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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer dauerhaften Verbindung zwischen einem Beplankungselement für eine Außenhautstruktur eines Fahrzeugs und eines Karosserieelements eines Rohbaus für das Fahrzeug, sowie eine Außenhautstruktur für ein Fahrzeug.
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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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Aus der
DE 10 2013 001 671 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer dauerhaften Verbindung zwischen einem Beplankungselement für eine Außenhautstruktur eines Fahrzeugs und eines Karosserieelements eines Rohbaus für das Fahrzeug bekannt, wobei das Karosserieelement mit dem Beplankungselement mit Klebstoff verklebt wird und zum Zusammenhalten während des Aushärtens des Klebstoffs eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Karosserieelement und dem Beplankungselement verwendet wird, die hergestellt wird, indem ein Element am Karosserieelement gehalten wird, durch ein Loch eines Beplankungselements geführt wird, das Element das Loch des Beplankungselements nahtlos auffüllt und zur Ausbildung eines Formschlusses eine dem Karosserieelement abgewandte Seite des Beplankungselements zumindest teilweise überdeckt wird.
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Die
DE 37 372 10 C2 offenbart ein Verfahren zum Verbinden von Karosserieteilen einer Fahrzeugkarosserie, bei dem ein Karosserieteil mit einem Kleberand auf einen entsprechenden Kleberand eines anderen Karosserieteils geklebt wird und bei dem zur Fixierung des Karosserieteils bis zum Aushärten des Klebers Blindniete in durch die aufeinanderliegenden Kleberänder hindurchführende Bohrungen gesetzt Werden. Die Blindniete bestehen aus einem fest mit dem verwendeten Kleber verklebenden Kunststoff. Sie bilden mit ihren außenseitigen Schließköpfen außenseitige Überstände, die nach dem Aushärten des Klebers entfernt werden.
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Die
DE 10 2018 131 912 A1 beschreibt ein mehrteiliges Verkleidungsbauteil, welches an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist und ein mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbundenes Strukturbauteil sowie eine der Karosserie abgewandte, das Strukturbauteil zumindest teilweise abdeckende, an dem Strukturbauteil angeordnete Oberschale aufweist. Hierbei ist zwischen der Oberschale und dem Strukturbauteil eine stoffschlüssige Verbindung sowie eine zusätzliche formschlüssige Verbindung ausgebildet. Ferner ist die formschlüssige Verbindung durch Eingreifen wenigstens eines an der Oberschale ausgeformten, ebenen und plattenartigen Verbindungselements in eine in dem Strukturbauteil ausgeformte Aufnahme realisiert.
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Die
DE 20 2015 105 593 U1 offenbart eine Anordnung aus Fahrzeugkomponenten, die Folgendes umfasst: erste und zweite Komponenten, aneinander anliegend, erste und/oder zweite Komponente ein nichtmetallisches Material beinhaltend, die erste und zweite Komponente jeweils überdeckende erste und zweite Öffnungen beinhaltend; und eine Verbindungskomponente, die durch die erste und die zweite Öffnung verläuft, wobei die Verbindungskomponente einen Stützkörper und einen äußeren Körper, der den Stützkörper zumindest teilweise umgibt, aufweist, der äußere Körper ein Polymermaterial umfasst, die Verbindungskomponente die erste und die zweite Komponente zwischen einem ersten und einem zweiten Flansch des äußeren Körpers festklemmt und der Stützkörper in die erste und/oder zweite Öffnung hinein verläuft.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungssystem, mit dem ein Beplankungselement einer Außenhaut erst in der Montage an einem Karosserieelement eines Fahrzeugs 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 einem Beplankungselement für eine Außenhautstruktur eines Fahrzeugs und eines Karosserieelements eines Rohbaus für das Fahrzeug, wobei das Karosserieelement mit dem Beplankungselements mit Klebstoff verklebt wird und zum Zusammenhalten des Karosserieelements mit dem Beplankungselement während des Aushärtens des Klebstoffs eine formschlüssige Kunststoffverbindung zwischen dem Karosserieelement und dem Beplankungselement verwendet wird, die hergestellt wird, indem ein Kunststoffelement am Karosserieelement gehalten wird, durch ein Loch eines Beplankungselements geführt wird und durch thermische Einwirkung und Druckeinwirkung so umgeformt wird, dass das Kunststoffelement das Loch des Beplankungselements nahtlos auffüllt und zur Ausbildung eines Formschlusses eine dem Karosserieelement abgewandte Seite des Beplankungselements zumindest teilweise überdeckt.
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Das Beplankungselement für die Außenhautstruktur des Fahrzeugs kann lackiert sein oder anderweitig beschichtet sein (z.B. eloxiert, pulverbeschichtet, ...) oder blank (z.B. aus Edelstahl) sein.
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Es muss gewährleistet werden, dass das Beplankungselement bei der Montage in möglichst drei translatorische Freiheitsgrade eines kartesischen Systems eingestellt werden kann, wobei eine bereits lackierte Oberfläche des Beplankungselements nicht beschädigt werden darf. Hierzu wird ein spezielles Kunststoffelement eingesetzt, welches durch thermische Umformung das Karosserieelement mit dem Beplankungselement verbindet. Die hierzu benötigte geringe Temperatur hat dabei keinerlei Einfluss auf die lackierte Oberfläche. Ziel ist es, die Verbindung des Beplankungselements mittels eines Formschlusses dauerhaft zu fixieren, bis der eingesetzte Klebstoff seine Festigkeit erreicht hat. Durch eine vergrößerte Öffnung im Beplankungselement (z.B. ausgebildet als Langloch, Rundloch) kann ein Toleranzausgleich in einer Ebene (und damit bereits in zwei der drei gewünschten Richtungen) sichergestellt werden.
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Der Schritt der Umformung des Kunststoffelements, insbesondere durch Stauchung unter thermischem Einfluss, kann hierbei mittels unterschiedlicher Varianten erfolgen. So ist es möglich, die Fixierung des Kunststoffelements an dem Karosserieelement durch eine ein- oder zweiseitige Zugänglichkeit auszuführen. Wenn die Einsteckrichtung des Kunststoffelements von dem Karosserieelement in Richtung des Beplankungselements erfolgt, besteht die Gefahr, dass das Kunststoffelement beim Umformen wieder aus dem Karosserieelement gedrückt wird. Dafür wird anschließend ein sehr guter Formschluss erreicht. Wird das Kunststoffelement auf der Seite angebracht, auf welcher anschließend auch das Beplankungselement befestigt werden soll, sind die Vor- und Nachteile genau entgegengesetzt. Zusätzlich besteht hierbei jedoch der Vorteil, dass mittels eines Absatzes im Kunststoffelement der Abstand zwischen dem Karosserieelement und dem Beplankungselement genau eingestellt werden kann. Bei der entgegengesetzten Einsteckrichtung des Kunststoffelements und unter Nutzung eines Gegenhalters kann ferner eine Kunststoffscheibe verwendet werden. Bei allen Varianten kann ein fest definierter Absatz integriert werden. Durch diesen Absatz wird ein vordefinierter Abstand zwischen dem Karosserieelement und dem Beplankungselement eingestellt.
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Ein noch überstehender Teil des Kunststoffelements wird mittels eines Werkzeugs (Thermo-/Heizelement) teigig aufgeschmolzen und durch senkrechtem Druck in einen Hinterschnitt gedrückt, z.B. in eine Verprägung des Beplankungselements oder als Nietkopf. Die Größe des Kunststoffelements wird so ausgelegt, dass die Verprägung gefüllt wird. Hierdurch wird die Verprägung wasserdicht mit Kunststoff des aufgeschmolzenen Kunststoffelements gefüllt und das Beplankungselement am Karosserieelement fixiert. Durch den Wärmeeintrag kann zusätzlich der zuvor beschriebene Absatz geschmolzen und in der Höhe verformt werden. Somit ist hierbei auch ein Toleranzausgleich im Abstand zwischen beiden Fügepartnern möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden das Loch des Beplankungselements und eine Durchgangsöffnung des Karosserieelements übereinander gebracht und das Kunststoffelement wird in das Loch des Beplankungselements und in die Durchgangsöffnung des Karosserieelements eingebracht, um anschließend umgeformt zu werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Kunststoffelement an einem ersten Ende, welches nach dem Einbringen des Kunststoffelements in die Durchgangsöffnung des Karosserieelements und in das Loch des Beplankungselements von dem Karosserieelement hervorsteht, radial über einen Durchmesser der Durchgangsöffnung hinaus erweitert, wobei an einem zweiten Ende des Kunststoffelements, welches nach dem Einbringen des Kunststoffelements in die Durchgangsöffnung des Karosserieelements und in das Loch des Beplankungselements von dem Beplankungselement hervorsteht, die thermische Einwirkung und die Druckeinwirkung erfolgt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Halten des Kunststoffelements am Karosserieelement durch einen Gegenhalter zum Aufbringen einer Gegenkraft gegen die Druckeinwirkung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Halten des Kunststoffelements am Karosserieelement durch Befestigen des Kunststoffelements am Karosserieelement zum Aufbringen einer Gegenkraft gegen die Druckeinwirkung, wobei das Befestigen des Kunststoffelements am Karosserieelement durch Einpressen des Kunststoffelements in die Durchgangsöffnung und/oder durch Verkleben des Kunststoffelements mit dem Karosserieelement und/oder durch Verschweißen des Kunststoffelements mit dem Karosserieelement und/oder durch thermisches Verprägen oder Clinchen oder Verklippen von Klippelementen, die an einer radialen über die Durchgangsöffnung hinausgehende Erweiterung des Kunststoffelements angeordnet sind, mit dem Karosserieelement.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird auf das Kunststoffelement eine das Kunststoffelement lokal radial erweiternde Scheibe aufgesteckt, die zwischen dem Beplankungselement und dem Karosserieelement angeordnet wird.
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Hierbei soll auf dem Karosserieelement eine Scheibe mit Verprägung angebracht werden (z.B. durch Schweißen, Clinchen,...). Anschließend kann das Beplankungselement, welches ebenfalls eine Verprägung aufweist, aufgesetzt und ausgerichtet werden. Anschließend können mittels eines flüssigen Kunststoffs beide Hinterschnitte gefüllt werden. Durch den ausgehärteten Kunststoff werden hierbei das Beplankungselement und das Karosserieelement miteinander verbunden. Diese Fügetechnik kann vorteilhaft in nicht sichtbaren Bereichen eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist zum Toleranzausgleich das Loch im Beplankungselement vor dem Umformen des Kunststoffelements einen größeren Durchmesser auf als das in das Loch eingesteckte, sodass bei der thermischen Einwirkung auf das Kunststoffelement das Loch im Beplankungselement durch das Kunststoffelement ausgefüllt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Beplankungselement an seiner dem Karosserieelement abgewandten Seite eine konkave Verprägung auf, welche bei der thermischen Einwirkung und der Druckeinwirkung auf das Kunststoffelement vollständig aufgefüllt wird, um eine am Beplankungselement im Bereich des Loches ebene und nahtlose Oberfläche zu erhalten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Karosserieelement eine Hinterschnitt-Verprägung auf, wobei das Kunststoffelement vorgewärmter Kunststoff ist, welcher durch das Loch des Beplankungselements und in die Hinterschnitt-Verprägung gespritzt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform haben das Kunststoffelement und eine dem Karosserieelement abgewandte Seite des Beplankungselements die gleiche Farbe.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Außenhautstruktur für ein Fahrzeug, aufweisend ein Beplankungselement, welches durch umgeschmolzene Kunststoffelemente und eine Klebeschicht aus Klebstoff an einem Karosserieelement für das Fahrzeug befestigt ist, wobei die Kunststoffelemente auf der dem Karosserieelement abgewandten Seite des Beplankungselements nahtlos an das Beplankungselement angeschmolzen sind.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Außenhautstruktur 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.
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Es zeigen:
- 1-6: Verbindungen zwischen einem Beplankungselement und einem Karosserieelement gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt einen beispielhaften Aufbau für die Herstellung einer dauerhaften Verbindung zwischen einem Beplankungselement 1 und einem Karosserieelement 3. Hierbei werden das Beplankungselement 1 und das Karosserieelement 3 so übereinander und aufeinander gelegt, dass ein Loch im Beplankungselement 1 oberhalb einer Durchgangsöffnung des Karosserieelements 3 zu liegen kommt. Durch die sich gemeinsam ausbildende Öffnung wird ein Kunststoffelement 7 geführt, welches an seiner Bodenseite radial erweitert ist und damit an der dem Beplankungselement 1 abgewandten Seite des Karosserieelements 3 formschlüssig anstößt. Das Beplankungselement 1 weist eine konkave Verprägung auf, welche am Karosserieelement 3 anliegt. Außerhalb dieses aneinander anliegenden Bereichs, und damit in einem Spalt zwischen dem Beplankungselement 1 und dem Karosserieelement 3 wird Klebstoff 5 eingeführt. Damit das Beplankungselement 1 und das Karosserieelement 3 aneinander gehalten werden, zumindest bis der Klebstoff 5 ausgehärtet ist, wird mithilfe des Kunststoffelements 7 eine formschlüssige Verbindung hergestellt. Hierzu wird die radiale Erweiterung des Kunststoffelements 7 an dem Karosserieelement 3 gehalten, um Gegenkraft gegen Druckeinwirkung unter thermischer Einwirkung auf das Kunststoffelement 7 aufzubringen. Die Druckeinwirkung wird durch einen herab bewegten Stempel ausgeübt, welcher beheizt ist. Hierdurch wird die Oberseite des Kunststoffelements 7 in Richtung der konkaven Verformung des Beplankungselements 1 gedrückt. Der so angeschmolzene Kunststoff des Kunststoffelements 7 füllt damit vollständig und nahtlos die konkave Verprägung auf, und außerdem das Loch im Beplankungselement 1, welches radial zum noch unverformten Kunststoffelement 7 Spiel bietet, um einen Toleranzausgleich zu schaffen. Der Spalt zwischen Kunststoffelement 7 und Beplankungselement 1 wird somit durch den angeschmolzenen Kunststoff aufgefüllt. Das Ergebnis ist in 2 gezeigt: Hierbei ist das Kunststoffelement 7 an seiner Oberseite in die konkave Schale des Beplankungselements 1 hinein gedrückt, um mit dem übrigen Beplankungselement 1 eine plane Oberfläche auszubilden.
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3 zeigt einen alternativen Aufbau, bei dem das Kunststoffelement 7 so vorgeformt ist, dass es in die konkave Verprägung des Beplankungselements 1 passt. Das Kunststoffelement 7 wird daher vom Beplankungselement 1 als erstes ausgehend durch dessen Loch eingeführt und weiter durch die Durchgangsöffnung des Karosserieelements 3 geführt. Der vom Karosserieelement 3 abstehende Teil des Kunststoffelements 7 wird durch ein Thermoelement gestaucht, um durch Einschmelzen des abstehenden Kunststoffs des Kunststoffelements 7 eine formschlüssige Verbindung herzustellen. Als Gegendruck gegen den Stempel wird ein Gegenhalter 9 verwendet, und zwischen dem Gegenhalter 9 und dem Stempel mit Thermoelement das Kunststoffelement 7 gestaucht. Das Ergebnis ist in 4 gezeigt. Funktional ist dieses nahezu gleichwertig mit dem Ergebnis aus 2. In der Herstellung unterscheiden sich die Vorgehensweisen jedoch zumindest durch die Einsteckrichtung des noch unverformten Kunststoffelements 7.
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5 zeigt eine weitere Option zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung. Hierbei wird ein symmetrisches Kunststoffelement 7 verwendet, ausgebildet als Kunststoffniet. Dieser wird von seiner Oberseite und Unterseite gepresst, mit einem Gegenhalter 9 und einem Stempel. Beide sind bevorzugt beheizt, um den Kunststoff des Kunststoffelements 7 anzuschmelzen. Das Ergebnis gleicht dem aus 4.
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6 zeigt eine Alternative zur Vorgehensweise der 5. Während in der Lösung der 5 ein Gegenhalter 9 notwendig ist, ist er in der Lösung der 6 nicht notwendig, da die radiale Verbreiterung des Kunststoffelements 7 haftend an das Karosserieelement 3 angeordnet wird. Die Anordnung kann durch Klebung, Anschweißen, oder Ähnliches erfolgen. Eine Detaillösung ist beispielhaft in 7 gezeigt.
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7 zeigt eine mögliche Anordnung des Kunststoffelements 7 an das Karosserieelement 3. Hierbei werden Klippelemente 11 vorgesehen, die ein Einstecken des Kunststoffelements 7 an die Unterseite des Karosserieelements 3 erlauben. Der jeweils dargestellte Kopf auf der dem Beplankungselement 1 zugewandten Seite des Karosserieelements 3 kann optional durch Schweißen hinzugefügt werden, um das Kunststoffelement 7 formschlüssig an das Karosserieelement 3 anzubinden. Die Köpfe können alternativ oder zusätzlich zum Klippsen vorgesehen werden. Es kann auch eine reine kraftschlüssige Verbindung durch Presspassung vorgesehen werden.
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8 zeigt eine weitere mögliche Ausbildung der formschlüssigen Verbindung. Hierbei wird eine Scheibe 13 auf das Kunststoffelement 7 aufgesteckt, welches als Abstandshalter zwischen dem Karosserieelement 3 und dem Beplankungselement 1 fungiert. Wird die Scheibe aus Kunststoff ausgeführt, insbesondere thermoplastischer Kunststoff, insbesondere dem selben wie der des Kunststoffelements 7, kann es durch die Wärmeeinwirkung in seiner Stärke beim Umformen des Kunststoffelements 7 vermindert werden. Wiederum wird ein Gegenhalter 9 alternativ zum haftenden Verbinden des Kunststoffelements 7 am Karosserieelement 3 verwendet, um die Gegenkraft des beheizten Stempels auszugleichen.
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9 zeigt eine weitere alternative Ausführung des Kunststoffelements 7, bei der auf einen Gegenhalter 9 verzichtet werden kann. Durch den Absatz im Kunststoffelement 7 zwischen dem Karosserieelement 3 und dem Beplankungselement 1 wird wiederum ein Abstand zwischen dem Karosserieelement 3 und dem Beplankungselement 1 ermöglicht. Wiederum weist das Loch im Beplankungselement 1 Spiel auf, um einen Toleranzausgleich zu ermöglichen. Der durch den beheizten Stempel von oben gestauchte Teil des Kunststoffelements 7 füllt wie in den anderen Ausführungsformen mit Ausnahme der in 3 bis 4 gezeigten wiederum die konkave Schale des Beplankungselements 1 während der Umformung durch Schmelzen und Stauchen auf.
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10 zeigt eine alternative Vorgehensweise, die ebenfalls den Verzicht auf einen Gegenhalter 9 erlaubt. Hierbei wird das Kunststoffelement 7 mit seiner bevorzugt radial erweiterten unteren Stirnseite auf das Karosserieelement 3 geklebt, das Beplankungselement 1 weist wiederum ein Loch mit Toleranzen auf. Nach dem Stauchen des hervorstehenden Teils des Kunststoffelements 7 entsteht ein pilzförmiger Kopf, der einen Formschluss um das Beplankungselement 1 ausbildet, das Ergebnis ist in 11 dargestellt.
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12 zeigt eine weitere alternative Ausführung der Herstellung eines Formschlusses durch ein Kunststoffelement 7. Hierbei wird ein Beplankungselement 1 vorgesehen, welches wiederum eine konkave Verprägung aufweist, in dessen Zentrum ein Loch vorgesehen ist. Das Karosserieelement 3 weist ebenfalls eine Verprägung auf, die jedoch im Unterschied zu dem Beplankungselement 1 einen Boden aufweist. Es ist somit möglich, erwärmten und damit teigförmigen Kunststoffdraht von oben durch das Loch des Beplankungselements 1 unter die Verprägung des Karosserieelements 3 einzuspritzen, bis die Verprägung und die Durchgangsöffnung des Karosserieelements 3, das Loch des Beplankungselements 1 und die konkave ausgebildete Schale durch die Verprägung des Beplankungselements 1 aufgefüllt sind. Das Ergebnis ist in 12 gezeigt. Der Boden und die Verprägung des Karosserieelements 3 sind bevorzugt durch Schweißen aneinander fest verbunden.