DE10220100A1

DE10220100A1 - Randseitiger Verbindungsbereich zweier Bleche

Info

Publication number: DE10220100A1
Application number: DE10220100A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fusnegger; Matthias Scheffzuek
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-05-04
Filing date: 2002-05-04
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2022-05-05
Also published as: DE10220100B4; US20040011769A1; US7104719B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen randseitigen Verbindungsbereich zweier Bleche, wobei die Bleche in dem von zwei überlappenden Flanschen der Bleche gebildeten Verbindungsbereich gegeneinander unverschiebbar miteinander verbunden sind. Um auch hochfeste oder sonstige schwer schweißbare Bleche miteinander verbinden zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Bleche (2) im Verbindungsbereich (1) durch ein streifenförmiges Befestigungselement (5) verbunden sind, welches einerseits die Außenkontur (6) der Flansche (3) umschließt und andererseits mit seiner Innenseite (7) abschnittsweise auf den voneinander abgewandten Oberflächen (9) der beiden Flansche (3) anliegt. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen des Verbindungsbereichs (1) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft einen randseitigen Verbindungsbereich zweier Bleche gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen dieses randseitigen Verbindungsbereichs gemäß Patentanspruch 8.

In der Automobilindustrie tritt vielfach die Notwendigkeit auf, Karosseriebleche in ihren Randbereichen miteinander zu verbinden. Bisher wird diese Verbindungen vor allem mittels Schweißen durchgeführt, wobei dazu unterschiedliche Schweißverfahren zum Einsatz kommen können.

Ein Problem stellt die schweißtechnische Verbindung zweier Bleche immer dann dar, wenn die Bleche aus schlecht oder gar nicht schweißbaren Materialien bestehen. Dies ist der Fall, wenn z. B. hochfeste Stähle miteinander verbunden werden sollen oder verschiedene Materialien wie Aluminium oder Kunststoff. Ein Problem stellt auch die Verbindung von verzinkten Blechen mittels Schweißen dar. In diesem Fall sind auch andere Fügeverfahren wie Nieten schwer durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen randseitigen Verbindungsbereich zweier Bleche sowie ein Verfahren zum Herstellen des Verbindungsbereichs vorzuschlagen, bei dem auch bei der Verwendung von dem Schweißen nicht mehr oder nur schwer zugänglichen Werkstoffen eine robuste, einfach herzustellende und feste Verbindung der beiden Bleche gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Es wird ein Verbindungsbereich vorgeschlagen, in dem die Bleche durch ein streifenförmiges Befestigungselement verbunden sind, welches die Außenkontur der Flansche umschließt sowie mit seiner Innenseite abschnittsweise auf den voneinander abgewandten Oberflächen der beiden Flansche anliegt.

Dieser Verbindungsbereich bietet Vorteile gegenüber der Schweißverbindung, weil keine Anforderungen an den Werkstoff der Bleche gestellt werden müssen. Das Befestigungselement dagegen muss aus einem dehnbaren Material bestehen, da es um die beiden Flansche herumgefalzt werden muss. Geeignet ist hier jeder übliche Stahlwerkstoff. Auf diese Weise können Bleche aus unterschiedlichen, Nichtstahl- oder hochfesten Werkstoffen miteinander verbunden werden.

Zweckmäßigerweise ist zwischen der Innenseite des Befestigungselements und den ihr gegenüberliegenden Bereichen der Flansche zusätzlich ein Klebstoff vorgesehen. So kann die Festigkeit der Verbindung erhöht werden. Weiterhin kann somit eine dichte Verbindung erreicht werden (Anspruch 2).

Vorteilhafterweise ist mindestens ein Flansch in einem von der Blechkante abgewandten Bereich an der von dem zweiten Flansch abgewandten Oberfläche mit einer Bohrung versehen, in die ein die Bohrung überdeckender Umformbereich des Befestigungselements hineingepresst ist. So wird eine Sicherung des Befestigungselements gegen Lösen in der Richtung parallel zum Rand der Flansche erreicht (Anspruch 3).

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verbindungsbereichs weisen die Flansche im Verbindungsbereich sich überdeckende durchgehende Bohrungen auf, innerhalb derer der Umformbereich des Befestigungselements mit einem gegenüberliegenden Bereich des Befestigungselements unlösbar verbunden ist. Auf diese Weise wird eine hohe Festigkeit des Verbindungsbereichs bei geringem Bauraum erreicht (Anspruch 4).

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ragen die Flansche in einem der Blechkante zugewandten Randbereich des Verbindungsbereichs unter einem spitzen Winkel voneinander ab, so dass der Verbindungsbereich ein V-Profil besitzt. Dabei liegt die Innenseite des Befestigungselements in dem von den Schenkeln der Flansche gebildeten keilförmigen Hohlraum zumindest abschnittsweise flächig an. Dadurch wird sichergestellt, dass das Befestigungselement so mit den Flanschen verbunden ist, dass es sich nicht in der Richtung senkrecht zum Rand der Flansche von den Flanschen lösen kann (Anspruch 5).

Alternativ bzw. zusätzlich zu den Bohrungen sind die Flansche in dem Randbereich in der Längsrichtung mit einer Wellenkontur oder mit einer randseitigen Kontur am Rand der Flansche versehen. Diese Sicherung gegen Lösen der Verbindung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass die Prägung der Bleche schon vor dem Herstellen des Verbindungsbereichs vorgenommen werden kann und nach dem Auffalzen des Befestigungselements keine weiteren Arbeitsschritte mehr notwendig sind (Ansprüche 6 und 7).

Das erfindungsgemäße Verfahren zum randseitigen Verbinden zweier Bleche umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Zunächst wird mindestens eins der beiden Bleche im Verbindungsbereich mit einer Bohrung versehen. Dann wird ein streifenförmiges Befestigungselement so um die Außenkontur der Flansche gefalzt, dass es die Außenkontur umschließt und mit seiner Innenseite abschnittsweise auf den voneinander abgewandten Oberflächen der beiden Flansche anliegt. Schließlich wird der die Bohrung überdeckende Umformbereich des Befestigungselements in die Bohrung hineingepresst. (Anspruch 8).

In einer vorteilhaften Ausführungsform werden als Bohrungen Durchgangsbohrungen in den Blechen vorgesehen. Innerhalb der Bohrungen wird der Umformbereich des Befestigungselements mit einem gegenüberliegenden Bereich des Befestigungselements unlösbar verbunden. So wird eine hohe Festigkeit der Verbindung erreicht (Anspruch 9).

Vorteilhafterweise werden Umformbereich und gegenüberliegender Bereich des Befestigungselements durch einen Niet miteinander verbunden. Dies ist ein sehr einfach und kostengünstig durchführbares Verbindungsverfahren (Anspruch 10).

Ferner können Umformbereich und gegenüberliegender Bereich des Befestigungselementes mittels Durchsetzfügen miteinander verbunden werden. Auf diese Weise können die überdeckenden Bohrungen sehr klein gewählt werden, da das Fügewerkzeug platzsparend ist. Ferner wird nur wenig Raum zum Verbinden der Bleche benötigt (Anspruch 11).

Weiterhin können Umformbereich und gegenüberliegender Bereich des Befestigungselementes mittels Punktschweißen miteinander verbunden werden. Das Punktschweißverfahren ist sehr einfach und kostengünstig und ohne die Verwendung zusätzlicher Bauteile durchzuführen (Anspruch 12).

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den Verbindungsbereich zweier Bleche in einer Schnittdarstellung,
Fig. 2 den Verbindungsbereich in einer Seitenansicht mit Bohrungen und einer randseitigen Kontur,
Fig. 3 den Verbindungsbereich in einer Seitenansicht mit einer Wellenkontur,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des Verbindungsbereichs in einer Schnittdarstellung,
4a) mit einer Punktschweißverbindung,
4b) mit einer Durchsetzfügeverbindung,
4c) mit einer Nietverbindung sowie
Fig. 5 die zweite Ausführungsform des Verbindungsbereichs in einer Seitenansicht.
Fig. 1 zeigt den Verbindungsbereich 1 zweier Bleche 2 in einer Schnittansicht. Die beiden Bleche 2 können dabei aus beliebigen, auch unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, insbesondere aus schwer oder gar nicht miteinander verschweißbaren Materialien wie hochfesten und/oder verzinkten Stählen oder Kunststoffen oder Aluminium.
Der Verbindungsbereich 1 wird von den beiden überlappenden Flanschen 3 der Bleche 2 gebildet. In der hier gezeigten ersten Ausführungsform des Verbindungsbereichs 1 sind die Flansche 3 in einem Randbereich 4 voneinander abgewinkelt, so dass der Verbindungsbereich 1 im Querschnitt ein V-Profil besitzt. Dargestellt ist ferner ein streifenförmiges Befestigungselement 5. Dieses Befestigungselement 5 umschließt im Querschnitt die Außenkontur 6 der voneinander abgewinkelten Flansche 3. Der Verbindungsbereich 1 ist so ausgeführt, dass das Befestigungselement 5 mit seiner Innenseite 7 in dem von den beiden abgewinkelten Flanschen 3 gebildeten keilförmigen Hohlraum 8 abschnittsweise an den Oberflächen 9 der Flansche 3 anliegt. Ferner liegt das Befestigungselement 5 mit seiner Innenseite 7 auch in dem vom Randbereich 4 abgewandten Bereich, in dem die Bleche 2 einander berühren, zumindest teilweise an den Oberflächen 9 der Bleche 2 an. Durch das Anliegen des Befestigungselements 5 im abgewinkelten Randbereich 4 wird erreicht, dass das Befestigungselement 5 sich nicht in Richtung der Blechkante 10 von den Flanschen 3 lösen kann.
Um eine höhere Festigkeit des Verbindungsbereichs 1 zu erzielen, kann zwischen der Innenseite 7 des Befestigungselements 5 und der Oberfläche 9 ein Klebstoff 11 vorgesehen sein. Als zusätzliche Sicherungsmaßnahme sind in dem vom Randbereich 4abgewandten Bereich bei mindestens einem der beiden Flansche 3 mehrere nebeneinanderliegende Bohrungen 12 parallel zur Blechkante 10 vorgesehen. In diese Bohrungen 12 ist ein den Bohrungen 12 jeweils gegenüberliegender Umformbereich 13 des Befestigungselements 5 hineingedrückt, um eine Unverschieblichkeit des Befestigungselements 5 relativ zu den Flanschen 3 in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene zu gewährleisten. In diesem Beispiel sind in beiden Flanschen 3 solche Bohrungen 12, die sich gegenüberliegen, vorgesehen.
Fig. 2 zeigt den Verbindungsbereich 1 ohne das Befestigungselement 5 in einer Seitenansicht. Hier sind die Bohrungen 12 in den Flanschen 3 deutlich zu erkennen. Ferner zeigt Fig. 2 eine weitere Maßnahme, mit der ein Verschieben des Befestigungselements 5 gegenüber den Flanschen 3 verhindert wird: Die Flansche 3 weisen im Randbereich 4 eine randseitige Kontur 14 auf, die das Befestigungselement 5 an der Blechkante 10 fixiert. Die randseitige Kontur 14 besitzt hier eine Wellenform, es kann aber auch eine zahn- oder dreiecksförmige Kontur gewählt werden.
Eine alternative Möglichkeit zur Fixierung des Befestigungselements 5 ist in Fig. 3 dargestellt. Hier weist der Randbereich 4 der Flansche 3 eine Wellenkontur 15 auf, die eine Verschiebung des Befestigungselements 5 in Längsrichtung der Flansche 3 verhindert.
In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform des Verbindungsbereichs 1 in einer Schnittansicht dargestellt. Hier sind die Flansche 3 nicht im Randbereich 4 voneinander abgewinkelt, sondern liegen im gesamten Verbindungsbereich 1 aneinander an. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn der Bauraum nicht ausreicht, um abgewinkelte Flansche 3 vorzusehen. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Außenkontur 6 der Flansche 3 von dem Befestigungselement 5 umschlossen, und das Befestigungselement 5 liegt mit seiner Innenseite 7 in dem vom Randbereich 4 abgewandten Bereich abschnittsweise auf der Oberfläche 9 der Flansche 3 an. Weiterhin besitzen die Flansche 3 überlappende, durchgehende Bohrungen 12. Wie im ersten Ausführungsbeispiel kann auch hier Klebstoff 11 zwischen der Innenseite 7 des Befestigungselements 5 und der Oberfläche 9 der Bleche 2 vorgesehen sein.
Da bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Flansche 3 nicht abgewinkelt sind, wird die Unverschieblichkeit des Verbindungsbereichs 1 durch andere Maßnahmen erreicht: Die Bohrungen 12 werden so breit vorgesehen, dass es möglich ist, innerhalb der Bohrungen 12 den in die Bohrungen 12 hineingedrückten Umformbereich 13 des Befestigungselements 5 unlösbar mit einem gegenüberliegenden Bereich 16 des Befestigungselements 5 zu verbinden. Dies ist möglich, da das Befestigungselement 5 im Gegensatz zu den Blechen 2 selbst aus einem Werkstoff besteht, der besser zu fügen ist, etwa aus einem gewöhnlichen Stahlwerkstoff. In diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl Umformbereich 13 als auch gegenüberliegender Bereich 16 in die Bohrungen 12 hineingepresst, es ist aber auch möglich, nur den Umformbereich 13 vor dem Verbinden in die Bohrungen 12 hineinzupressen.
Eine Möglichkeit der Verbindung der beiden Umformbereiche 13 besteht im in Fig. 4a) dargestellten Verschweißen der beiden Bereiche mit einem Schweißpunkt 18. Fig. 4b) zeigt als zweite Möglichkeit die mittels Durchsetzfügen verbundenen Bereiche Umformbereich 13 und gegenüberliegender Bereich 16, während in Fig. 4c) ein die beiden Bereiche verbindender Niet 17 dargestellt ist. Welches der drei Verfahren jeweils eingesetzt wird, hängt einerseits vom Material des Befestigungselements 5, andererseits vom zur Verfügung stehenden Raum zur Durchführung des Verbindungsverfahrens ab.
Fig. 5 zeigt die zweite Ausführungsform des Verbindungsbereichs 1 noch einmal in einer Seitenansicht. Hier sind die beiden Umformbereiche 13 beispielhaft mit einem Schweißpunkt 18 verbunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Verbindungsbereichs 1 läuft in den folgenden Schritten ab:
Zunächst wird ein Blech 2 oder beide Bleche 2 im Verbindungsbereich 1 mit den Bohrungen 12 versehen, die sich bei beidseitigen Bohrungen 12 im Zusammenbauzustand gegenüberliegen. Soll ein Verbindungsbereich 1 der ersten Ausführungsform erzeugt werden, so müssen die Flansche 3 im Randbereich 4 noch voneinander abgewinkelt werden. Ferner kann in diesem Verfahrensschritt, falls erforderlich, die Wellenkontur 15 oder die randseitige Kontur 14 im Randbereich 4 der Flansche 3 eingeprägt werden.
In einem möglichen Zwischenschritt wird auf Bereiche der Innenseite 7 des Befestigungselements 5 und j oder der Oberfläche 9 der Flansche 3 ein geeigneter Klebstoff 11 aufgetragen.
Im folgenden Verfahrensschritt wird das streifenförmige Befestigungselement 5 so um die Außenkontur 6 der Flansche 3 gefalzt, dass es die Außenkontur 6 umschließt und mit seiner Innenseite 7 abschnittsweise auf den voneinander abgewandten Oberflächen 9 der beiden Flansche 3 anliegt. Das Befestigungselement 5 wird dazu über die Außenkontur 6 der Flansche 3 gelegt und in den Bereichen, in denen es die Oberfläche 9 der Bleche 2 berühren soll, angepresst. Die Breite des Befestigungselements 5 muss entsprechend so gewählt werden, dass die Bohrungen 12 überdeckt werden. Die Länge des Befestigungselements 5 ist abhängig davon, ob in Längsrichtung der gesamte Verbindungsbereich 1 oder nur Abschnitte davon von dem Befestigungselement 5 überdeckt werden sollen. Denkbar ist auch die Verwendung mehrerer relativ kurzer Befestigungselemente 5, die über den Verbindungsbereich 1 verteilt sind.
Danach werden zur Sicherung gegen Verschieben die den Bohrungen 12 gegenüberliegenden Umformbereiche 13 des Befestigungselements S in die Bohrungen 12 hineingedrückt. Bei dem Verbindungsbereich 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Umformbereich 13 anschließend durch Punktschweißen (gemäß Fig. 4a), Durchsetzfügen (gemäß Fig. 4b) oder Nieten (gemäß Fig. 4c) unlösbar mit dem gegenüberliegenden Bereich 16 des Befestigungselements 5 verbunden.
Der Verbindungsbereich und das Verfahren sind nicht beschränkt auf die beiden oben erläuterten Ausführungsbeispiele.
Die Bohrungen 12 in den Flanschen 3 müssen nicht als Durchgangsbohrungen ausgestaltet sein; es ist auch denkbar, nur Ansenkungen in den Flanschen 3 vorzusehen, in die das Material des Umformbereichs 13 des Befestigungselements 5 hineingedrückt wird.
Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass das Befestigungselement 5 die gesamte Oberfläche 9 der Flansche 3 eng umschließt, es kann auch durchaus Abschnitte geben, in denen es keinen Oberflächenkontakt zwischen der Innenseite 7 des Befestigungselement 5 und der Oberfläche 9 der Flansche 3 gibt.
Ferner kann auch ein weiteres Verfahren zum unlösbaren Verbinden des Umformbereichs 13 mit dem gegenüberliegenden Bereich 16 des Befestigungselements 5 verwendet werden.
Der Verbindungsbereich 1 sowie das Verfahren sind weiterhin nicht beschränkt auf zwei Bleche 2; vielmehr kann auch eine größere Anzahl von Blechen 2 auf diese Weise miteinander verbunden werden.

Claims

1. Randseitiger Verbindungsbereich zweier Bleche, wobei die Bleche in dem von zwei überlappenden Flanschen der Bleche gebildeten Verbindungsbereich gegeneinander unverschiebbar miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (2) im Verbindungsbereich (1) durch ein streifenförmiges Befestigungselement (5) verbunden sind, welches

- die Außenkontur (6) der Flansche (3) umschließt sowie

- mit seiner Innenseite (7) abschnittsweise auf den voneinander abgewandten Oberflächen (9) der beiden Flansche (3) anliegt.

2. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenseite (7) des Befestigungselements (5) und den ihr gegenüberliegenden Bereichen der Flansche (3) ein Klebstoff (11) vorgesehen ist.

3. Verbindungsbereich nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Flansch (3) in einem von der Blechkante (10) abgewandten Bereich an der von dem zweiten Flansch (3) abgewandten Oberfläche (9) mit einer Bohrung (12) versehen ist, in die ein die Bohrung (12) überdeckender Umformbereich (13) des Befestigungselements (5) hineingepresst ist.

4. Verbindungsbereich nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (3) im Verbindungsbereich (1) sich überdeckende durchgehende Bohrungen (12) aufweisen, innerhalb derer der Umformbereich (13) des Befestigungselements (5) mit einem gegenüberliegenden Bereich (16) des Befestigungselements (5) unlösbar verbunden ist.

5. Verbindungsbereich nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (3) in einem der Blechkante (10) zugewandten Randbereich (4) des Verbindungsbereichs (1) unter einem spitzen Winkel voneinander abragen, so dass der Verbindungsbereich (1) ein V-Profil besitzt, wobei die Innenseite (7) des Befestigungselements (5) in dem von den Schenkeln der Flansche (3) gebildeten keilförmigen Hohlraum (8) zumindest abschnittsweise flächig anliegt.

6. Verbindungsbereich nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (3) in dem Randbereich (4) in ihrer Längsrichtung mit einer Wellenkontur (15) versehen sind.

7. Verbindungsbereich nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (3) in dem Randbereich (4) mit einer randseitigen Kontur (14) versehen sind.

8. Verfahren zum randseitigen Verbinden zweier Bleche (2) in einem von zwei Flanschen (3) gebildeten Verbindungsbereich (1), umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

a) mindestens eins der beiden Bleche (2) wird im Verbindungsbereich (1) mit einer Bohrung (12) versehen,

b) ein streifenförmiges Befestigungselement (5) wird so um die Außenkontur (6) der Flansche (3) gefalzt, dass es die Außenkontur (6) umschließt und mit seiner Innenseite (7) abschnittsweise auf den voneinander abgewandten Oberflächen (9) der beiden Flansche (3) anliegt,

c) der die Bohrung (12) überdeckende Umformbereich (13) des Befestigungselements (5) wird in die Bohrung (12) hineingepresst.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Bohrungen (12) Durchgangsbohrungen vorgesehen werden, und dass der Umformbereich (13) des Befestigungselements (5) innerhalb der Bohrungen (12) mit einem gegenüberliegenden Bereich (16) des Befestigungselements (5) unlösbar verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Umformbereich (13) und gegenüberliegender Bereich (16) des Befestigungselements (5) durch einen Niet (17) miteinander verbunden werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Umformbereich (13) und gegenüberliegender Bereich (16) des Befestigungselementes (5) mittels Durchsetzfügen miteinander verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Umformbereich (13) und gegenüberliegender Bereich (16) des Befestigungselementes (5) mittels Punktschweißen miteinander verbunden werden.