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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer dauerhaften Verbindung zwischen einer Außenhaut-Beplankung und eines Rohbaus eines Fahrzeugs, sowie eine Verbindungseinheit zur dauerhaften Verbindung einer Außenhaut-Beplankung mit einem Karosserieelement eines Fahrzeugs.
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Ein Beplankungselement, welches bereits lackiert ist, auf ein Karosserieelement aufzubringen, stellt im Fahrzeugbau eine Herausforderung dar, wenn der Lack des Beplankungselements nicht beschädigt werden soll. Bei den meisten Fahrzeugen ist ein solches Beplankungselement, auch genannt Außenhaut (zum Beispiel eine Seitenwand) ein rohbaufester Bestandteil der Karosserie und wird meist durch Schrauben, Schweißen oder Kleben daran angeordnet.
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Die
DE 10 2008 028 382 A1 betrifft in diesem Zusammenhang ein Befestigungselement zur Befestigung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil, mit einem während der Montage des ersten Bauteils am zweiten Bauteil eine Aussparung im ersten Bauteil durchdringenden und in eine korrespondierende Aussparung im zweiten Bauteil eindringenden Klemmkörper, welcher mit einer axialen Durchgangsöffnung versehen ist, in die ein Spreizdorn zur axialen Fixierung des Klemmkörpers innerhalb der Aussparung des zweiten Bauteils durch radiales Aufweiten des Klemmkörpers einschiebbar ist, wobei besagter Spreizdorn zur Begrenzung der Einschubtiefe einen Bund aufweist, vermittels welchem sich der Spreizdorn axial am ersten Bauteil, dasselbe am zweiten Bauteil festlegend, abstützt, und wobei zwischen dem Klemmkörper und dem Bund des Spreizdorns ein Mittel zur Entkopplung des ersten Bauteils vom zweiten Bauteil vorgesehen ist, welches während der Montage zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil positionierbar ist, indem die Aussparung des ersten Bauteils und das Mittel zur Entkopplung derart ausgebildet sind, dass besagtes Mittel zur Entkopplung in einem ersten Montageschritt zumindest teilweise durch die Aussparung des ersten Bauteils axial hindurchführbar und in einem zweiten Montageschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil axial festlegbar ist.
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Die
DE 69105949 T2 betrifft ferner ein Verfahren zum Verbinden von Materialien, sowohl anwendbar zum Verbinden von harten Materialien, insbesondere von Leichtmetalllegierungen, wie von weichen oder zerbrechlichen Materialien, insbesondere synthetischen laminierten, faserverstärkten Materialien (häufig „Kompositmaterialien“ genannt).
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungssystem, mit dem eine Außenhaut erst in der Montage am Fahrzeug befestigt werden kann, bereitzustellen.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer dauerhaften Verbindung zwischen einer Außenhaut-Beplankung und eines Rohbaus eines Fahrzeugs, aufweisend die Schritte:
- - Einstecken eines Kunststoffelements in eine Bohrung eines Karosserieelements, wobei ein Kunststoffelement mit einer Durchgangsöffnung verwendet wird, welche in einem unteren Bereich des Kunststoffelements eine die Durchgangsöffnung abschnittsweise zunehmend radial verjüngende Lippe aufweist, wobei das Kunststoffelement so weit durch die Bohrung des Karosserieelements geführt wird, dass ein Bereich des Kunststoffelements mit der Lippe von einer Rückseite des Karosserieelements hervorsteht;
- - Einführen eines Zapfens in die Durchgangsöffnung des Kunststoffelements zumindest soweit, dass der Zapfen entlang der Lippe gleitend das Kunststoffelement im Bereich der Lippe aufweitet und an der Rückseite des Karosserieelements das Kunststoffelement radial nach außen spreizt, um einen Formschluss des Kunststoffelements mit dem Karosserieelement an dessen Rückseite zur Verhinderung einer Bewegung des Kunststoffelements zu einer Vorderseite des Karosserieelements herzustellen;
- - Aufsetzen eines ein Loch aufweisenden Beplankungselements auf das Karosserieelement an seiner Vorderseite, sodass das auf der Vorderseite des Karosserieelements abstehende Kunststoffelement durch das Loch des Beplankungselements geführt ist und das Kunststoffelement von dem Beplankungselement hervorsteht;
- - Anschmelzen des von dem Beplankungselement hervorstehenden Teils des Kunststoffelements, um durch Verbreiterung des Kunststoffelements einen Formschluss des Kunststoffelements mit dem Aufbau aus Karosserieelement und Beplankungselement auf der Vorderseite des Karosserieelements herzustellen;
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Die Außenhaut-Beplankung kann lackiert sein oder anderweitig beschichtet sein (z.B. eloxiert, pulverbeschichtet, ...) oder blank (z.B. aus Edelstahl).
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Das Kunststoffelement weist eine Durchgangsöffnung auf, in die ein Zapfen eingeführt werden kann. Nachdem das Kunststoffelement in die Bohrung des Karosserieelements so eingesteckt wurde, dass das Kunststoffelement in einem ersten Teil von einer Vorderseite des Karosserieelements hervorsteht und mit einem zweiten Teil von einer Rückseite des Karosserieelements hervorsteht, kann der Zapfen von der Vorderseite des Karosserieelements her so in die Durchgangsöffnung eingeführt werden, dass er mit zunehmender axialer Vorschubslänge anfänglich die Lippe innerhalb der Durchgangsöffnung zuerst kontaktiert und wegen der zunehmenden Verjüngung der Durchgangsöffnung wegen der Lippe zunehmend eine radiale Kraft auf die Lippe ausübt und die Durchgangsöffnung aufweitet.
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Die Durchgangsöffnung im Bereich der Lippe ist dabei so gestaltet, dass sie ohne Beschädigung die Aufweitung erlaubt, erwartungsgemäß jedoch gegen eine elastische Gegenkraft. Die Aufweitung der Durchgangsöffnung in diesem Bereich des Kunststoffelements führt dazu, dass das Kunststoffelement im Bereich der Rückseite des Karosserieelements einen größeren Radius als die Bohrung des Karosserieelements erhält. Damit ist das Kunststoffelement zumindest in einer Richtung gegen axiale Bewegung gegenüber dem Karosserieelement gesichert, nämlich gegen Herausrutschen aus dem Karosserieelement in Richtung von der Rückseite des Karosserieelements kommend hin zu einer Vorderseite des Karosserieelements.
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Dieser Formschluss des Kunststoffelements mit dem Karosserieelement ist zunächst jedoch noch nicht von Dauer, da der Zapfen in der Durchgangsöffnung des Kunststoffelement prinzipiell noch verschiebbar wäre. Die Sicherung des Zapfens gegen axiale Bewegung und damit gegen Freigabe der Lippe erfolgt erst in einem späteren Schritt mit dem Anschmelzen des Kunststoffelements auf der Vorderseite des Karosserieelements.
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Vor diesem Schritt wird jedoch noch an der Vorderseite des Karosserieelements ein Beplankungselement aufgesetzt. Das Beplankungselement weist selbst wiederum ein Loch auf, sodass das Beplankungselement so auf das Karosserieelement aufgesetzt werden kann, dass ein noch vom Karosserieelement auf dessen Vorderseite abstehender Teil des Kunststoffelements durch das Loch hindurch geführt werden kann und das Beplankungselement im Bereich der Bohrung des Karosserieelements eben auf dem Karosserieelement anliegen kann.
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Nun liegt das Beplankungselement auf einer Vorderseite des Karosserieelements an, während das Kunststoffelement so positioniert ist, dass ein oberer Teil des Kunststoffelements über das Beplankungselement hervorsteht und ein unterer Teil des Kunststoffelements, an welchem der Bereich der Lippe angeordnet ist, an der Rückseite des Karosserieelements hervorsteht.
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Es spielt dabei prinzipiell keine Rolle, ob zuerst das Beplankungselement auf dem Karosserieelement positioniert wird und anschließend das Kunststoffelement durch das Loch des Beplankungselements und durch die Bohrung im Karosserieelement geführt wird, um durch Einführen des Zapfens anschließend den Formschluss an der Rückseite des Karosserieelements herzustellen, oder ob, wie oben beschrieben, zuerst der Zapfen durch die Bohrung des Karosserieelement geführt wird und der Formschluss hergestellt wird und anschließend mit dem Loch zentriert das Beplankungselement auf das Karosserieelement aufgesetzt wird.
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In jedem Fall wird als abschließender Schritt, und nachdem der Formschluss durch Spreizung mithilfe des Zapfens an der Rückseite des Karosserieelement hergestellt wurde, der auf der Vorderseite des Karosserieelements und damit vom Beplankungselement hervorstehende Teil des Kunststoffelements angeschmolzen, und bei Bedarf zum Beplankungselement gedrückt, wenn sich diese Bewegung nicht von selbst bereits durch den Anschmelz-Vorgang ergibt. Somit wird der vom Beplankungselement hervorstehende Teil des Kunststoffelements kürzer und schließt sich an das Beplankungselement an. Das Kunststoffelement wird entsprechend aus einem Kunststoff gefertigt, welcher geschmolzen werden kann. Bevorzugt wird daher thermoplastischer Kunststoff verwendet, besonders bevorzugt Polypropylen.
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Vorteilhaft wird der Lack auf einem lackierten Beplankungselement nicht beschädigt, da die benötigte Wärme zum Anschmelzen des Kunststoffelement recht gering ist. Wird außerdem ein Kunststoffelement verwendet, welches einen Absatz aufweist, welches beim Einführen des Kunststoffelements in die Bohrung des Karosserieelements am Karosserieelement anstößt, so kann durch entsprechenden Wärmeeintrag auch dieser Absatz erwärmt werden und in seinem Durchmesser abhängig vom Wärmeeintrag und abhängig von einer Antriebskraft in axialer Richtung des Kunststoffelements auf das Karosserieelement in seiner Dicke eingestellt werden.
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Optional erfolgt ein Vorfixieren des Kunststoffelements zunächst an dem Beplankungselement durch Rastnasen, das Kunststoffelement ist dabei aber weiterhin beweglich für einen Toleranzausgleich,
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird Klebstoff auf die Vorderseite des Karosserieelements und/oder auf die, die Vorderseite des Karosserieelements zu kontaktierende, Seite des Beplankungselements aufgebracht, bevor das Beplankungselement auf das Karosserieelement aufgesetzt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Beplankungselement mit einer Vorprägung verwendet und eine konvex vorstehende Seite der Vorprägung des Beplankungselements auf das Karosserieelement aufgesetzt.
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Bevorzugt wird hierbei kein durchgehend ebenes Beplankungselement verwendet, sondern ein Beplankungselement mit einer Vorprägung. Diese Vorprägung führt dazu, dass ein sonst ebenes Beplankungselement in einem Bereich um das Loch im Beplankungselement aus der Ebene des Beplankungselements heraus gebeult wird, sodass eine konkave Seite und eine konvexe Seite am Beplankungselement entsteht. Wird die konvexe Seite auf das Karosserieelement aufgebracht, so kann in die konkave Seite, welche schalenförmig ausgebildet ist, der geschmolzene Kunststoff des Kunststoffelements eingebracht werden, ohne dass dieser aus der übrigen Ebene des Beplankungselements hervorsteht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Beplankungselement keine Vorprägung auf und die Verbreiterung des Kunststoffelements prägt einen tellerförmigen Aufbau auf die Beplankung aus.
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Bei einer zweiseitigen Zugänglichkeit ist auch ein zusätzliches Verschmelzen auf der Rückseite möglich (mit oder ohne Verprägung).
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Kunststoffelement so gewählt, dass die Vorprägung mit geschmolzenem Kunststoff des Kunststoffelements eben aufgefüllt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umgibt das Kunststoffelement im Bereich der Lippe mit einem geschlitzten Mantel die Durchgangsöffnung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umgibt das Kunststoffelement im Bereich der Lippe die Durchgangsöffnung mit biegsamen Spreizstegen, wobei zumindest zwei der Spreizstege einen jeweiligen unverbundenen Abschnitt der Lippe aufweisen.
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Der geschlitzte Mantel genauso wie die Spreizstege als alternative Ausführungen bieten den technischen Effekt, dass im Bereich der Lippe die Durchgangsöffnung nicht um einen vollständig geschlossenen Umfang von Kunststoff gehalten wird, da in diesem Fall eine Spreizung des Kunststoffelements im Bereich der Lippe ohne Beschädigung nicht möglich wäre. Die axial verlaufenden Unterbrechungen erlauben jedoch eine radiale Aufweitung des Kunststoffelements im Bereich der Lippe, ähnlich zu einem Spreizdübel.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Zapfen aus schmelzbarem Kunststoff und steht von dem Beplankungselement hervor, wobei der von dem Beplankungselement hervorstehende Teil des Zapfens zusammen mit dem von dem Beplankungselement hervorstehende Teil des Kunststoffelements angeschmolzen wird. Auch der, zwischen der Beplankung und dem Rohbau der Karosserie liegende „Teller“ kann mit aufgeschmolzen werden, um Toleranzen auszugleichen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbindungseinheit zur dauerhaften Verbindung einer Außenhaut-Beplankung mit einem Karosserieelement eines Fahrzeugs, wobei ein Kunststoffelement durch eine Bohrung eines Karosserieelements und durch ein Loch eines Beplankungselements geführt ist, das Beplankungselement auf einer Vorderseite des Karosserieelements anliegt, das Kunststoffelement an einer Rückseite des Karosserieelements durch Aufspreizung einen Formschluss gegen axiales Verschieben des Kunststoffelements zur Vorderseite des Karosserieelements hin ausbildet und das Kunststoffelement in einem Bereich einer Vorderseite des Karosserieelement oberhalb des Beplankungselements eine durch Aufschmelzen verformte Verbreiterung aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Beplankungselement eine Vorprägung auf, wobei die Vorprägung mit ihrer konvexen Seite zum Karosserieelement hin ausgerichtet ist, sodass an der konkaven Seite der Vorprägung des Beplankungselements die Verbreiterung des Kunststoffelements anliegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform füllt die verformte Verbreiterung eine konkave Seite der Vorprägung auf, sodass der angeschmolzene Kunststoff des Kunststoffelements mit dem übrigen Beplankungselement eine Ebene ausbildet.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Verbindungseinheit ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: Eine Ausgangslage im Verfahren zum Herstellen einer dauerhaften Verbindung zwischen einer lackierten Außenhaut-Beplankung und eines Rohbaus eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2: Einen weiteren Zustand der Verbindung bei ihrer Herstellung.
- 3: Einen weiteren Zustand der Verbindung bei ihrer Herstellung.
- 4: Einen abschließenden Zustand der Verbindung bei ihrer Herstellung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt einen ersten Schritt im Verfahren zum Herstellen einer dauerhaften Verbindung zwischen einer lackierten Außenhaut-Beplankung und eines Rohbaus eines Fahrzeugs. Zuerst erfolgt das Einstecken S1 eines Kunststoffelements 1 in eine Bohrung eines Karosserieelements 3. Das Kunststoffelement 1 ist in der 1 schraffiert dargestellt. Es besteht aus thermoplastischem Kunststoff und weist eine Durchgangsöffnung auf. Im ersten Schritt wird das Kunststoffelement 1 in der Richtung des mit ‚S1‘ markierten Pfeils durch eine Bohrung des Karosserieelement 3 eingesteckt, dessen Absatz auf der Vorderseite des Karosserieelements 3 anschlägt. Das Kunststoffelement 1 selbst weist eine Durchgangsöffnung auf, in die ein Zapfen 7 von oben, d. h. von der Vorderseite des Karosserieelements 3, wenn das Kunststoffelement 1 in dessen Bohrung eingeführt ist, eingeführt werden kann. Dies wird mit dem gestrichelten Pfeil, markiert mit ‚S2‘ für den zweiten Schritt dargestellt. Hierbei ist es unerheblich, ob das in 3 eingeführte Beplankungselement 9 bereits über das Kunststoffelement 1 gestülpt ist oder noch nicht. Indem zumindest der Zapfen 7 wie erwähnt durch die Durchgangsöffnung des Kunststoffelements 1 geführt wird, stößt der Zapfen 7 bei einer gewissen Vorschublänge auf die Lippe 5, welche sich mit Bezug zu einer axialen Richtung der Durchgangsöffnung in einem gewissen Abschnitt zunehmend verjüngt. Der Zapfen 7 gleitet dabei auf diesen Schrägen, kontaktiert diese und spreizt das Kunststoffelement 1 wie einen Spreizdübel in einem Bereich auseinander, der zu diesem Zeitpunkt an der Rückseite des Karosserieelements 3 liegt. Das Ergebnis ist in 2 gezeigt, wo ersichtlich ist, wie das Kunststoffelement 1 auf der Rückseite des Karosserieelements 3 in der unteren Bildhälfte gespreizt wird und somit einen Formschluss bildet, sodass das Kunststoffelement 1 nicht mehr nach oben zur Vorderseite des Karosserieelements 3 selbstständig herausgleiten kann.
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3 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt S3, in dem das Beplankungselement 9, welches bereits lackiert ist, mit dem Karosserieelement 3 verbunden wird. Dazu wird das Beplankungselement 9 auf das Kunststoffelement 1 so aufgebracht, dass das Kunststoffelement 1 durch ein Loch des Beplankungselements 9 an der Vorderseite des Karosserieelements 3 ragt. Hierbei wird Klebstoff 11 zwischen dem Karosserieelement 3 und dem Beplankungselement 9 eingebracht und im Schritt S4 mittels eines Werkzeugs wie eines Thermoelements oder Heizelements der auf der Vorderseite des Karosserieelement 3 abstehende Teil des Kunststoffelements 1 zusammen mit dem ebenfalls aus Kunststoff gefertigten Zapfen 7 erwärmt und nach unten gedrückt, sodass dieser erwärmte Kunststoff auf einen Absatz des Kunststoffelements 1 drückt, der am Karosserieelement 3 durch seine radiale Ausdehnung anliegt. Dabei wird dieser Absatz ebenfalls erwärmt, der einen vordefinierten Abstand zwischen dem Karosserieelement 3 und dem Beplankungselement 9 angibt. Durch die Erwärmung und den senkrechten Druck in Richtung des Karosserieelements 3 wird eine Vorprägung des Beplankungselements 9 in ihrer konkaven Seite wasserdicht ausgefüllt. Der Lack am Beplankungselement 9 wird hierbei nicht beschädigt, da der thermische Eingriff ausreichend gering ist. Die anschließende Festigkeit des Verbunds wird vorrangig vom aushärtenden Klebstoff 11 gewährleistet. Dieser Zustand ist in 4 gezeigt. Der durch Abkühlung aushärtende Kunststoff des Kunststoffelements 1 bildet dabei auch an der Vorderseite des Karosserieelements 3 einen Formschluss aus, der primär die Aufgabe hat, das Beplankungselement 9 am Karosserieelement 3 in einer gewünschten Relativposition zu fixieren, bis der Klebstoff 11 ausgehärtet ist. Ziel ist es, diese Fügetechnik in nicht sichtbaren Bereichen einzusetzen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2008 028 382 A1 [0003]
- DE 69105949 T2 [0004]