DE19613795A1 - Verfahren zum Verbinden von Werkstücken und gemäß dem Verfahren hergestellte Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken, insbesondere Blechteilen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch Bauteile, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundene Blechteile umfassen.

Zum Verbinden von Werkstücken sind im Stand der Technik eine Reihe von Verfahren bekannt. Diese unterschiedlichen Verfahren werden unter dem Begriff Fügen zusammengefaßt. Unter Fügen versteht man das Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken geometrisch bestimmter fester Form oder das Zusammenbringen von derartigen Werkstücken mit formlosem Stoff. Dabei wird jeweils der Zusammenhalt örtlich geschaffen und im Ganzen vermehrt. Demnach werden auch das Zusammenlegen und das Füllen zum Fügen gezählt. Auch das Fügen verschiedener Stellen eines und desselben Körpers, z. B. eines Ringes, gehört dazu.

In der Haustechnik kommen vielfach Blechschienen zum Einsatz, die beispielsweise zur Befestigung von Kabelpritschen, von Pumpen, Verteilern, Behältern etc. dienen. Auch für die Befestigung von Lüftungskanälen an der Wand oder für die Befestigung von Rohren für Heizung, Abwasser, Hydraulik, Druckluft etc. und für eine Reihe weiterer Anwendungen kommen Blechschienen zum Einsatz, die für diese Zwecke als Konsolen ausgebildet sind. Dazu ist an der Stirnseite der Blechschiene eine Grundplatte befestigt, welche mit Bohrungen versehen ist. Mit Hilfe der Grundplatte kann die Schiene stirnseitig am Untergrund befestigt werden. Die Grundplatte wird in der Regel mit der Stirnseite der Blechschiene verschweißt. Bei dieser Verbindungstechnik handelt es sich um eine Stoffvereinigung, bei der die gefügten Blechteile durch Verbindung der Stoffe, bisweilen unter Zuhilfenahme von Zusatzwerkstoffen, zusammengehalten werden. Um die Schweißverbindung herstellen zu können, müssen die Blechteile blank vorliegen. Nach erfolgter Verschweißung werden die beispielsweise zu einer Konsole gefügten Blechteile oftmals verzinkt, um den erforderlichen Korrosionsschutz zu gewährleisten.

Aus Gründen des Korrosionsschutzes und aus Kostengründen werden Werkstücke, insbesondere Blechschienen, oftmals aus rostfreiem Blech oder aus bereits vorverzinktem Stahlblech gefertigt, insbesondere gerollt. Die vorverzinkten Blechteile, beispielsweise Blechschienen, haben den Nachteil daß sie keine Schweißverbindung mehr erlauben. In diesem Fall kommen für die Verbindung beispielsweise der Grundplatte mit der Stirnseite der Blechschiene, umformtechnische Fügeverfahren zum Einsatz. Ein gebräuchliches umformtechnisches Fügeverfahren stellt das Verlappen durch Biegen oder Verdrehen dar. Dazu wird das Stirnende der Blechschiene, welches mit der Grundplatte umformtechnisch verbunden werden soll, vorbereitet. In einem gesonderten Arbeitsschritt werden Laschen oder ähnliche Fortsätze ausgestanzt, die sodann durch in der Grundplatte vorbereitete Öffnungen durchgesteckt und umgebogen bzw. verdreht werden. Bei Blechteilen mit komplizierterer Geometrie, beispielsweise bei Blechschienen, ist der Ausstanzschritt relativ kompliziert und aufwendig. Zudem stellt er einen zusätzlichen Fertigungsschritt dar, der den gesamten Herstellungsprozeß, beispielsweise einer Konsole, verlängert und verteuert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein umformtechnisches Verfahren zum Verbinden von Blechwerkstücken zu schaffen, das den geschilderten Nachteilen der Verfahren des Stands der Technik abhilft. Das Verfahren soll auch für kompliziertere Geometrien der zu fügenden Blechteile, beispielsweise einer profilierten Blechschiene und einer Grundplatte, geeignet sein. Eine zusätzliche Bearbeitung der Blechteile soll vermieden werden. Das Verfahren soll einfach in der Durchführung sein und insbesondere die kostengünstige Herstellung von eine Grundplatte und eine Blechschiene aus vorverzinkten Stahlblechen umfassenden Konsolen erlauben. Dabei soll die erstellte Verbindung der beiden Blechteile eine ausreichende Festigkeit aufweisen, die mit den konventionellen umformtechnischen Fügeverfahren vergleichbar ist.

Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einer Verfahrensführung gemäß dem kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1. Insbesondere wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken, insbesondere von Blechteilen geschaffen, bei dem wenigstens zwei Werkstücke zusammengefügt werden und durch Umformen zu einem Formschluß miteinander gebracht werden. Dazu wird zunächst das freie Stirnende des einen Werkstücks derart behandelt, daß es frei von Laschen, Vorsprüngen oder dergleichen vorliegt. Das derart behandelte freie Stirnende des einen Werkstücks wird in Berührung mit einer Flachseite des zweiten Werkstücks gebracht, welches im Berührungsbereich mit wenigstens einem aus der Ebene der Flachseite hervortretenden, hochgestellten Bereich versehen ist, der mit wenigstens einer Öffnung ausgestattet ist und das freie Stirnende des ersten Werkstücks derart überdeckt, daß dieses durch die Öffnung hindurch mit einem Werkzeug gefaßt werden kann. Durch mechanisches Umformen des freien Stirnendes des ersten Werkstücks wird schließlich ein Formschluß mit dem zweiten Werkstück hergestellt. Durch das beschriebene Verfahren können insbesondere auch eine Grundplatte und eine C-Profilschiene umfassende konsolenartige Bauteile hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, daß ein Werkstück, beispielsweise eine Profilschiene, mit einem zweiten, plattenförmigen Werkstück verbunden werden kann, ohne zuvor Laschen, Vorsprünge oder dergleichen am Stirnende der Schiene erstellen zu müssen. Der Vorteil, daß auch bereits vorverzinktes Blechmaterial umformtechnisch miteinander verbunden werden kann, bleibt erhalten. Komplizierte Vorbereitungsschritte, wie beispielsweise das Ausstanzen von Laschen etc., können entfallen. Das erste Werkstück muß nur im Verbindungsbereich eine glatte Stirnfläche aufweisen, welche beispielsweise im Fall einer Profilschiene sehr einfach durch Absägen erzielt werden kann. Das mit wenigstens einem hochgestellten Bereich versehene zweite Werkstück kann sehr einfach in Serie vorbereitet werden, oder auch unmittelbar vor dem Verbindungsschritt mit dem ersten Werkstück im selben Arbeitsgang vorbereitet werden. Die Öffnung kann vor, während oder unmittelbar anschließend an die Herstellung der hochgestellten Bereiche vorgesehen werden. Eine weitere spezielle Behandlung der zu verbindenden Werkstücke ist nicht erforderlich. Auf eine Nachbehandlung, beispielsweise eine Verzinkung der miteinander verbundenen Werkstücke, kann verzichtet werden, wenn als Ausgangsmaterial beispielsweise bereits vorverzinktes Blech eingesetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von Werkstücken ist kostengünstig und universell einsetzbar. Das Verfahren ist einfach durchzuführen und liefert Bauteile, deren formschlüssig miteinander verbundene Werkstücke im Verbindungsbereich eine den konventionellen umformtechnischen Fügeverfahren vergleichbare Festigkeit aufweisen.

In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der hochgestellte Bereich als aus der Ebene der Flachseite des ersten Werkstücks hervortretende Überhöhung ausgebildet, wobei das zweite Werkstück wenigstens partiell durch die Öffnung im hochgestellten Bereich geführt wird. Die Öffnung kann derart gestaltet sein, daß das erste Werkstück bei der Durchführung seines Stirnendes geführt ist. Dabei ist die Höhe der Überhöhung größer als die doppelte Wandstärke des zweiten Werkstücks. Auf diese Weise ist der durch die Öffnung geführte Abschnitt des ersten Werkstücks ausreichend lang, um ihn mittels eines Werkzeugs zu greifen und/oder durch Umformen formschlüssig mit dem zweiten Werkstück zu verbinden.

Besonders einfach kann der hochgestellte Bereich im zweiten Werkstück hergestellt werden, wenn dessen Randbereich wenigstens teilweise, vorzugsweise etwa rechtwinklig, umgebogen wird. Auf diese Weise ist der gegenüber der ursprünglichen Ebene der Flachseite des zweiten Werkstücks hochgestellte Bereich als partielle Randüberhöhung ausgebildet. Die Öffnung wird derart angebracht, daß sie sich über einen Teilbereich der Randüberhöhung und über den in der ursprünglichen Ebene des zweiten Werkstücks verbleibenden Abschnitt erstreckt.

Die Öffnung wird derart angeordnet, daß der sich in die Randüberhöhung erstreckende Teilbereich der Öffnung eine lichte Höhe über der ursprünglichen Ebene der Flachseite des zweiten Werkstücks aufweist, die wenigstens der einfachen Wandstärke des zweiten Werkstücks entspricht. Derjenige Teilbereich der Öffnung, der sich in den in der ursprünglichen Ebene des zweiten Werkstücks verbleibenden Abschnitt erstreckt weist eine lichte Weite auf, die größer ist als die Wandstärke des ersten Werkstücks. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das freie Stirnende des ersten Werkstücks durch die Öffnung mit einem Werkzeug gefaßt werden kann bzw. daß ein Nietstempel oder eine ähnliche Einrichtung am Stirnende angreifen kann.

Die mechanische Umformung der partiell durch bzw. in die Öffnung ragenden freien Stirnenden des ersten Werkstücks erfolgt mit Vorteil durch Taumelnieten, Umlegen oder Verdrehen. Diese Umformverfahren sind aus dem Stand der Technik geläufig, erprobt und einfach und kostengünstig durchzuführen.

Um die im Verbindungsbereich erzielbaren Haltewerte der durch Umformung formschlüssig miteinander verbundenen Werkstücke noch weiter zu erhöhen, können die miteinander in Verbindung gebrachten Bereiche des ersten und des zweiten Werkstücks zusätzlich mit Hilfe eines Klebemittels miteinander verklebt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Herstellung von konsolenartigen Bauteilen, bei denen als erstes Werkstück eine Profilschiene, insbesondere eine Schiene mit C-förmigem Querschnitt, und als zweites Werkstück eine mit Lochungen versehene Grundplatte verwendet wird, welche vorzugsweise aus rostfreien oder vorverzinkten Stahlblechen bestehen. Bei dem auf diese Weise hergestellten konsolenartigen Bauteil sind wenigstens zwei Verbindungsbereiche durch Formschluß vorgesehen, die einander an den längsseitigen Stirnenden der Profilschiene gegenüberliegen. Dadurch kommt es zu einer leichten Vorspannung über die lichte Weite der mit der Grundplatte formschlüssig verbundenen Profilschiene, was die Haltewerte der umformtechnisch hergestellten, formschlüssigen Verbindungsbereiche unterstützt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 zwei miteinander zu verbindende Werkstücke in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Werkstücke aus Fig. 1, wobei diese gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbunden sind;

Fig. 3 zwei weitere miteinander zu verbindende Werkstücke in perspektivischer Darstellung;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Werkstücke aus Fig. 3 im miteinander verbundenen Zustand; und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines konsolenartigen Bauteils umfassend eine C-Profilschiene und eine gelochte Grundplatte vor dem umformtechnischen Verbinden.

Fig. 1 zeigt ein erstes Werkstück 1 und ein zweites Werkstück 2, die formschlüssig miteinander verbunden werden sollen. Die beiden Werkstücke 1, 2 bestehen beispielsweise aus einem vorverzinkten Stahlblech. Das zweite Werkstück 2 weist einen gegenüber der Ebene seiner dem Betrachter zugewandten Flachseite 3 hochgestellten Randbereich 4 auf. Dazu ist der Rand des plattenförmigen zweiten Werkstücks 2 etwa rechtwinklig umgebogen. Eine Öffnung 5 ist im Biegebereich angeordnet und verläuft teilweise im hochgestellten Randbereich 4 und teilweise in dem an den Randbereich 4 anschließenden, in der ursprünglichen Ebene verbleibenden Abschnitt 6 des zweiten Werkstücks 2. Die lichte Höhe h des sich in den hochgestellten Randbereich 4 erstreckenden Teilbereichs der Öffnung 5 entspricht wenigstens der Dicke d des plattenförmigen zweiten Werkstücks. Die lichte Weite w des Teilbereichs der Öffnung 5, der sich im an den hochgestellten Randbereich 4 anschließenden Abschnitt 6 des zweiten Werkstücks 2 erstreckt, ist größer als die Dicke t des ersten Werkstücks 1.

Zum Verbinden der beiden Werkstücke wird das gerade verlaufende freie Stirnende 7 des ersten Werkstücks 1 an die Flachseite 3 des zweiten Werkstücks 2 angelegt. Dabei wird darauf geachtet, daß die Seitenwand 8 des ersten Werkstücks wenigstens im Bereich der Öffnung 5 in Anlage zum hochgestellten Randbereich 4 kommt. Fig. 2 zeigt die beiden zusammengefügten Werkstücke 1, 2 im formschlüssig miteinander verbundenen Zustand. Das freie Stirnende 7 des ersten Werkstücks 1 ragt wenigstens partiell in den Bereich der Öffnung 5. Der in den Bereich der Öffnung ragende Abschnitt 9 des ersten Werkstücks 1 wird mit einem Werkzeug (nicht dargestellt) gefaßt und beispielsweise, wie dargestellt, umgelegt. Dadurch wird zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück 1 bzw. 2 ein Formschluß erzeugt. Anstatt den in die Öffnung 5 ragenden Abschnitt 9 umzulegen, kann der Formschluß auch durch Verdrehen oder Taumelnieten des Abschnitts 9 erzeugt werden.

Fig. 3 zeigt zwei weitere Werkstücke, die miteinander verbunden werden sollen. Das erste Werkstück 1 entspricht dabei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Werkstück 1. Das zweite Werkstück 10 besitzt eine aus der Ebene seiner Flachseite 11 hervortretende Überhöhung 12 mit beispielsweise etwa rechteckigem oder quadratischem Grundriß. Die Höhe e der Überhöhung 12 über der Ebene der Flachseite 11 ist größer als das Doppelte der Wandstärke s des zweiten Werkstücks 10. In der Überhöhung 12 ist eine schlitzförmige Öffnung 13 vorgesehen, die, wie beispielsweise dargestellt, der Kontur des freien Stirnendes 7 des ersten Werkstücks 1 entsprechend verläuft. Die lichte Weite der schlitzförmigen Öffnung 13 ist gerade so groß, daß ein partielles Durchtreten des freien Stirnendes 7 des ersten Werkstücks 1 durch die Öffnung 13 ermöglicht ist. Die an den Verlauf des freien Stirnendes 7 des ersten Werkstücks 1 angepaßte Kontur der schlitzförmigen Öffnung bewirkt, daß das erste Werkstück 1 beim Zusammenfügen mit dem zweiten Werkstück 10 eine gewisse Positionierung erhält.

Fig. 4 zeigt die beiden Werkstücke 1 und 10 in zusammengefügtem Zustand. Das freie Stirnende 7 des ersten Werkstücks 1 ist partiell durch die schlitzförmige Öffnung 13 in der gegenüber der Flachseite 11 des zweiten Werkstücks 10 vortretenden Überhöhung 12 geführt. Der durch die schlitzförmige Öffnung ragende Abschnitt 9 des freien Stirnendes 7 des ersten Werkstücks 1 kann sodann mit Hilfe eines Werkzeugs gefaßt werden und, beispielsweise durch Taumelnieten oder Umlegen oder Verdrehen, umgeformt werden. Die beispielsweise Form des mechanisch umgeformten Abschnitts 9 ist in Fig. 4 strichliert angedeutet.

Fig. 5 zeigt ein konsolenartiges Bauteil 15, welches eine Profilschiene 16 mit C-förmigem Querschnitt und eine mit Lochungen 18 versehene Grundplatte 17 umfaßt. Die Grundplatte 17 und die Profilschiene 16 werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbunden. Dabei zeigt Fig. 5 die beiden Werkstücke 16, 17 im aneinandergefügten Zustand, wobei die umformtechnische Verbindung noch nicht erfolgt ist. Deutlich erkennbar sind die Öffnungen 19 an der Biegestelle der hochgestellten Randbereiche 20. Die gerade abgeschnittene Profilschiene 16 liegt mit ihrem freien Stirnende an der dem Betrachter abgewandten Flachseite 23 der Grundplatte 17 an. Dabei ist die Profilschiene 16 derart ausgerichtet, daß ihre Längsseiten 21 parallel zu den einander gegenüberliegenden hochgestellten Randbereichen 20 der Grundplatte 17 verlaufen. Die in den Bereich der Öffnungen 19 ragenden Abschnitte 22 des freien Stirnendes der Profilschiene 16 können mit einem Werkzeug gefaßt werden und durch mechanische Umformung zu einem Formschluß mit der Grundplatte 17 gebracht werden. Indem die Öffnungen 19 in den hochgestellten Randbereichen 20 einander gegenüberliegen, wird durch das mechanische Umformen der in die Öffnungen ragenden Abschnitte 22 das freie Stirnende der Profilschiene 16 einer geringen Vorspannung unterworfen, welche den Zusammenhalt der miteinander verbundenen Profilschiene 16 und der Grundplatte 17 unterstützt. Dabei stützt sich die Profilschiene 16 an der Grundplatte 17 ab. Für eine weitere Verbesserung der Haltewerte im Verbindungsbereich können die einander berührenden Bereiche der Profilschiene 16 und der Grundplatte 17 zusätzlich noch miteinander verklebt werden. Auch ist es denkbar, die Profilschiene 16 und die Grundplatte 17 zusätzlich an ihren einander berührenden Bereichen miteinander weichzuverlöten.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein einfaches und kostengünstiges Fügeverfahren für Werkstücke, insbesondere aus Blechteilen, geschaffen. Das Verfahren eignet sich insbesondere auch für die Verbindung von bereits rostfreien oder vorverzinkten Stahlblechteilen. Auf die Erstellung von Laschen oder dergleichen Durchsteckbereiche kann verzichtet werden. Die Vorteile eines umformtechnischen Fügeverfahrens bleiben dabei erhalten.

Claims (9)

1. Verfahren zum Verbinden von Werkstücken, insbesondere von Blechteilen, bei dem wenigstens zwei Werkstücke (1, 2; 1, 10) zusammengefügt werden und durch Umformen zu einem Formschluß miteinander gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Stirnende (7) des einen Werkstücks derart behandelt wird, daß es frei von Laschen, Vorsprüngen oder dergleichen vorliegt, daß das derart behandelte freie Stirnende (7) des einen Werkstücks in Berührung mit einer Flachseite (3; 11) des zweiten Werkstücks (2; 10) gebracht wird, welches im Berührungsbereich mit wenigstens einem aus der Ebene der Flachseite (3; 11) hervortretenden hochgestellten Bereich (4; 12) versehen ist, der mit wenigstens einer Öffnung (5; 13) ausgestattet ist und das freie Stirnende (7) des ersten Werkstücks (1) derart überdeckt, daß dieses durch die Öffnung (5; 13) hindurch mit einem Werkzeug gefaßt werden kann, und daß durch mechanisches Umformen des freien Stirnendes (7) des ersten Werkstücks (1) ein Formschluß mit dem zweiten Werkstück (2; 10) hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochgestellte Bereich als aus der Ebene der Flachseite (11) des zweiten Werkstücks (10) hervortretende Überhöhung (12) ausgebildet ist, wobei das zweite Werkstück (10) wenigstens partiell durch die Öffnung (13) im hochgestellten Bereich (12) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der (e) Überhöhung (12) größer ist als die doppelte Wandstärke (s) des zweiten Werkstücks (10).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochgestellte Bereich durch eine wenigstens partielle Randüberhöhung (4) gebildet wird, welche vorzugsweise durch etwa rechtwinkliges Umbiegen des Randbereichs des zweiten Werkstücks (2) hergestellt wird, und daß die Öffnung (5) derart im Biegebereich angebracht wird, daß sie sich über einen Teil der Randüberhöhung (4) und über den daran anschließenden und in der ursprünglichen Ebene des zweiten Werkstücks (2) verbleibenden Abschnitt (6) erstreckt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung derart angeordnet wird, daß der sich in die Randüberhöhung (4) erstreckende Teilbereich der Öffnung (5) eine lichte Höhe (h) über der ursprünglichen Ebene der Flachseite (3) des zweiten Werkstücks (2) aufweist, die wenigstens der einfachen Wandstärke (d) des zweiten Werkstücks (2) entspricht, und daß der Teilbereich der Öffnung (5), der sich in den in der ursprünglichen Ebene des zweiten Werkstücks (2) verbleibenden Abschnitt (6) erstreckt, eine lichte Weite (w) aufweist, die größer ist als die Wandstärke (t) des ersten Werkstücks (1), welches durch die Öffnung (5) mit einem Werkzeug gefaßt werden soll.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, daß die mechanische Umformung der partiell durch bzw. in die Öffnung (5; 13) ragenden freien Stirnenden (7) des ersten Werkstücks (1) durch Taumelnieten, Umlegen oder Verdrehen erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in Verbindung gebrachten Bereiche des ersten und des zweiten Werkstücks (1, 2; 1, 10) zusätzlich mit Hilfe eines Klebemittels miteinander verklebt werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Werkstück eine Profilschiene (16), insbesondere eine Schiene mit C-förmigem Querschnitt, und als zweites Werkstück eine mit Lochungen (18) versehene Grundplatte (17) verwendet wird, welche vorzugsweise aus einem rostfreien oder vorverzinkten Stahlblech bestehen.

9. Bauteil umfaßend eine Profilschiene (16) von vorzugsweise C-förmigem Querschnitt und eine mit Lochungen (18) versehene Grundplatte (17), die zu einer Konsole miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilschiene (16) und die Grundplatte (17) gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei wenigstens zwei Verbindungsbereiche (17, 19, 22) durch Formschluß vorgesehen sind, die einander an den längsseitigen Stirnenden der Profilschiene (16) gegenüberliegen.