrutschen. Bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung erfolgt die Fixierung der Bauteile in vorteilhafter Weise mit dem Inverbindungbringen der Klebeflächen, wodurch das Verrutschen der Bauteile größtenteils unterbunden werden kann. Alternativ können die Bauteile erst fixiert und anschließend das Klebemittel in den Spalt zwischen den Bauteilen eingebracht werden. Die Abmessungen der Federelemente und der Aussparungen sind in vorteilhafter Weise so aufeinander abgestimmt, dass sich zwischen den beiden Bauteilen im fixierten Zustand ein definierter Abstand ausbildet, in welchem das Klebemittel, beispielsweise in Form einer Kleberaupe, eingebracht werden kann. Die verwendeten Federelemente können in vorteilhafter Weise kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden, wodurch eine kostengünstigere Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung ermöglicht werden kann. Zudem können die Federelemente einteilig mit dem korrespondierenden Bauteil ausgeführt werden, so dass in vorteilhafter Weise durch den Verzicht auf Nieten und/oder Schrauben Gewicht eingespart werden kann. Die mindestens eine Fixiervorrichtung kann die mindestens eine Klebeverbindung dauerhaft verstärken. Alternativ kann die Fixiervorrichtung die beiden Bauteile nur vorfixieren, so dass die Hauptwirkung zum Verbinden der mindestens zwei Bauteile durch die Klebeverbindung aufgebracht wird.
Um ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen zu schaffen, welches einfach und schnell die beiden Bauteile kostengünstig miteinander verbinden kann, wird die mindestens eine Fixiervorrichtung als Clipsverbindung ausgeführt, welche an einem ersten Bauteil einen ersten Fixierbereich und an einem zweiten Bauteil einen zweiten Fixierbereich umfasst. Die beiden Fixierbereiche werden durch eine Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander ausgerichtet und kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander fixiert, wobei die mindestens eine Fixiervorrichtung an einem Bauteil ein Federelement und am anderen Bauteil eine mit dem Federelement gekoppelte Aussparung aufweist. Die beiden Bauteile können in vorteilhafter Weise vorgefertigt werden und bei Bedarf durch die mindestens eine Fixiervorrichtung schnell miteinander verbunden und fixiert werden, wodurch eine Montagezeit reduziert werden kann. Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens erfolgt die Fixierung der Bauteile in vorteilhafter Weise mit dem Inverbindungbringen der Klebeflächen, wodurch ein Verrutschen der Bauteile größtenteils unterbunden werden kann. Alternativ können die Bauteile erst fixiert und anschließend das Klebemittel in den Spalt zwischen den Bauteilen eingebracht werden. Die Abmessungen der Federelemente und der Aussparungen sind in vorteilhafter Weise so aufeinander abgestimmt, dass sich zwischen den beiden Bauteilen im fixierten Zustand ein definierter Abstand ausbildet, in welchem das Klebemittel, beispielsweise in Form einer Kleberaupe, eingebracht werden kann. Zudem kann durch die Vorfixierung der beiden Bauteile die mindestens eine Klebeverbindung in vorteilhafter Weise aushärten, ohne dass die Bauteile während des Aushärtevorgangs verrutschen.
Unter einer Verbindungsanordnung wird im Folgenden eine Anordnung verstanden, welche die mindestens eine Klebeverbindung und die mindestens eine Fixiervorrichtung umfasst. Durch die Fixierung der Bauteile, können die beiden Bauteile und/oder eine aus den Bauteilen entstandene Baugruppe weiter bearbeitet werden, auch wenn das Klebemittel der mindestens einen Klebeverbindung noch nicht vollständig ausgehärtet ist. Beispielsweise können über weitere Verbindunganordnungen weitere Bauteile an dem ersten Bauteil und/oder dem zweiten Bauteil befestigen werden. Alternativ kann die Baugruppe an anderen Baugruppen befestigt werden.
Unter einer Klebeverbindung wird im Folgenden eine stoffschlüssige Verbindung verstanden, wobei zwei Klebeflächen einander zugewandt sind und zwischen den Klebeflächen das Klebemittel angeordnet ist, welches die Klebeflächen stoffschlüssig miteinander verbindet. Die Bauteile können im Bereich der Klebeflächen planar oder gekrümmt ausgeführt werden, wobei die Bauteile so geformt sind, dass die Klebeflächen aneinander anliegen können. Ein Bauteil kann über mehrere verschiedene Klebeverbindungen mit mehreren verschiedenen Bauteilen verbunden werden. Zudem kann das Bauteil über mehrere Klebeverbindungen mit nur einem anderen Bauteil verbunden werden. Das Klebemittel kann nur auf eine Klebefläche oder auf beide Klebeflächen aufgetragen werden. Zudem kann jeweils eine Komponente eines Mehrkomponentenklebemittels auf eine Klebefläche aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Klebemittel über ein Tauchverfahren auf die Bauteile aufgebracht oder zwischen die Bauteile eingebracht werden.
Fixiervorrichtungen, welche zweiteilig ausgeführt sind und das Federelement und die mit dem Federelement gekoppelte Abstützfläche aufweisen, nutzen die Federkraft des Federelements, um die beiden Bauteile durch Selbsthemmung zu fixieren und kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander zu verbinden. Hierbei kann das Federelement scharfe Kanten aufweisen, welche sich unter Belastung in eine Abstützfläche eingraben und die Abstützfläche plastisch verformen können. Zudem oder alternativ kann die Abstützfläche scharfe Kanten aufweisen, welche sich unter Belastung in das Federelement eingraben und dieses plastisch verformen können.
Bevorzugt werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eingesetzt, welche als Karosseriebauteile und/oder als Karosseriestrukturbauteile ausgeführt. So kann ein Karosseriebauteil beispielsweise als Abdeckblech, Verbindungsblech, Reserveradmulde, Bodenbleck usw. ausgeführt werden. Ein Karosseriestrukturbauteil kann beispielsweise als Längsträger, Querträger usw. ausgeführt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann sich das Federelement auf einer Abstützfläche abstützen, welche als Rand der Aussparung ausgeführt ist. Zudem kann mindestens ein Schenkel des Federelements über die Federkraft mit dem Rand der Aussparung gekoppelt werden. In vorteilhafter Weise ist das einen Schenkel aufweisende Federelement einfach über ein Stanz- und Biegeverfahren herstellbar. Zudem können die beiden Bauteile einfach fixiert werden, indem die Aussparung des korrespondierenden Bauteils so angeordnet wird, dass der Schenkel des Federelements des ersten Bauteils in die Aussparung hineinragt und sich am Rand der Aussparung abstützt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann das Federelement einen wellenförmigen und/oder Z-förmigen und/oder U-förmigen und/oder einen O-förmigen Längsschnitt aufweisen. In vorteilhafter Weise kann durch einen wellenförmigen und/oder Z-förmigen und/oder U-förmigen und/oder O-förmigen Längsschnitt eine nahezu ideale Kopplung mit der Aussparung erzielt werden. Hierbei können die gebildeten Schenkel an die Abmessungen der Aussparung d angepasst werden. Zudem kann ein Winkel, in welchem der mindestens eine Schenkel auf die Abstützfläche trifft, durch die Form des Längsschnittes des Federelements verändert werden. Zudem kann der Winkel, in welchem die Federkraft auf die Abstützfläche wirkt, durch die Form des Federelements variiert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung können das Federelement und das korrespondierende Bauteil einteilig ausgeführt werden. In vorteilhafter Weise kann das Federelement bei einer einteiligen Ausführung bei einem Umformverfahren und/oder einem Stanzprägeverfahren und/oder einem Pressverfahren und/oder einem Stanzverfahren des ersten Bauteils ausgebildet werden. Das Presswerkzeug und/oder Stanzwerkzeug kann in Längsrichtung zwei in etwa parallel zueinander verlaufende Schnitte in das erste Bauteil einstanzen und/oder einpressen. Die entstehende Zunge zwischen den beiden Schnitten kann dann über das Pressverfahren und/oder ein Stempelverfahren in eine geeignete Form gebracht werden. Ein einteilig mit dem korrespondierenden Bauteil ausgeführtes Federelement ist in vorteilhafter Weise verliersicher am Bauteil ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführung ist zumindest das Bauteil, aus welchem das Federelement ausgeformt wird, als Metallbauteil ausgeführt.
In einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung können das Federelement und das korrespondierende Bauteil mehrteilig ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Federelement formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem korrespondierenden Bauteil befestigt werden. In vorteilhafter Weise kann die Position des Federelements am ersten Bauteil flexibler gewählt werden. Zudem können in vorteilhafter Weise unterschiedlich ausgeführte Federelemente vorgefertigt werden. Die Federelemente können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise unterschiedliche Federkonstanten und/oder unterschiedliche Abmessungen und/oder Formen. In vorteilhafter Weise können für unterschiedliche Anforderungen unterschiedliche Federelemente hergestellt werden. Das Federelement kann über eine Nietverbindung und/oder ein Schraubverbindung und/oder eine Klebeverbindung und/oder Schweißverbindung und/oder eine Lötverbindung mit dem korrespondierenden Bauteil verbunden werden. Bei dieser Ausführungsform kann das Bauteil als Metallbauteil oder als Kunststofffaserverbundbauteil ausgeführt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann die mindestens eine Fixiervorrichtung an einem Rand der Klebeflächen und/oder im Bereich der Klebeflächen angeordnet werden. Zudem kann eine erste Fixiervorrichtung zwischen mindestens zwei Klebeverbindungen angeordnet werden, wodurch die erste Fixiervorrichtung mehrere Klebeverbindungen zwischen den zu verbindenden Bauteilen unterstützen kann. Zudem kann das Klebemittel von mehreren Klebeverbindungen aushärten, während die erste Fixieranordnung die beiden Bauteile materialsparend fixiert. Des Weiteren kann das Federelement einer zweiten Fixiervorrichtung innerhalb einer ersten Klebefläche des korrespondierenden Bauteils angeordnet werden. Ebenso kann die korrespondierende Aussparung innerhalb einer korrespondierenden zweiten Klebfläche des anderen Bauteils angeordnet werden, so dass die Fixierung der beiden Bauteile im Bereich der Klebeverbindung erfolgt. In vorteilhafter Weide hält die zweite Fixiervorrichtung die beiden Klebeflächen in Position, so dass das Klebmittel optimal aushärten kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Klebeverbindung zwischen mindestens zwei Fixiervorrichtungen angeordnet werden. Durch die Anordnung einer Klebeverbindung zwischen mindestens zwei Fixieranordnungen, kann in vorteilhafter Weise ein Aufspreizen der Klebeflächen der beiden zu verbindenden Bauteile verhindert werden. Dadurch können auch Randbereiche der Klebeverbindungen in vorteilhafter Weise zuverlässig miteinander verklebt werden und bei dauerhafter Fixierung kann die Klebeverbindung an den Randbereichen der Klebeflächen verbessert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens kann das Klebemittel der mindestens einen Klebeverbindung vor oder nach der Fixierung der beiden Bauteile auf das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil aufgebracht werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens kann das Federelement über ein Stanzprägeverfahren und/oder ein Stanzbiegeverfahren und/oder ein Umformverfahren aus dem korrespondierenden Bauteil ausgeformt werden. In vorteilhafter Weise kann das Federelement im selben Verfahrensschritt erstellt werden, in welchem das korrespondierende Bauteil seine vorgegebene Form erhält. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Produktionszeit reduziert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens kann das Federelement separat hergestellt werden und mit dem korrespondierenden Bauteil formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden werden. In vorteilhafter Weise kann das Federelement individuell in Abhängigkeit von der voraussichtlichen Einbausituation und/oder in Abhängigkeit von den Abmessungen der Aussparung des anderen Bauteils ausgewählt werden. Zudem kann das Federelement in vorteilhafter Weise flexibel am korrespondierenden Bauteil angeordnet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens kann die Fixiervorrichtung die mindestens zwei Bauteile in einer Aushärtungsphase des Klebemittels vorfixieren und ein Verrutschen der beiden Bauteile unterbinden. In vorteilhafter Weise können die Bauteile mit geringeren Verschiebungen zueinander fixiert werden, so dass kleinere Toleranzen vorgegeben werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens können die verbundenen Bauteile während einer Aushärtungsphase weiter verarbeitet werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Montagezeit der Bauteile reduziert werden, da der erforderliche Zeitraum für die Aushärtung des Klebemittels schon zur Montage genutzt werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens kann ein korrekter Sitz der mindestens zwei Bauteile und/oder der mindestens einen Fixiervorrichtung über ein akustisches Verfahren ermittelt und überprüft werden. Wirkt das Federelement nicht in der vorgegebenen Weise mit der Abstützfläche zusammen, ergibt sich eine andere Resonanzfrequenz für die verbundenen Bauteile und eine erzeugte Schallwelle wird mit einer anderen Dämpfung übertragen, als bei einer korrekten Verbindung. Die Abweichungen der gemessenen Resonanzfrequenz und/oder der gemessenen Amplitude der erzeugten Schallwelle zu einer vorgegebenen Resonanzfrequenz und/oder Amplitude werden ermittelt, um die Qualität der Verbindung zu überprüfen. In vorteilhafter Weise können fehlerhafte Verbindungsanordnungen frühzeitig erkannt und korrigiert bzw. aussortiert werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines unteren Heckbereichs eines Fahrzeugs, an welchem ein als Reserveradmulde ausgeführtes erstes Bauteil jeweils über Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit als Längsträgern ausgeführten zweiten Bauteilen verbunden ist,
2 eine Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung zum Verbinden zweier Bauteile aus 1,
3 eine Detaildarstellung eines ersten Fixierbereichs des ersten Bauteils der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung aus 1 oder 2,
4 eine perspektivische Darstellung des ersten Fixierbereichs des ersten Bauteils aus 2 oder 3, und
5 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Fixierbereichs des zweiten Bauteils der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung aus 2.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der dargestellte untere Heckbereich eines Fahrzeugs ein als Reserveradmulde ausgeführtes erstes Bauteil 20 und zwei als Längsträger ausgeführte zweite Bauteile 30. Hierbei ist das erste Bauteil 20 über mehrere erfindungsgemäße Verbindungsanordnungen 1 mit den zweiten Bauteilen 30 verbunden. Die als Längsträger ausgeführten zweiten Bauteile 30 sind im Hinblick auf das als Reserveradmulde ausgeführte erste Bauteil 20 ortsfest angeordnet. Dies soll durch zwei Widerlager WL dargestellt werden, die jeweils mit einem als Längsträger ausgeführten zweiten Bauteil 30 verbunden sind.
Wie aus 1 bis 5 ersichtlich ist, umfassen die Verbindungsanordnungen 1 jeweils zwei Bauteile 20, 30, welche über mindestens eine Fixiervorrichtung 10 fixiert und über mindestens eine Klebeverbindung 40 miteinander verbunden sind. Die beiden Bauteile 20, 30 weisen jeweils mindestens eine vorgegebene Klebefläche 42, 43 auf, welche einander zugewandt sind und zwischen welchen ein Klebemittel 44 angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Fixiervorrichtung 10 als Clipsverbindung ausgeführt, indem ein erster Fixierbereich 22 des ersten Bauteils 20 kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit einem zweiten Fixierbereich 32 des zweiten Bauteils 30 verbunden ist. Die mindestens eine Fixiervorrichtung 10 weist an einem Bauteil 20 ein Federelement 12 und am anderen Bauteil 30 eine mit dem Federelement 12 gekoppelte Aussparung 13 auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 12 am ersten Bauteil 20 angeordnet und die Aussparung 13 ist am zweiten Bauteil 30 angeordnet. Alternativ können das Federelement 12 am zweiten Bauteil 30 und die Aussparung 13 am ersten Bauteil 20 angeordnet werden.
Bevorzugt werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen 20, 30 eingesetzt, welche jeweils als Karosseriebauteile und/oder als Karosseriestrukturbauteile ausgeführt sind.
Wie aus 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, sind das erste Bauteil 20 und das zweite Bauteil 30 zumindest im Bereich der Klebeflächen 42, 43 planar und flächig ausgeführt. Zudem wird das erste Bauteil 20 an einer Oberseite mit einer Unterseite des zweiten Bauteils 30 verbunden. Die Bauteile 20, 30 können beliebige Formen und/oder Geometrien aufweisen. Die beiden Bauteile 20, 30 können sich vollständig überlappen oder nur einen oder mehrere Überlappungsbereiche aufweisen, an welchen die Klebeflächen 42, 43 ausgebildet werden. So können beispielsweise gekrümmte Bauteile an gemeinsamen Berührstellen miteinander verbunden werden. Des Weiteren können die Bauteile 20, 30 lediglich an Randbereichen überlappen und miteinander verbunden werden.
Wie aus 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, weist die mindestens eine Klebeverbindung 40 zwei Klebeflächen 42, 43 auf, welche einander zugewandt sind. Zwischen den Klebeflächen 42, 43 ist ein Klebemittel 44 angeordnet, welches die Klebeflächen 42, 43 stoffschlüssig miteinander verbindet. Die Bauteile 20, 30 können im Bereich der Klebeflächen 42, 43 planar oder gekrümmt ausgeführt werden, wobei Bauteile 20, 30 so geformt sind, dass die Klebeflächen 42, 43 an einander anliegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Bauteil 20 über zwei Klebeverbindungen 40 jeweils mit dem zweiten Bauteil 30 verbunden. In alternativen Ausführungsformen können die Bauteile 20, 30 über weitere Klebeverbindungen 40 mit weiteren Bauteilen verbunden werden. Zudem können die beiden Bauteile 20, 30 nur über eine Klebeverbindung 40 oder über mehr als zwei Klebeverbindungen 40 miteinander verbunden werden.
Wie aus 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, verbindet die mindestens eine Fixiervorrichtung 10 einen ersten Fixierbereich 22 des ersten Bauteils 20 kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit einem zweiten Fixierbereich 32 des zweiten Bauteils 30, indem das Federelement 12 durch die Aussparung 13 ragt und sich auf einer Abstützfläche 13.4 abstützt, welche als Rand 13.2 der Aussparung 13 ausgeführt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel stützt sich das als Reserveradmulde ausgeführtes erste Bauteil 20 an zwei als Längsträger ausgeführte zweite Bauteile 30 ab, wobei das erste Bauteil 20 zwischen den beiden zweiten Bauteilen 30 angeordnet ist. Somit stellen die zweiten Bauteile 30 jeweils eine Haltekraft F_H zum Abstützen einer Gewichtskraft F_G des ersten Bauteils 20 zur Verfügung.
Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, kann mindestens ein Schenkel 12.2, 12.3 des Federelements 12 über eine Federkraft mit dem Rand 13.2 der Aussparung 13 gekoppelt werden. Das Federelement 12 weist einen wellenförmigen und/oder Z-förmigen und/oder U-förmigen und/oder O-förmigen Längsschnitt auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Federelement 12 einen wellenförmigen beziehungsweise eine Z-förmigen Längsschnitt auf. Dadurch werden zwei Schenkel 12.2, 12.3 ausgebildet, wobei der in der Darstellung untere erste Schenkel 12.2 steiler ausgeführt ist, als der obere zweite Schenkel 12.3. Durch die Wahl des Winkels, mit welchem der Schenkel 12.2, 12.3 den Rand 13.2 der Aussparung 13 trifft, kann die auf den Rand 13.2 wirkende Federkraft und ein Abstand zwischen dem ersten Bauteil 20 und dem zweiten Bauteil 30 variiert werden. Die Aussparung 13 umfasst zwei sich gegenüberliegende und nahezu parallel zueinander verlaufende Ränder 13.2, auf welche jeweils ein Schenkel 12.2, 12.3 des Federelements 12 wirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Federelement 12 von unten durch die Aussparung 13 abgestützt, wobei sich das erste Bauteil 20 über den ersten Schenkel 12.2 am zweiten Bauteil 30 abstützt, wodurch die Bauteile in einer gewünschten Position fixiert sind. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann das Federelement scharfe Kanten aufweisen, welche sich unter Belastung in die Abstützfläche eingraben. Zudem oder alternativ kann die Abstützfläche scharfe Kanten aufweisen, welche sich unter Belastung in das Federelement eingraben. Durch die scharfen Kanten, kann die Fixierung der beiden Bauteile 20, 30 verbessert werden.
Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, sind das Federelement 12 und das erste Bauteil 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel einteilig ausgeführt. Um das Federelement 12 aus dem ersten Bauteil 20 auszuformen, sind zwei Schnitte 24 in das erste Bauteil 20 eingefügt. Die zwischen den Schnitten 24 liegende Zunge ist über ein geeignetes Verfahren verformt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zumindest das erste Bauteil 20, aus welchem das Federelement 12 ausgeformt wird, als Metallbauteil ausgeführt.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Federelement 12 und das erste Bauteil 20 zweiteilig ausgeführt. Hierbei ist das Federelement 12 formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig am korrespondierenden Bauteil 20 befestigt. Zum Befestigen des Federelements 12 am korrespondierenden Bauteil 20 kann aus einer Vielzahl von Verbindungstechniken gewählt werden. Beispielsweise können das Federelement 12 und das korrespondierende Bauteil 20 verschraubt oder vernietet oder verklebt oder verschweißt oder verlötet werden. Zudem ist eine Kombination aus verschiedenen Verbindungstechniken vorstellbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das erste Bauteil 20 als Metallbauteil oder als Kunststofffaserverbundbauteil ausgeführt werden.
Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist die mindestens eine Fixiervorrichtung 10 an einem Rand der Klebeflächen 42, 43 und/oder im Bereich der Klebeflächen 42, 43 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Fixiervorrichtung 10 am Rand der Klebeflächen 42, 43 und zwischen den beiden korrespondierenden Klebeverbindungen 40 angeordnet.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Klebeverbindung 40 zwischen zwei Fixiervorrichtungen 10 angeordnet werden. Bei mehreren Klebeverbindungen 40 können die Fixiervorrichtungen 10 abwechselnd mit den Klebeverbindungen 40 angeordnet werden.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Federelement 12 der Fixiervorrichtung 10 im Bereich einer ersten Klebefläche 42 des ersten Bauteils 20 angeordnet werden. Ebenso kann die Aussparung 13 im Bereich einer korrespondierenden zweiten Klebfläche 43 des zweiten Bauteils 30 angeordnet werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen 20, 30, werden die beiden Bauteile 20, 30 über mindestens eine Fixiervorrichtung 10 fixiert und über mindestens eine Klebeverbindung 40 miteinander verbunden. Hierbei weisen die beiden Bauteile 20, 30 jeweils mindestens eine vorgegebene Klebefläche 42, 43 auf, welche einander zugewandt werden und zwischen welchen ein Klebemittel angeordnet wird.
Erfindungsgemäß wird die mindestens eine Fixiervorrichtung 10 als Clipsverbindung ausgeführt, welche an einem ersten Bauteil 20 einen ersten Fixierbereich 22 und an einem zweiten Bauteil 30 einen zweiten Fixierbereich umfasst. Hierbei werden die beiden Fixierbereiche 22, 32 durch eine Relativbewegung der beiden Bauteile 20, 30 zueinander ausgerichtet und kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander fixiert, wobei die mindestens eine Fixiervorrichtung 10 an einem Bauteil 20 ein Federelement 12 und am anderen Bauteil 30 eine mit dem Federelement 12 gekoppelte Aussparung 13 aufweist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das als Reserveradmulde ausgeführte erste Bauteil 20 von unten in Fügerichtung FR zwischen den beiden als Längsträger ausgeführten zweiten Bauteile 30 eingefügt, wobei die Federelemente 12 der jeweiligen Verbindungsanordnung 1 durch die Fügebewegung vorgespannt werden. Sobald die Federelemente 12 mit den korrespondierenden Aussparungen 13 ausgerichtet sind, entspannen sich die Federelemente 12 und dringen in die korrespondierende Aussparung 13 ein, so dass das erste Bauteil 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den beiden zweiten Bauteilen 30 in einer gewünschten Position fixiert ist. Durch eine entsprechende Vorgabe der Abmessungen des Federelements 12 und der Aussparung 13 kann das erste Bauelement 20 in einer gewünschten Position fixiert werden. Das Klebemittel 44 der mindestens einen Klebeverbindung 40 kann vor oder nach der Fixierung der beiden Bauteile 20, 30 auf das erste Bauteil 20 und/oder das zweite Bauteil 30 aufgebracht werden.
In einem Verfahrensschritt wird das Federelement 12 über ein Stanzprägeverfahren und/oder ein Stanzbiegeverfahren und/oder ein Umformverfahren aus dem ersten Bauteil 20 ausgeformt. In einem alternativen Verfahrensschritt wird das Federelement 12 separat hergestellt und mit dem ersten Bauteil 20 formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden.
Die Fixiervorrichtung 10 fixiert die mindestens zwei Bauteile 20, 30 in einer Aushärtungsphase des Klebemittels 44 vor und verhindert ein Verrutschen der Bauteile 20, 30 während der Aushärtungsphase. Dadurch können die fixierten Bauteile 20, 30 während der der Aushärtungsphase des Klebemittels 44 in vorteilhafter Weise weiter verarbeitet werden.
Zusätzlich kann in einem weiteren Verfahrensschritt ein korrekter Sitz der mindestens zwei Bauteile 20, 30 und/oder der mindestens einen Fixiervorrichtung 10 über ein akustisches Verfahren ermittelt werden.
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung und das erfindungsgemäße Verbinungsverfahren eigenen sich insbesondere dazu Fahrzeugkarosseriebauteile und/oder Fahrzeugkarosseriestrukturbauteile miteinander zu verbinden.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungsanordnung
10: Fixiervorrichtung
12: Federelement
12.2: erster Schenkel
12.3: zweiter Schenkel
13: Aussparung
13.2: Rand
13.4: Abstützfläche
20: erstes Bauteil
22: erster Fixierbereich
24: Schnitt
30: zweites Bauteil
32: zweiter Fixierbereich
40: Klebeverbindung
42: erste Klebefläche
43: zweite Klebefläche
44: Klebemittel
F_H: Haltekraft
F_G: Gewichtskraft
FR: Fügerichtung
WL: Widerlager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19800038 A1 [0005]
US 6327758 B1 [0006]
DE 1120908 A1 [0007]

Claims

Verbindungsanordnung mit zwei Bauteilen (20, 30), welche über mindestens eine Fixiervorrichtung (10) fixiert und über mindestens eine Klebeverbindung (40) miteinander verbunden sind, wobei die beiden Bauteile (20, 30) jeweils mindestens eine vorgegebene Klebefläche (42, 43) aufweisen, welche einander zugewandt sind und zwischen welchen ein Klebemittel (44) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fixiervorrichtung (10) als Clipsverbindung ausgeführt ist, indem ein erster Fixierbereich (22) eines ersten Bauteils (20) kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit einem zweiten Fixierbereich (32) eines zweiten Bauteils (30) verbunden ist, wobei die mindestens eine Fixiervorrichtung (10) an einem Bauteil (20) ein Federelement (12) und am anderen Bauteil (30) eine mit dem Federelement (12) gekoppelte Aussparung (13) aufweist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (20, 30) jeweils als Karosseriebauteile und/oder als Karosseriestrukturbauteile ausgeführt sind.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (12) auf einer Abstützfläche (13.4) abstützt, welche als Rand (13.2) der Aussparung (13) ausgeführt ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schenkel (12.2, 12.3) des Federelements (12) über eine Federkraft mit der als Rand (13.2) der Aussparung (13) ausgeführten Abstützfläche (13.4) gekoppelt ist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) einen wellenförmigen und/oder Z-förmigen und/oder U-förmigen und/oder O-förmigen Längsschnitt aufweist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) und das korrespondierende Bauteil (20) einteilig ausgeführt sind.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) und das korrespondierende Bauteil (20) mehrteilig ausgeführt sind, wobei das Federelement (12) formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig am korrespondierenden Bauteil (20) befestigt ist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fixiervorrichtung (10) am Rand der Klebeflächen (42, 43) und/oder im Bereich der Klebeflächen (42, 43) angeordnet ist.
Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen (20, 30), welche über mindestens eine Fixiervorrichtung (10) fixiert und über mindestens eine Klebeverbindung (40) miteinander verbunden werden, wobei die beiden Bauteile (20, 30) jeweils mindestens eine vorgegebene Klebefläche (42, 43) aufweisen, welche einander zugewandt werden und zwischen welchen ein Klebemittel (44) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fixiervorrichtung (10) als Clipsverbindung ausgeführt wird, welche an einem ersten Bauteil (20) einen ersten Fixierbereich (22) und an einem zweiten Bauteil (30) einen zweiten Fixierbereich umfasst, wobei die beiden Fixierbereiche (22, 32) durch eine Relativbewegung der beiden Bauteile (20, 30) zueinander ausgerichtet und kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander fixiert werden, wobei die mindestens eine Fixiervorrichtung (10) an einem Bauteil (20) ein Federelement (12) und am anderen Bauteil (30) eine mit dem Federelement (12) gekoppelte Aussparung (13) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel (44) der mindestens einen Klebeverbindung (40) vor oder nach der Fixierung der beiden Bauteile (20, 30) auf das erste Bauteil (20) und/oder das zweite Bauteil (30) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) über ein Stanzprägeverfahren und/oder ein Stanzbiegeverfahren und/oder ein Umformverfahren aus dem korrespondierenden Bauteil (20) ausgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) separat hergestellt wird und mit dem korrespondierenden Bauteil (20) formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fixiervorrichtung (10) die Bauteile (20, 30) in einer Aushärtungsphase des Klebemittels (44) vorfixiert.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verbundenen Bauteile (20, 30) während der Aushärtungsphase des Klebemittels (44) weiter verarbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein korrekter Sitz der Bauteile (20, 30) und/oder der mindestens einen Fixiervorrichtung (10) über ein akustisches Verfahren ermittelt wird.