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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Hybridbauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Hybridbauteile sind beispielsweise im Serienfahrzeugbau von Personenkraftwagen in einem breiten Einsatzgebiet bekannt. So werden derartige Hybridbauteile beispielsweise bei Strukturteilen wie Türträgern, Frontendträgern oder Biegequerträger für Stoßfänger in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Der wesentliche Vorteil derartiger Hybridbauteile besteht dabei darin, dass diese einerseits relativ gewichtsgünstig und andererseits äußerst bedarfsgerecht herstellbar sind. Insbesondere die Einleger bzw. Metallbauteile und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteile sorgen dabei für eine hinreichende Stabilität der Hybridbauteile. Der Kunststoff, welcher üblicherweise an die Metallbauteile und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteile angespritzt ist, sorgt einerseits für eine entsprechende Aussteifung beispielsweise durch Rippen oder dergleichen und andererseits für eine entsprechende Funktionsintegration, so dass der Kunststoff beispielsweise auch entsprechende Aufnahmen, Anlageflächen, oder dergleichen zur Festlegung und Halterung an bzw. von Anschlussbauteilen aufweisen kann.
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Des Weiteren ist es aus dem Stand der Technik bekannt, derartige Metallbauteile über eine Vielzahl von möglichen Verbindungen aneinander zu befestigen. Ein Beispiel einer solchen Verbindung ist aus der
DE 101 51 659 B4 als bekannt zu entnehmen. Dabei ist eines der Metallbauteile entsprechend gelocht. Das ungelochte Bauteil wird mit Hilfe eines Druckfluids durch das entsprechende Loch des gelochten Bauteils hindurch in einen Hohlraum des Formwerkzeugs plastisch verformt. In einem weiteren Fügeschritt wird der plastisch verformte Bereich des Bauteils durch einen Stempel, der dem Druckfluid entgegen wirkt, so umgeformt, dass eine Hinterschneidung zwischen den Metallbauteilen ausgebildet wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Hybridbauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die jeweiligen Bauteile, insbesondere Metallbauteile und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteile, mechanisch hochbelastbar miteinander verbunden sind und bei welchem sich eine besonders schnelle und einfache Herstellung des Hybridbauteils realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird gemäß durch ein Verfahren sowie ein Hybridbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich die Bauteile, insbesondere Metallbauteile und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteile, des Hybridbauteils mechanisch hochbelastbar verbinden lassen und welches darüber hinaus gewährleistet, dass das Hybridbauteil äußerst schnell und einfach hergestellt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens zwei Bauteile über wenigstens eine Hohlstanznietverbindung miteinander verbunden werden, bevor diese zur Bildung des endgültigen Hybridbauteils mit Kunststoff versehen werden. Eine derartige Hohlstanznietverbindung hat insbesondere den Vorteil, dass die zu verbindenden Metallbauteile oder dgl. Bauteile äußerst stabil und steif miteinander verbunden werden können. Dies kann insbesondere ohne Wärmezuführung durch Setzen des entsprechenden Hohlstanzniets erfolgen. Insbesondere wird beim Setzen des Hohlstandsniets dabei erreicht, dass sich der Nietschaft aufspreizt und im entsprechenden Metallbauteile einen Schließkopf formt. Die Hydrohohlstanzniete werden dabei beispielsweise durch Kaltfließpressen, durch spannende Abhebung oder schlagend hergestellt. Besonders vorteilhaft ist ein derartiges Verbindungsverfahren dabei, wenn ein geschlossenes Hohlprofilteil mit einem offenen Profilteil, beispielsweise einem Blech, verbunden werden soll. Eine derartige Konstellation ist gerade bei Strukturbauteilen von Karosserien von Personenkraftwagen häufig gegeben, so zum Beispiel bei Türträgern, Frontendträgern oder Biegequerträgern für Stoßfänger.
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Das beschriebene Verfahren eignet sich dabei insbesondere auch, wenn für die Zuführung der Hohlstanzniete relativ wenig Platz zur Verfügung steht, beispielsweise, weil entsprechende Kunststoffrippen oder dergleichen Kunststoffelemente im Bereich der jeweiligen Hohlstanznietverbindung vorgesehen sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn das Hybridbauteil in einem kombinierten Umform- und Kunststoff-Spritzgießverfahren, insbesondere einem kombinierten Innenhochdruckumform- und Kunststoff-Spritzgießverfahren, hergestellt wird. Durch ein solches Verfahren ist das Hybridbauteil besonders belastungsgerecht sowie schnell und kostengünstig herstellbar.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens ein Hohlstanzniet außerhalb eines die Hohlstanznietverbindung erzeugenden Werkzeugs an einem der Metallbauteile vorfixiert wird. Eine derartige Vorfixierung eignet sich dabei insbesondere, wenn zu wenig Platz für die Zuführung der Hohlstanzniete zur Verfügung steht.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn vor dem Vorfixieren des jeweiligen Hohlstanzniets eine Aufnahmeöffnung in das entsprechende Bauteil, insbesondere Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil, eingebracht wird. Mit anderen Worten wird somit das jeweilige Bauteil zunächst vorgelocht bzw. vorgestanzt und anschließend der Hohlstanzniet in dem entsprechenden Loch vorfixiert. Hierzu kann gegebenenfalls ein Spreizdorn eingesetzt werden, mit welchem der Hohlstanzniet leicht aufgespreizt und somit besonders sicher am entsprechenden Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil fixiert wird. Alternativ hierzu ist es ebenfalls denkbar, dass das entsprechende Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil, an welchem der Hohlstanzniet vorfixiert werden soll, nicht vorgelocht bzw. vorgestanzt wird. In diesem Fall wird der Niet in das entsprechende Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil eingedrückt, und zwar lediglich so weit, dass dieser allenfalls bündig an der entsprechenden späteren Austrittsseite abschließt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens ein Hohlstanzniet über eine Greifereinrichtung einem die Hohlstanznietverbindung erzeugenden. Werkzeug zugeführt werden wird. Eine derartige Greifereinrichtung eignet sich insbesondere, um eine Mehrzahl von Hohlstanznieten bei geöffnetem Werkzeug entsprechend zu positionieren, damit diese dann bei geschlossenem Werkzeug im kombinierten Innenhochdruckumform- und Kunststoff-Spritzgießverfahren entsprechend derart eingedrückt und umgeformt werden können, dass die einzelnen Hohlstanznietverbindungen zwischen den entsprechenden Metallbauteilen entstehen.
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Alternativ hierzu ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens ein Hohlstanzniet über eine Nietzuführungseinrichtung einem die Hohlstanznietverbindung erzeugenden Werkzeug zugeführt wird. Ein derartiges Verfahren eignet sich insbesondere, wenn genügend Platz für die Zuführung innerhalb des Werkzeugs vorgesehen werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens ein Hohlstanzniet eingesetzt, dessen Kopf nach Herstellen der Hohlstanznietverbindung mit einer Bauteiloberfläche des korrespondierenden Bauteils flächenbündig abschließt. Somit kann eine Ebene bzw. glatte Funktionsfläche im Anschluss an die Herstellung der Hohlstanznietverbindung bereitgestellt werden.
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Alternativ hierzu kann auch ein Hohlstanzniet eingesetzt werden, dessen Kopf nach Herstellen der Hohlstanznietverbindung von einer Bauteiloberfläche des korrespondierenden Bauteils erhaben absteht. In diesem Fall kann der Kopf für eine magazinierte Zuführung genutzt werden. Dies ist möglich, da der Kopf als Führungsfläche im Werkzeug genutzt werden kann.
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Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das Hybridbauteil gemäß Patentanspruch 10.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine Perspektivansicht auf einen als Hybridbauteil ausgebildeten Türträger für eine Karosserie für einen Personenkraftwagen, bei welchem eine Mehrzahl von Metallbauteilen und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteilen miteinander verbunden und zumindest teilweise mit Kunststoff versehen sind, wobei jeweilige Metallbauteile und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteile des Hybridbauteils über eine Mehrzahl von Hohlstanznietverbindungen miteinander verbunden und anschließend mit Kunststoff in einem kombinierten Innenhochdruckumform- und Spritzgießverfahren versehen worden sind;
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2a und 2b eine ausschnittsweise Perspektivansicht und eine ausschnittsweise Schnittansicht entlang der Linie IIb-IIb in 2a durch eines der Metallbauteile und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteile, an welchem eine Mehrzahl von Hohlstanznieten außerhalb eines die Hohlstanznietverbindungen erzeugenden Werkzeugs vorfixiert worden sind;
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3a und 3b jeweilige Schnittsansichten durch einen am korrespondierenden Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil vorfixierten Hohlstanzniet, wobei gemäß 3a vor dem vorfixierten Hohlstanzniets eine Aufnahmeöffnung in das entsprechende Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil eingebracht worden ist, und wobei gemäß 3b der Hohlstanzniet ohne vorherige Einbringung einer Aufnahmeöffnung am Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil vorfixiert worden ist;
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4 jeweilige Schnittansichten auf Hohlstanzniete gemäß zweier Ausführungsformen, welche in ein korrespondierendes Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil eingebracht worden sind, wobei der Kopf des linken Hohlstanzniets nach Herstellen der Hohlstanznietverbindung mit einer Bauteiloberfläche des korrespondierenden Metallbauteils und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil flächenbündig abschließt, und wobei der Kopf des rechts dargestellten Hohlstanzniets nach Herstellen der Hohlstanznietverbindung von der Bauteiloberfläche des korrespondierenden Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil erhaben absteht;
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5 eine Schnittsansicht und eine Unteransicht auf eine mögliche Ausgestaltung des Hohlstanzniets, welcher vorliegend als Halbhohlstanzniet mit geschlitzten Nietschaft ausgebildet ist;
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6 eine Vorderansicht auf ein Metallbauteil in Form eines offenen Profil- bzw. Blechteils, welches unter Vermittlung einer Mehrzahl von Hohlstanznietverbindungen an dem anderen Metallbauteil und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteil in Form eines geschlossenen Hohlprofilteils befestigt ist, wobei die beiden Metallbauteile und/oder Faserverbundwerkstoff-Bauteile zusätzlich mit Kunststoff versehen worden sind;
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7 eine Perspektivansicht auf ein Werkzeug zur Herstellung eines Türträgers gemäß 1, wobei zudem eine Greifeinrichtung erkennbar ist, über welche eine Mehrzahl von Hohlstanznieten dem die Hohlstanznietverbindungen erzeugenden Werkzeug zuführbar sind;
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8a und 8b jeweilige schematische Schnittansichten auf das Werkzeug gemäß
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7 mit jeweiligen Stempeln zum Herstellen der entsprechenden Hohlstanznietverbindungen, wobei die Hohlstanzniete innerhalb von jeweils korrespondierenden Aufnahmen aufgenommen sind;
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9 eine Perspektivansicht auf einen Stanzkopf einer Nietzuführungseinrichtung über welchen die jeweiligen Hohlstanznieten in das geöffnete Werkzeug bringbar sind; und in den
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10a und 10b jeweils eine ausschnittsweise und schematische Schnittansicht durch das Werkzeug mit der Nietzuführungseinrichtung und dem Stanzkopf, mittels welchen die Hohlstanznietverbindungen herstellbar sind.
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In 1 ist in einer Perspektivansicht ein Hybridbauteil 10 für eine Karosserie für einen Personenkraftwagens dargestellt. Genauer gesagt handelt es sich bei dem Hybridbauteil 10 um einen Türträger einer Seitenseite des Kraftwagens, welcher unter anderem mit einer Außenbeplankung und einer Innenverkleidung ausgestattet wird.
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Das Hybridbauteil 10 umfasst dabei ein im Wesentlichen U-förmiges Metallbauteil 12, welches vorliegend als geschlossenes Hohlprofilteil – beispielsweise aus einem Strangpressprofil, welches anschließend umgeformt worden ist – ausgebildet ist. Mit diesem Metallbauteil 12 sind eine Mehrzahl von weiteren Metallbauteilen 14, 16, 18 in Form von entsprechenden Trägerelementen auf im Weiteren näher beschriebene Weise verbunden. Diese Metallbauteile 14, 16, 18 sind als offene Profilteile bzw. entsprechend umgeformte Profilfläche gestaltet.
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Das Hybridbauteil 10 bzw. die Metallbauteile 12, 14, 16, 18 sind zumindest teilweise mit einem Kunststoff 20 versehen, durch welchen beispielsweise Rippen 22 oder Funktionsbereiche bzw. Funktionselemente wie Schraubaufnahmen, Konsolen, Lagerstellen oder dergleichen ausgebildet sein können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann als Kunststoff 20 beispielsweise ein vorzugsweise faserverstärkter Polyamid-Werkstoff vorgesehen sein.
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Alternativ kann das Hohlprofilteil auch aus einem FVK-Werkstoff gebildet sein, insbesondere zumindest teilweise aus unidirektional verlaufenden Langfasern aus Carbon. Das Hohlprofil kann dabei ein Textil sein, das als Gewebe oder Gestrick vorliegt. Die Matrix kann duro- oder thermoplastisch sein.
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Anhand der 2a und 2b soll nun die konkrete Festlegung des Metallbauteils 14 an dem Metallbauteil 12 beispielhaft erläutert werden: hierzu zeigt 2a in einer ausschnittsweisen und vergrößerten Perspektivansicht das Metallbauteil 14 in seinem Befestigungsbereich mit dem Metallbauteil 12. 2b zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IIb-IIb in 2a.
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Aus 2a ist dabei insbesondere erkennbar, dass das Metallbauteil 14 über mehrere Hohlstanznieten 24 an dem Metallbauteil 12 befestigt ist. Wie aus 2a erkennbar, zeigen jedoch die Darstellungen gemäß den 2a und 2b die jeweiligen Hohlstanznieten 24 in einer vorfixierten Position. Dies bedeutet, dass die Hohlstanzniete 24 bereits außerhalb eines die Hohlstanznietverbindungen erzeugenden Werkzeugs am korrespondierenden Metallbauteil 14 vorfixiert sind. Genauer gesagt werden im vorliegenden Fall die jeweiligen Hohlstanzniete 24, die vorliegend als Halbhohlstanzniete ausgebildet sind, im stempelseitigen Metallbauteil 14 bzw. Metallblech vorfixiert.
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In den 3a und 3b sind dabei in einer jeweiligen schematischen Schnittansicht mögliche Varianten der Vorfixierung des jeweiligen Hohlstanzniets 24 dargestellt. Die Hohlstanzniete werden dabei zu den entsprechenden Fügestellen mit dem Blech bzw. Metallbauteil 14 in einem Stanzwerkzeug (Folgeverbund-Werkzeug) über Stanzköpfe und konventionelle Zuführtechnik zugeführt.
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Wie nun aus 3a erkennbar ist, ist vorliegend eine Befestigungsvariante gezeigt, bei welchem das Blech bzw. das Metallbauteil 14 zunächst vorgelocht bzw. vorgestanzt und anschließend in einer Folgestation der Hohlstanzniet 24 über einen Stanzkopf und eine entsprechende Teilebereitstellung in eine entsprechend vorgelochte bzw. vorgestanzte Aufnahmeöffnung 26 eingebracht bzw. fixiert worden ist. Dieser Fixierprozess kann durch einen gestrichelt angedeuteten Spreizdorn 28 unterstützt werden, welcher einen Nietschaft 30 des Hohlstanzniets 24 entsprechend aufweiet und somit für eine sichere Vorfixierung an dem Metallbauteil 14 sorgt. Der Hohlstanzniet 24 wird dabei allenfalls soweit in die Aufnahmeöffnung 26 eingeführt, bis dieser mit einer der Matrizenseite des Blechs bzw. Metallbauteils 14 zugewandten Breitseite 32 bündig abschließt. Mit anderen Worten soll der Hohlstanzniet 24 das Blech bzw. Metallbauteil 14 nicht derart durchdringen, dass dessen Nietschaft 30 gegenüber der korrespondierenden Breitseite 32 übersteht.
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Bei der Variante gemäß 3B ist der Hohlstanzniet 24 ohne Vorlochen vorfixiert worden, und zwar wiederum allenfalls soweit, dass dieser nicht gegenüber der Breitseite 32 auf der Matrizenseite des Blechs bzw. Metallbauteils 14 übersteht. Ein durch das Einstanzen des Hohlstanzniets 24 entstehender Stanzbutzen 34 wird dabei beispielsweise im Hohlraum des Hohlstanzniets 24 aufgenommen.
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In 4 sind zwei mögliche Positionen des jeweiligen Hohlstanzniets 24 nach Herstellung der Hohlstanznietverbindung dargestellt. In der linken Darstellung von 4 ist dabei ein Hohlstanzniet 24 dargestellt, dessen Kopf 36 nach Herstellen der Hohlstanznietverbindung mit einer Bauteiloberfläche 38 des korrespondierenden Metallbauteils 14 flächenbündig abschließt. In diesem Fall entsteht eine ebene Funktionsfläche. Für den in 4 rechts dargestellten Fall wird ein Hohlstanzniet eingesetzt, dessen Kopf 36 nach Herstellen der Hohlstanznietverbindung von der Bauteiloberfläche 38 des korrespondierenden Metallbauteils 14 erhaben absteht. Für diesen Fall kann der Kopf 36 für eine magazinierte Nietzuführung genutzt werden. Dies ist möglich, da der Kopf 36 als Führungsfläche im Werkzeug genutzt werden kann.
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Die 5 zeigt in einer Schnittansicht bzw. einer Unteransicht entsprechende Ausführungsformen des Hohlstanzniets 24. Der Hohlstanzniet 24 kann dabei eine spezielle Nietgeometrie mit einem sehr kleinen Verhältnis zwischen der Länge und dessen Durchmesser aufweisen. Des Weiteren kann der Nietschaft 30 wahlweise – wie in 5 rechts dargestellt ist – geschlitzt ausgeführt werden, was bewirkt, dass sich das Schaftende des Nietschaft 30 auf verbesserte Weise formschlüssig mit dem jeweiligen Bauteil – beispielsweise dem Metallbauteil 12 – verbindet bzw. sich in dieses hineinkrallt. Besonders vorteilhaft kann die Verkrallung bzw. Verfestigung in Faserverbundwerkstoffhalbzeugen und solchen Halbzeugen, welche durch Stahllitzen und/oder Stahlfasern verstärkt sind, erfolgen.
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In 6 ist in einer ausschnittsweisen Vorderansicht die Anordnung des Metallbauteils 14 an dem Metallbauteil 12 gemäß 1 bzw. den 2a und 2b dargestellt, nachdem die als Hydrohalbhohlstanzniete ausgebildeten Hohlstanzniet 24 jeweils entsprechend verformt und hierdurch mit dem Metallbauteil 12 verbunden worden sind, und nachdem im Anschluss an die Herstellung der Hohlstanznietverbindungen die Metallbauteile 12, 14 mit dem Kunststoff 20 versehen worden sind. Der eigentliche Fügevorgang ist dabei auf im Weiteren näher beschriebene Weise in einem Innenhochdruckumform-Spritzgusswerkzeug durchgeführt worden. Erkennbar ist dabei, dass unmittelbar neben den Hohlstanznieten 24 jeweilige Rippen 22 des Kunststoff 20 verlaufen und somit wenig Platz für die Zuführung der Hohlstanzniete 24 vorhanden ist.
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In 7 ist in einer Perspektivansicht ein geöffnetes Innenhochdruckumform-Spritzgusswerkzeug 40 erkennbar. Zusätzlich ist ein mögliches Konzept der Nietbereitstellung durch eine Greifeinrichtung 42 erkennbar, bei welchem die Hydrohalbhohlstanzniete 24 zunächst über Aufnahmedorne in einem Greifer positioniert werden. Mithilfe dieses Greifers werden dann alle Halbhohlstanzniete 24 in das geöffnete Werkzeug 40 an die entsprechenden Fügestellen gebracht. Dieser Vorgang kann für beide Werkzeughälften des Werkzeugs 40 durchgeführt werden.
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Die Aufnahme der Hohlstanzniete 24 im Werkzeug 40 erfolgt über jeweilige, in den 8a und 8b erkennbare Nietaufnahmen 46, welche innerhalb der entsprechenden Werkzeughälfte 48 des Werkzeugs 40 angeordnet sind. In den 8a und 8b sind diese Nietaufnahmen 46 ebenso erkennbar wie die zu fügenden Metallbauteile 12, 14.
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Der jeweiligen Nietaufnahme 46 ist jeweils ein korrespondierender Stempel 50 zugeordnet, mittels welchen der jeweils zugehörige Hohlstanzniet 24 in die jeweils korrespondierende Wandung der Metallbauteile 12 bzw. 14 getrieben wird. Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dabei von demjenigen gemäß den 2a und 2b sowie 3a und 3b insbesondere dadurch, dass vorliegend die Hohlstanzniete 24 nicht am Metallbauteil 14 vorfixiert sind. Vielmehr erfolgt vorliegend die Positionierung durch die genaue Anordnung innerhalb der entsprechenden Nietaufnahme 46.
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In 8b sind dabei mögliche Einrichtungen innerhalb der Nietaufnahme 46 erkennbar, mittels welchem die entsprechenden Hohlstanzniete 24 an Ort und Stelle gehalten werden können. In der oberen Darstellung von 8b ist in der Schnittansicht ein umlaufender Magnetring 56 erkennbar, mittels welchem die Positionierung des Hohlstanzniets 24 erfolgt. In der unteren Darstellung von 8b ist alternativ zu dem Magnetring 56 eine Federanordnung mit jeweiligen Federn 58 erkennbar, über welche der korrespondierende Hohlstanzniet 24 an Ort und Stelle zu halten ist.
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Das Fügen der Metallbauteile 12, 14 erfolgt dabei durch entsprechendes Verfahren der Stempel 50, wobei die Matrize durch ein Druckfluid 60, mit welchem das als Hohlprofil ausgestaltete Metallbauteil 12 mit einem Innenhochdruck beaufschlagt wird, gebildet wird. Die über die Stempel 50 mit einer Presskraft beaufschlagten Hohlstanzniete 24 schneiden in einer ersten Phase des Fügevorgangs das stempelseitige Metallbauteil 14, wobei vorliegend der Stanzbutzen 34 in dem Hohlraum des Hohlstanzniets 24 aufgenommen wird. Mit dem weiteren Eindringen des Hohlstanzniets 24 – insbesondere in das als Hohlprofil gestaltete und mit dem Druckfluid 60 beaufschlagte Metallbauteil 12 – spreizt sich der Nietschaft 30 auf und formt im Innenhochdruckumform-Fügeteil, nämlich dem Metallbauteil 12, einen Schließkopf, wobei dieses Metallbauteil 12 vom Nietfuss bzw. Nietschaft 30 nicht vollständig durchschnitten wird. Hierdurch entsteht die Festlegung der beiden Metallbauteile 12, 14 aneinander. Einhergehend damit kann durch Druckbeaufschlagung mit dem Druckfluid 60 die Innenhochdruckumformung der Metallbauteile, insbesondere des Metallbauteils 12 erfolgen. Die Innenhochdruckumformung der Metallbauteile 12, 14, 16, 18 kann dabei vor, während oder nach dem Einbringen der Hohlstanzniete 24 erfolgen.
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Im Anschluss an die Innenhochdruckumformung und die Verbindung der Metallbauteile 12, 14, 16, 18 wird dann in dem in 7 dargestellten Werkzeug 40 ein Spritzgießvorgang durchgeführt, bei welchem die Metallbauteile 12, 14, 16, 18 zumindest partiell mit dem Kunststoff 20 versehen werden, um hier durch eine hinreichende Versteifung bzw. die Ausbildung einzelner Funktionsbauteile wie Aufnahmen, Konsolen oder dergleichen zu erreichen.
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Insgesamt ist somit erkennbar, dass vorliegend die Niete 24 über jeweils verformbare Stempel 50 eingedrückt werden, wobei mittels des Druckfluids 60, welches beispielsweise eine Gas- oder Wasseremulsion sein kann, innerhalb des geschlossenen Profils des Metallbauteils 12 gegen gehalten wird.
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In 9 ist in einer Perspektivansicht ein Stanzkopf 62 dargestellt, über welchen mittels Zuführschienen oder Zuführschläuche, welche beispielsweise an der Aufnahme 64 des Stanzkopfs 62 anschließbar sind, die Niete 24 in das geöffnete Innenhochdruckumform-Spritzgusswerkzeug gebracht werden können.
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In den 10a und 10b ist jeweils in einer schematischen Schnittansicht das Werkzeug 40 mit einer entsprechenden Nietzuführungseinrichtung 66 gezeigt. Insbesondere erkennbar sind dabei neben der Nietzuführungseinrichtung 66 jeweilige Stempel 68, mittels welchem das entsprechende Metallbauteil 12 zur Druckbeaufschlagung mit dem Druckfluid 60 verschlossen werden kann. Über die Nietzuführungseinrichtung 66 sind die Hohlstanzniete 24 in die entsprechenden Nietaufnahmen 46 zu bringen, so dass diese mittels des jeweils korrespondierenden Stempels 50 in die jeweiligen Wandungen 52 bzw. 54 entsprechenden Metallbauteile 12 bzw. 14 eingebracht werden können.
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Insgesamt ist somit erkennbar, dass durch das vorliegende Verfahren das Problem der Zuführung und Vorfixierung von Innenhochdruckumform- geeigneten Nieten 24 und das Setzen bzw. Eindrücken der Niete 24 in die zu verbindenden Metallbauteile 12 bis 18 zu lösen ist. Der gesamte Prozess erfolgt dabei in einem Innenhochdruckumform-Spritzgusswerkzeug, wobei zunächst durch die Hohlstanznietverbindungen die entsprechenden Metallbauteile 12 miteinander verbunden werden und anschließend durch Spritzgießen der entsprechende Kunststoff 20 eingebracht wird. Die geschlossenen und offenen Profile werden über die Niete 24 – mittels des Druckfluids 60 – über den im Innenhochdruckumformverfahren erzeugten Druck, über verfahrbare Stempel 50 und Druck verbunden. Nach der Verbindung werden die jeweiligen Metallbauteile 12 bis 18 bei einer Vielzahl von Fügestellen der Strukturbaugruppe mit Kunststoff umspritzt. Dies ergibt eine Reduzierung der Kosten und des Gewichts des entsprechenden Hybridbauteils 10 und eine Verringerung der Betriebskostenmittel. Dabei ist eine prozesssichere und stabile Vorfixierung der Metallbauteile 12 bis 18 und eine prozesssichere Zuführung der Niete 24 gegeben. Die Bauteilgeometrie ermöglicht eine flexible Nietfixiermöglichkeit als Baukastensystem. Es ergibt sich die Erhöhung der Anzahl der im Serienwerkzeug realisierbaren Fügestellen für komplexe Baugruppen wie Türträger, Biegeträger von Stoßfängern oder Frontendträgern. Dieser gibt zudem eine günstige Realisierbarkeit von Crash- und hochbelasteten Struktur- und Semistrukturen bei hoher Steifigkeit und hoher Zuverlässigkeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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