DE102016004236A1

DE102016004236A1 - Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen mit unterschiedlicher Festigkeit

Info

Publication number: DE102016004236A1
Application number: DE102016004236.2A
Authority: DE
Inventors: Walter Riether
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen mit unterschiedlicher Festigkeit, insbesondere von einem ersten Bauteil aus Stahl und einem zweiten Bauteil aus Aluminium, einer Leichtmetalllegierung oder Kunststoff. Hierbei wird zunächst im ersten Bauteil eine Verbindungslasche ausgebildet. Im Anschluss daran werden die beiden Bauteile zueinander ausgerichtet und relativ zueinander verfahren, wobei die Verbindungslasche das zweite Bauteil in einem Verbindungsbereich durchdringt und auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils einen vom zweiten Bauteil hervorstehenden Umformabschnitt bildet. Anschließend wird der Umformabschnitt umgebogen, sodass dieser das zweite Bauteil auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite hintergreift, wodurch eine Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil hergestellt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen mit unterschiedlicher Festigkeit, insbesondere von zwei Bauteilen aus nicht oder nur schwer miteinander verschweißbarem Material. Das erste Bauteil weist dabei eine höhere Festigkeit als das zweite Bauteil auf. Bei dem ersten Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Bauteil aus Stahl, insbesondere um ein Stahlblech, handeln, das mit einem zweiten Bauteil aus einem Material mit geringerer Festigkeit, beispielsweise Aluminium, einer Leichtmetalllegierung oder Kunststoff, verbunden werden soll.
Hintergrund
Um zwei Bauteile unterschiedlicher Materialien miteinander zu verbinden ist es häufig notwendig, spezielle Fügetechniken einzusetzen. Zum Verbinden von Bauteilen aus Stahl und Bauteilen aus Aluminium oder aus einer Leichtmetalllegierung werden beispielsweise spezielle Schweiß-, Lot- oder Schweißlötverfahren eingesetzt. Allerdings weisen derartige Verbindungen von Stahl und Aluminium nur eine beschränkte Festigkeit auf. Des Weiteren setzt die Anwendung eines Schweiß- oder Lötverfahrens voraus, dass die Materialien der beiden Bauteile schweißbar bzw. lötbar sind, sodass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Materialien ausgebildet wird.
Eine Möglichkeit zum Verbinden von nicht miteinander verschweißbaren Bauteilen besteht darin, dass die beiden Bauteile miteinander vernietet oder verschraubt werden. Diese Art des Verbindens ist allerdings material- und zeitaufwendig, da beispielsweise zwecks Vernieten der beiden Bauteile die beiden Bauteile zunächst zueinander ausgerichtet werden müssen, im Anschluss daran Durchtrittslöcher für die Nieten in beide Bauteile und abschließend die Nieten in die Durchtrittsöffnungen eingebracht werden müssen. Des Weiteren ist ein Vernieten oder Verschrauben von zwei Bauteilen insbesondere dann als problematisch anzusehen, wenn die Verbindung in einem Randbereich eines der Bauteile erfolgen muss und/oder die beiden Bauteile nicht flächig aneinander liegen.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 100 786 A1 ist ein Verfahren zum Koppeln von zwei Bauteilen aus nicht schweißbaren Werkstoffen bekannt, wobei an einem der beiden Bauteile ein überstehender Fortsatz ausgebildet wird. Die beiden Bauteile werden im Anschluss daran derart zueinander verfahren, dass eine Spitze des Fortsatzes eine Rückwand des anderen Bauteils durchbricht. Anschließend wird die Spitze des Fortsatzes derart umgeformt, dass die umgeformte Spitze eine dem einen Bauteil abgewandte Seite des anderen Bauteils formschlüssig hintergreift.
Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen unterschiedlicher Festigkeit bereitzustellen, das es ermöglicht, die Bauteile in einfacher Art und Weise und zügig miteinander zu verbinden, wobei insbesondere keine separaten Verbindungselemente, beispielsweise Nieten oder Schrauben, oder Fügewerkzeuge, beispielsweise ein Lötkolben oder ein Schweißgerät notwendig sind.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden von einem ersten Bauteil mit einem zweiten Bauteil ist vorgesehen, dass das erste Bauteil eine höhere Festigkeit als das zweite Bauteil aufweist, wobei das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

– Bereitstellen der beiden Bauteile,
– Ausbilden zumindest einer Verbindungslasche im ersten Bauteil derart, dass die Verbindungslasche gegenüber einer Anlagefläche des ersten Bauteils hervorsteht und die Verbindungslasche an einem der Anlagefläche abgewandten Ende einen Stanzabschnitt aufweist,
– Ausrichten der beiden Bauteile und Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander derart, dass zumindest der Stanzabschnitt der Verbindungslasche das zweite Bauteil in einem Verbindungsbereich durchdringt, und der das zweite Bauteil durchdringende Bereich der Verbindungslasche, auf einer dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils, einen vom zweiten Bauteil hervorstehenden Umformabschnitt bildet,
– Umbiegen des Umformabschnitts derart, dass der umgebogene Umformabschnitt das zweite Bauteil auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite hintergreift.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, zwei Bauteile unterschiedlicher Festigkeit in einfacher Art und Weise miteinander zu verbinden, wobei insbesondere keine zusätzlichen Verbindungsmittel in die beiden Bauteile eingebracht werden oder Schweiß- oder Lötverfahren zwecks Verbinden der beiden Bauteile angewendet werden müssen.
Dadurch, dass die Verbindungslasche das zweite Bauteil in einem Verbindungsbereich durchdringt, ist die Verbindungslasche senkrecht zur Durchdringungsrichtung durch das zweite Bauteil gehalten und somit das erste Bauteil und das zweie Bauteil in einer Richtung senkrecht zur Durchdringungsrichtung gehalten. Durch das Umbiegen und Hintergreifen des Umformabschnitts sind die beiden Bauteile auch in Durchdringungsrichtung zueinander gehalten.
Dadurch, dass die Verbindungslasche gegenüber der Anlagefläche des ersten Bauteils hervorsteht, ist gewährleistet, dass die Verbindungslasche beim Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander ungehindert in den Verbindungsbereich des zweiten Bauteils eindringt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Anlagefläche des ersten Bauteils nach dem Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander an dem zweiten Bauteil, insbesondere dem Verbindungsbereich des zweiten Bauteils, anliegt und somit ein weiteres Einfahren in das zweite Bauteil verhindert ist.
Es ist durchaus denkbar, dass der Umformabschnitt nach dem Umbiegen formschlüssig an der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils anliegt. Dadurch ist eine in Durchdringungsrichtung spielfreie Verbindung zwischen den beiden Bauteilen sichergestellt.
Es ist aber auch durchaus denkbar, dass der Umformabschnitt derart ausgebildet wird, dass dieser das zweite Bauteil beabstandet von der dem ersten Bauteil abgewandten Seite hintergreift, wodurch das erste Bauteil in Durchdringungsrichtung um ein bestimmtes Maß verschiebbar und somit nicht spielfrei zum zweiten Bauteil angeordnet und mit diesem verbunden ist. Dies ist insbesondere hinsichtlich von Fertigungstoleranzen der beiden Bauteile oder dem Einbringen von weiteren Bauteilen zwischen die bereits miteinander verbundenen Bauteile als vorteilhaft anzusehen. Bei den einzubringenden Bauteilen kann es sich beispielsweise um Dichtelemente und/oder Dämmelemente handeln.
Das erste und/oder das zweite Bauteil kann durchaus plattenförmig ausgebildet sein, wobei unter plattenförmig ein Körper verstanden wird, der eine Dicke aufweist, die kleiner als seine Länge bzw. Breite ist. Die Flächen, die durch die Länge und Breite aufgespannt werden, werden im Folgenden als Hauptausdehnungsflächen und die übrigen Außenflächen des Körpers als Stirnflächen bezeichnet. Die Flächen eines plattenförmigen Körpers müssen dabei nicht notwendigerweise eben sein.
Insbesondere bei zwei plattenförmigen Bauteilen ist es denkbar, dass die beiden Bauteile derart miteinander verbunden werden, dass sich die beiden Bauteile zumindest teilweise überlappen und die Bauteile im Bereich ihrer jeweiligen Hauptausdehnungsfläche aneinander liegen. In diesem Fall wird die Anlagefläche des ersten Bauteils durch einen Teilbereich der Hauptausdehnungsfläche des ersten Bauteils gebildet.
Es ist aber auch durchaus denkbar, die beiden plattenförmigen Bauteile derart anzuordnen, dass das erste Bauteil mit einer seiner Stirnflächen an einer der Hauptausdehnungsflächen des zweiten plattenförmigen Bauteils anliegt. In diesem Fall wird die Anlagefläche durch die am zweiten Bauteil anliegende Stirnfläche des ersten Bauteils gebildet.
Hinsichtlich des Eindringens der Verbindungslasche des ersten Bauteils in den Verbindungsbereich des zweiten Bauteils wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das zweite Bauteil zumindest im Verbindungsbereich plattenförmig ausgebildet ist.
Hinsichtlich der Haltewirkung und des vereinfachten Umbiegens der Verbindungslasche wird es als zweckmäßig angesehen, wenn die Verbindungslasche plattenförmig ausgebildet ist. Für diese Ausführungsform der Verbindungslasche wird es als zweckmäßig angesehen, wenn das Umbiegen des von dem das zweite Bauteil durchdringenden Bereich der Verbindungslasche gebildeten Umformabschnitts senkrecht zu einer Hauptausdehnungsfläche der Verbindungslasche erfolgt.
Die Art und/oder Haltewirkung der Verbindung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren realisiert werden kann, wird im Wesentlichen durch den Umformabschnitt und/oder die Verbindungslasche bestimmt. Abhängig von der Form der Verbindungslasche können unterschiedliche Haltewirkungen der Verbindung erzielt werden. Die Haltewirkung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil kann beispielsweise durch den Sitz des Umformabschnitts im Durchdringungsbereich beeinflusst werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Verbindungslasche benachbart der Anlagefläche einen größeren Querschnitt als der Stanzabschnitt auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Verbindungslasche einen in Richtung der Anlagefläche zunehmenden, vorzugsweisen stetig zunehmenden, insbesondere monoton zunehmenden, Querschnitt aufweist. Bei einer derartigen Ausführungsform der Verbindungslasche wird beim Einfahren der Verbindungslasche in das zweite Bauteil der die Verbindungslasche umgreifende Randbereich des zweiten Bauteils in Richtung des Stanzabschnitts und somit in Durchdringungsrichtung orientiert aufgestellt, sodass nach erfolgten Einfahren der Umformabschnitt von dem aufgestellten Teilbereich des zweiten Bauteils kragenartig umrandet wird.
Bei einer derartigen Ausführungsform der Verbindungslasche ist die Verbindungslasche nach dem Verfahren der beiden Bauteile senkrecht zur Durchdringungsrichtung spielfrei im Durchdringungsbereich angeordnet, wodurch die beiden Bauteile senkrecht zur Durchdringungsrichtung unbeweglich miteinander verbunden sind. Aufgrund der Größenverhältnisse des Querschnitts des Stanzabschnitts und des Querschnitts der Verbindungslasche liegt nach dem Verbinden eine Presspassung vor.
Der kragenartig aufgestellte Randbereich ist auch insbesondere hinsichtlich einer formschlüssigen Anlage des umgebogenen Umformabschnitts als vorteilhaft anzusehen, da der kragenartig aufgestellte Randbereich die formschlüssige Verbindung zwischen dem umgeformten Umformabschnitt und dem zweiten Bauteil hinterfüttert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungslasche benachbart der Anlagefläche einen kleineren Querschnitt als der Stanzabschnitt aufweist. Insbesondere weist die Verbindungslasche einen in Richtung der Anlagefläche abnehmenden, vorzugsweise stetig abnehmenden, insbesondere monoton abnehmenden, Querschnitt auf. In dieser Ausführungsform der Verbindungslasche ist der von dem Stanzabschnitt geschaffene Durchdringungsbereich im Querschnitt größer als die Verbindungslasche im Bereich der Anlagefläche, sodass nach dem Verfahren der beiden Bauteile die Verbindungslasche nicht formschlüssig am Durchdringungsbereich anliegt und somit ein gewisses Spiel zwischen Durchdringungsbereich und Verbindungslasche senkrecht zur Durchdringungsrichtung besteht. Dadurch ist die Verbindungslasche im Durchdringungsbereich senkrecht zur Durchdringungsrichtung um ein gewisses Maß verschiebbar angeordnet und es liegt eine Spielpassung vor, wodurch die beiden miteinander verbundenen Bauteile senkrecht zur Durchdringungsrichtung um ein gewisses Maß bewegbar sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Fertigungstoleranzen zwischen den beiden Bauteilen ausgeglichen werden müssen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungslasche benachbart der Anlagefläche und der Stanzabschnitt identische Querschnitte aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Verbindungslasche in Richtung der Anlagefläche einen konstanten Querschnitt aufweist. Diese Ausführungsform der Verbindungslasche gewährleistet, dass die beiden Bauteile in einer Richtung senkrecht zur Durchdringungsrichtung unbeweglich miteinander verbunden sind, wobei sichergestellt ist, dass das Einfahren und Durchdringen des zweiten Bauteils mit geringem Kraftaufwand erfolgen kann, insbesondere ein kragenartiges Aufstellen im Randbereich des Stanzabschnitts und/oder der Verbindungslasche vermieden wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Stanzabschnitt zumindest eine Schnittkante auf. Vorzugsweise ist die Schnittkante in einem Randbereich des Stanzabschnitts und insbesondere als umlaufende Schnittkante ausgebildet. Die Schnittkante erleichtert das Eindringen des Stanzabschnitts in den Verbindungsbereich des zweiten Bauteils. Dadurch kann das Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander mit geringerem Kraftaufwand erfolgen. Insbesondere wird ein Ausfransen im Durchdringungsbereich vermieden.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Stanzabschnitt beim Durchdringen des zweiten Bauteils einen Teilbereich des zweiten Bauteils heraustrennt. Durch das Heraustrennen wird das Ausbilden von unterschiedlichen Passungen zwischen Durchdringungsbereich und Verbindungslasche erleichtert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Stanzabschnitt eine Ausnehmung auf, wobei die Ausnehmung vorzugsweise einen in Richtung der Anlagefläche abnehmenden Querschnitt aufweist, insbesondere die Ausnehmung dreiecksförmig ausgebildet ist. Durch die Ausnehmung wird eine Stauchung der Verbindungslasche und/oder des zweiten Bauteils im Durchdringungsbereich vermieden. Eine Ausnehmung mit einem in Richtung der Anlagefläche abnehmenden Querschnitt gewährleistet zudem ein sauberes Heraustrennen eines Teilbereichs des zweiten Bauteils. Insbesondere wird ein Ausfransen des Durchdringungsbereichs vermieden.
Es ist durchaus denkbar, dass die Verbindungslasche in einem Randbereich des ersten Bauteils ausgebildet wird. Diese Ausbildung der Verbindungslasche ermöglicht es, eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen im Randbereich des ersten Bauteils herzustellen. Insbesondere ermöglicht die Ausbildung im Randbereich des ersten Bauteils eine Eckverbindung zwischen den zwei Bauteilen zu realisieren.
Hinsichtlich eines plattenförmigen ersten Bauteils wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Verbindungslasche in einer Stirnfläche eines ersten plattenförmigen Bauteils und insbesondere senkrecht zu der Stirnfläche ausgebildet wird. Die Ausbildung der Verbindungslasche ist in dieser Ausführungsform besonders einfach und kostengünstig möglich. Die Verbindungslasche kann beispielsweise unmittelbar mittels eines Stanzverfahrens in das erste Bauteil eingeformt werden. Es ist aber auch durchaus denkbar, die Verbindungslasche durch Aussägen eines Teilbereichs des ersten Bauteils in das erste Bauteil einzuformen.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Verbindungslasche gewinkelt zur Anlagefläche des ersten Bauteils ausgebildet wird. Die Ausbildung der Verbindungslasche im ersten Bauteil kann beispielsweise durch ein Stanzverfahren und ein daran anschließendes Biegeverfahren erfolgen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die beiden Bauteile zueinander gewinkelt ausgerichtet und/oder miteinander verbunden werden, vorzugsweise die beiden Bauteile einen Winkel von 80° bis 100°, insbesondere 90°, einschließen.
Es ist durchaus denkbar, dass zumindest zwei Verbindungslaschen im ersten Bauteil ausgebildet werden und die nach dem Durchdringen des zweiten Bauteils vom zweiten Bauteil hervorstehenden Umformabschnitte der beiden Verbindungslaschen in unterschiedliche Richtungen, vorzugsweise in entgegengesetzte Richtungen, umgebogen werden. Dadurch wird eine besonders stabile Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil, insbesondere hinsichtlich einer Kraftwirkung auf die beiden Bauteile in einer Richtung senkrecht zur Durchdringungsrichtung, gewährleistet.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn beim Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander eine Stützvorrichtung das zweite Bauteil auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite und benachbart dem Verbindungsbereich kontaktiert. Zu diesem Zweck weist die Stützvorrichtung vorzugsweise eine Aussparung auf, wobei beim Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander der Umformabschnitt beim Durchdringen des zweien Bauteils in die Aussparung einfährt.
Hinsichtlich des Umbiegens wird es als zweckmäßig angesehen, wenn das Umbiegen mittels eines Anschlags erfolgt, wobei der Anschlag beim Umbiegen den Umformabschnitt kontaktiert, der Anschlag und der Umformabschnitt eine Relativbewegung ausführen, wobei die Relativbewegung eine Bewegungskomponente senkrecht zur Durchdringungsrichtung aufweist, vorzugsweise die Relativbewegung eine Schwenkbewegung ist.
Es ist durchaus denkbar, dass der Anschlag durch die Stützvorrichtung gebildet wird.
Vorzugsweise wird die Verbindungslasche einstückig in das erste Bauteil eingeformt. Das Einformen kann beispielsweise mittels eines Stanzverfahrens und/oder durch Aussägen erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt das Ausbilden der Verbindungslasche bereits bei der Herstellung des ersten Bauteils.
Es ist durchaus denkbar, dass im Anschluss an das Stanzverfahren und/oder das Sägeverfahren ein Umbiegen der Verbindungslasche erfolgt, sodass diese gegenüber der Anlagefläche des ersten Bauteils hervorsteht.
Bei dem zweiten Bauteil muss es sich nicht notwendigerweise um ein einstückiges Bauteil handeln. So kann es sich bei dem zweiten Bauteil durchaus um eine Anordnung von mehreren überlappend angeordneten Bauteilen handeln, wobei die Verbindungslasche diese Anordnung von Bauteilen im Verbindungsbereich durchdringt und somit das erste Bauteil mit der Anordnung von mehreren Bauteilen verbindet.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens werden in der nachfolgenden Beschreibung konkreter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Verbinden von zwei Bauteilen mit unterschiedlicher Festigkeit,
2 ein erstes Bauteil mit einer Verbindungslasche und ein zweites Bauteil in einem zueinander ausgerichteten Zustand vor einem Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil II in 3,
3 die Anordnung gemäß 2 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil III in 2,
4 die Bauteile gemäß 2 in einem Zustand beim Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil IV in 5,
5 die Anordnung gemäß 4 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil V in 4,
6 die Bauteile gemäß 2 in einem Zustand nach dem Verfahren der beiden Bauteile relativ zueinander und vor einem Umbiegen eines Umformabschnitts der Verbindungslasche, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil VI in 7,
7 die Anordnung gemäß 6 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil VII in 6,
8 die Bauteile gemäß 2 in einem Zustand vor dem Umbiegen des Umformabschnitts mittels eines Anschlags, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil VIII in 9,
9 die Anordnung gemäß 8 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil IX in 8,
10 die Bauteile gemäß 2 mit teilweise umgebogenem Umformabschnitt, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil X in 11,
11 die Anordnung gemäß 10 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XI in 10,
12 die Bauteile gemäß 2 nach dem Umbiegen des Umformabschnitts, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XII in 13,
13 die Anordnung gemäß 12 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XIII in 12,
14 die Anordnung gemäß 12, nach Entfernung des Anschlags, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XIV in 15,
15 die Anordnung gemäß 14 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XV in 14,
16 ein erstes Bauteil mit einer ersten Ausführungsform der Verbindungslasche, in einer Ansicht gemäß dem Pfeil XVI in 17,
17 das Bauteil gemäß 16 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XVII in 16,
18 ein erstes Bauteil mit einer zweiten Ausführungsform der Verbindungslasche, in einer Ansicht gemäß dem Pfeil XVIII in 19,
19 das Bauteil gemäß 18 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XIX in 18,
20 ein erstes Bauteil mit einer dritten Ausführungsform der Verbindungslasche, in einer Ansicht gemäß dem Pfeil XX in 21,
21 das Bauteil gemäß 20 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XXI in 20,
22 das erste Bauteil gemäß 16 und ein zweites Bauteil in einem Zustand nach dem Verfahren der beiden Bauteile und vor dem Umbiegen des Umformabschnitts, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XXII in 23,
23 die Anordnung gemäß 22 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XXIII in 22,
24 das erste Bauteil gemäß 18 und ein zweites Bauteil in einem Zustand nach dem Verfahren der beiden Bauteile und vor dem Umbiegen des Umformabschnitts, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XXIV in 25,
25 die Anordnung gemäß 24 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XXV in 24,
26 das erste Bauteil gemäß 20 und ein zweites Bauteil in einem Zustand nach dem Verfahren der beiden Bauteile und vor dem Umbiegen des Umformabschnitts, in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XXVI in 27,
27 die Anordnung gemäß 26 in einer Schnittansicht gemäß dem Pfeil XXVII in 26.
Detaillierte Beschreibung
Gemäß dem Flussdiagramm nach 1 ist vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein erstes Bauteil 1 und ein zweites Bauteil 2 bereitgestellt werden, wobei das erste Bauteil 1 eine höhere Festigkeit als das zweite Bauteil 2 aufweist.
Im darauf folgenden Verfahrensschritt wird in dem ersten Bauteil 1 zumindest eine Verbindungslasche 3 ausgebildet. Die Verbindungslasche 3 ist derart gestaltet, dass diese gegenüber einer Anlagefläche 4 des ersten Bauteils 1 hervorsteht und an einem der Anlagefläche 4 abgewandten Ende einen Stanzabschnitt 5 aufweist.
Im darauf folgenden Verfahrensschritt werden die beiden Bauteile 1, 2 zueinander ausgerichtet und relativ zueinander verfahren, derart, die Verbindungslasche 3 das zweite Bauteil 2 in einem Verbindungsbereich durchdringt und der das zweite Bauteil 2 durchdringende Bereich der Verbindungslasche 3 auf einer dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite des zweiten Bauteils 2 einen vom zweiten Bauteil 2 hervorstehenden Umformabschnitt 6 bildet. Dadurch ist die Verbindungslasche 3 und somit das erste Bauteile 1 senkrecht zur Durchdringungsrichtung im zweiten Bauteil 2 gehalten.
Im abschließenden Verfahrensschritt wird der Umformabschnitt 6 umgebogen, sodass der umgebogene Umformabschnitt 6 das zweite Bauteil 2 auf der dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite hintergreift.
Der umgebogene Umformabschnitt 6 gewährleistet, dass das erste Bauteil 1 in Durchdringungsrichtung der Verbindungslasche 3 im zweiten Bauteil 2 gehalten ist. Folglich wird durch das beschriebene Verfahren eine Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 hergestellt.
In den 2 bis 7 ist der Vorgang des Ausrichtens der beiden Bauteile 1, 2 und des Verfahrens der beiden Bauteile 1, 2 relativ zueinander detaillierter dargestellt.
Die beiden Bauteile 1, 2 sind jeweils plattenförmig ausgebildet. Im ersten Bauteil 1 ist eine Verbindungslasche 3 eingeformt ist, wobei die Verbindungslasche 3 gegenüber einer Anlagefläche 4 des ersten Bauteils hervorsteht, wobei die Anlagefläche 4 durch eine Stirnfläche des ersten plattenförmigen Bauteils 1 gebildet ist. Die Verbindungslasche 3 ist ebenfalls plattenförmig ausgebildet und weist an einem der Anlagefläche 4 abgewandten Ende einen Stanzabschnitt 5 auf, wobei in dem Stanzabschnitt 5 eine dreiecksförmige Ausnehmung 7 ausgebildet ist.
Die beiden Bauteile 1, 2 werden derart zueinander ausgerichtet, dass diese einen Winkel von annähernd 90° einschließen.
Auf der dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite des zweiten Bauteils 2 ist benachbart dem Verbindungsbereich eine Stützvorrichtung 8 angeordnet, wobei diese Stützvorrichtung 8 das zweite Bauteil 2 kontaktiert und eine Aussparung 9 aufweist.
Beim Verfahren der beiden Bauteile 1, 2 relativ zueinander dringt zunächst der Stanzabschnitt 5 der Verbindungslasche 3 in das zweite Bauteil 2 ein und durchbricht das zweite Bauteile 2 auf der dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite, wobei der Stanzabschnitt 5 einen Teilbereich 10 des zweiten Bauteils 2 heraustrennt. Dies ist insbesondere den 4 bis 7 zu entnehmen, wobei der herausgetrennte Teilbereich 10, wie in 6 und 7 dargestellt, vom Stanzabschnitt 5 abfällt.
Beim Verfahren und Durchdringen des zweiten Bauteils 2 wird durch den das zweite Bauteil 2 durchdringenden Bereich der Verbindungslasche 3 auf der dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite des zweiten Bauteils 2 der Umformabschnitt 6 gebildet, wobei der Umformabschnitt 6 vom zweiten Bauteil 2 hervorsteht und in die Aussparung 9 der Stützvorrichtung 8 einfährt.
Wie den 6 und 7 zu entnehmen ist, kontaktiert die Anlagefläche 4 des ersten Bauteils 1 nach dem Verfahren der beiden Bauteile 1, 2 das zweite Bauteil 2 im Bereich einer Hauptausdehnungsfläche des zweiten Bauteils 2.
Da die Verbindungslasche 3 senkrecht zu einer der Stirnflächen des ersten Bauteils 1 ausgebildet ist, werden die beiden plattenförmigen Bauteilen 1, 2 gewinkelt zueinander miteinander verbunden.
In den 8 bis 15 ist der Vorgang des Umbiegens des Umformabschnitts 6 detaillierter dargestellt. Das Umbiegen erfolgt mittels eines Anschlags 11, wobei der Anschlag 11 beim Umbiegen den Umformabschnitt 6 kontaktiert und der Anschlag 11 eine Schwenkbewegung ausführt. Die Schwenkbewegung wird durch die Pfeile in den 9, 11 und 13 schematisch dargestellt.
Aufgrund der Schwenkbewegung des Anschlags 11 wird der Umformabschnitt 6 zunächst in eine Richtung senkrecht zur Durchdringungsrichtung und parallel zu der Hauptausdehnungsfläche des zweiten Bauteils 2 umgebogen. Am Ende der Schwenkbewegung wird der Umformabschnitt durch den Anschlag 11 in eine Richtung senkrecht zu der Hauptausdehnungsfläche des zweiten Bauteils 2 an das zweite Bauteil 2 angepresst.
Nach dem Abschließen des Umbiegens hintergreift der Umformabschnitt 6 das zweite Bauteil 2 auf der dem ersten Bauteil 1 abgewandten Seite, wobei durch das Anpressen des Umformabschnitts 6 durch den Anschlag 11 der Umformabschnitt 6 formschlüssig an dem zweiten Bauteil 2 anliegt.
Der umgeformte Umformabschnitt 6 gewährleistet, dass das erste Bauteil 1 in Durchdringungsrichtung in dem zweiten Bauteil 2 gehalten ist und somit die beiden Bauteile 1, 2 miteinander verbunden sind.
Die Eigenschaften der Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 können durch unterschiedliche Ausführungsformen der Verbindungslasche 3 variiert werden.
Die 16 und 17 sowie 22 und 23 zeigen eine erste Ausführungsform der Verbindungslasche 3. Die Verbindungslasche 3 ist dabei plattenförmig ausgebildet und weist benachbart der Anlagefläche 4 einen größeren Querschnitt als der Stanzabschnitt 5 auf. Wie den 16 und 22 zu entnehmen ist, nimmt der Querschnitt der Verbindungslasche 3 in Richtung der Anlagefläche 4 stetig und monoton zu.
Der Stanzabschnitt 5 weist dabei eine dreiecksförmige Ausnehmung 7 auf, wobei die dreiecksförmige Ausnehmung 7 dem sauberen Heraustrennen eines Teilbereichs 10 des zweiten Bauteils 2 beim Einfahren in das zweite Bauteil 2 dient.
Die Wirkung des sich erweiternden Querschnitts der Verbindungslasche 3 beim Eindringen in das zweite Bauteil 2 ist in den 22 und 23 näher dargestellt. Der vom Stanzabschnitt 5 herausgetrennte Teilbereich 10 des zweiten Bauteils 2 weist einen geringeren Querschnitt als die Verbindungslasche 3 benachbart der Anlagefläche 4 auf. Daher wird beim Einfahren der Verbindungslasche 3 in den Durchdringungsbereich der an der Verbindungslasche 3 anliegende Randbereich des zweiten Bauteils 2 in Richtung des Stanzabschnitts 5 und somit in Durchdringungsrichtung orientiert aufgestellt. Dieser Randbereich bildet somit einen in Richtung des Stanzabschnitts 5 vom zweiten Bauteil überstehenden Kragen 12.
Dadurch ist die Verbindungslasche 3 senkrecht zur Durchdringungsrichtung spielfrei im zweiten Bauteil 2 gelagert. Beim Umbiegen des Umformabschnitts 6 wird dieser durch den überstehenden Kragen 12 zusätzlich hinterfüttert, wodurch ein formschlüssiges Anliegen des umgebogenen Umformabschnitts 6 am zweiten Bauteil verbessert wird.
Diese erste Ausführungsform der Verbindungslasche 3 dient somit der Herstellung einer spielfreien und besonders stabilen Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2.
Eine zweite Ausführungsform der Verbindungslasche 3 ist in den 18 und 19 sowie 24 und 25 dargestellt. Diese unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass die Verbindungslasche 3 in Richtung der Anlagefläche 4 einen konstanten Querschnitt aufweist.
Auch bei dieser Ausführungsform wird wie bei der ersten Ausführungsform eine senkrecht zur Durchdringungsrichtung spielfreie Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 hergestellt, wobei im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel kein Kragen ausgebildet wird.
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist in der zweiten Ausführungsform der Verbindungslasche 3 das Einfahren der Verbindungslasche 3 in das zweite Bauteil 2 mit weniger Kraftaufwand möglich, da keine Energie aufgewendet werden muss, um das zweite Bauteil 2 zu verformen bzw. den Kragen 12 auszubilden.
Eine dritte Ausführungsform der Verbindungslasche 3 ist in den 20 und 21 sowie 26 und 27 dargestellt. Diese unterscheidet sich von den vorgenannten Ausführungsbeispielen dadurch, dass die Verbindungslasche 3 benachbart der Anlagefläche 4 einen kleineren Querschnitt als der Stanzabschnitt 5 aufweist, wobei die Verbindungslasche 3 einen in Richtung der Anlagefläche 4 stetig und monoton abnehmenden Querschnitt aufweist.
In dieser Ausführungsform der Verbindungslasche 3 wird ein Teilbereich 10 des zweiten Bauteils 2 durch den Stanzabschnitt herausgetrennt, wobei die dadurch im zweiten Bauteil 2 gebildete Durchtrittsöffnung einen größeren Querschnitt aufweist als der in dieser Durchtrittsöffnung angeordnete Teilbereich der Verbindungslasche 3. Folglich ist die Verbindungslasche 3 in dieser Durchtrittsöffnung um ein gewisses Maß senkrecht zur Durchdringungsrichtung bewegbar angeordnet, wie insbesondere der 26 zu entnehmen ist.
Diese Ausführungsform der Verbindungslasche 3 ermöglicht es beispielsweise, Fertigungstoleranzen der beiden Bauteile 1, 2 durch ein Verschieben der beiden Bauteile 1, 2 relativ zueinander senkrecht zur Durchdringungsrichtung auszugleichen.
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltungen der Erfindung, zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: erstes Bauteil
2: zweites Bauteil
3: Verbindungslasche
4: Anlagefläche
5: Stanzabschnitt
6: Umformabschnitt
7: Ausnehmung
8: Stützvorrichtung
9: Aussparung
10: herausgetrennter Teilbereich
11: Anschlag
12: Kragen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012100786 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Verbinden von einem ersten Bauteil (1) mit einem zweiten Bauteil (2), wobei das erste Bauteil (1) eine höhere Festigkeit als das zweite Bauteil (2) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen der beiden Bauteile (1, 2), – Ausbilden zumindest einer Verbindungslasche (3) im ersten Bauteil (1) derart, dass die Verbindungslasche (3) gegenüber einer Anlagefläche (4) des ersten Bauteils (1) hervorsteht und die Verbindungslasche (3) an einem der Anlagefläche (4) abgewandten Ende einen Stanzabschnitt (5) aufweist, – Ausrichten der beiden Bauteile (1, 2) und Verfahren der beiden Bauteile (1, 2) relativ zueinander derart, dass zumindest der Stanzabschnitt (5) der Verbindungslasche (3) das zweite Bauteil (3) in einem Verbindungsbereich durchdringt, und der das zweite Bauteil (2) durchdringende Bereich der Verbindungslasche (3), auf einer dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite des zweiten Bauteils (2), einen vom zweiten Bauteil (2) hervorstehenden Umformabschnitt (6) bildet, – Umbiegen des Umformabschnitts (6) derart, dass der umgebogene Umformabschnitt (6) das zweite Bauteil (2) auf der dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite hintergreift.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbindungslasche (3) und/oder das erste Bauteil (1) und/oder das zweite Bauteil (2) zumindest im Verbindungsbereich plattenförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungslasche (3) benachbart der Anlagefläche (4) einen größeren Querschnitt als der Stanzabschnitt (5) aufweist, insbesondere die Verbindungslasche (3) einen in Richtung der Anlagefläche (4) zunehmenden, vorzugsweise stetig zunehmenden, insbesondere monoton zunehmenden, Querschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungslasche (3) benachbart der Anlagefläche (4) einen kleineren Querschnitt als der Stanzabschnitt (5) aufweist, insbesondere die Verbindungslasche (3) einen in Richtung der Anlagefläche (4) abnehmenden, vorzugsweise stetig abnehmenden, insbesondere monoton abnehmenden, Querschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungslasche (3) benachbart der Anlagefläche (4) und der Stanzabschnitt (5) identische Querschnitte aufweisen, insbesondere die Verbindungslasche (3) in Richtung der Anlagefläche (4) einen konstanten Querschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stanzabschnitt (5) zumindest eine Schnittkante aufweist, vorzugsweise die Schnittkante in einem Randbereich des Stanzabschnitts (5) ausgebildet wird, insbesondere die Schnittkante als umlaufende Schnittkante ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Stanzabschnitt (5) beim Durchdringen des zweiten Bauteils (2) einen Teilbereich (10) des zweiten Bauteils (2) heraustrennt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Stanzabschnitt (5) eine Ausnehmung (7) aufweist, vorzugsweise die Ausnehmung (7) einen in Richtung der Anlagefläche (4) abnehmenden Querschnitt aufweist, insbesondere die Ausnehmung (7) dreiecksförmig ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verbindungslasche (3) in einem Randbereich des ersten Bauteils (1) ausgebildet wird, vorzugsweise die Verbindungslasche (3) in einer Stirnfläche eines plattenförmigen ersten Bauteils (1) ausgebildet wird, insbesondere die Verbindungslasche (3) senkrecht zu der Stirnfläche ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verbindungslasche (3) gewinkelt zur Anlagefläche (4) des ersten Bauteils (1) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die beiden Bauteile (1, 2) zueinander gewinkelt ausgerichtet und/oder miteinander verbunden werden, vorzugsweise die beiden Bauteile (1, 2) einen Winkel von 80° bis 100°, insbesondere 90°, einschließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest zwei Verbindungslaschen (3) im ersten Bauteil (1) ausgebildet werden und die nach dem Durchdringen des zweiten Bauteils (2) vom zweiten Bauteil (2) hervorstehenden Umformabschnitte (6) der beiden Verbindungslaschen (3) in unterschiedliche Richtungen, vorzugsweise in entgegengesetzte Richtungen, umgebogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei beim Verfahren der beiden Bauteile (1, 2) relativ zueinander eine Stützvorrichtung (8) das zweite Bauteil (2) auf der dem ersten Bauteil (1) abgewandten Seite und benachbart dem Verbindungsbereich kontaktiert, vorzugsweise die Stützvorrichtung (8) eine Aussparung (9) aufweist, wobei beim Verfahren der beiden Bauteile (1, 2) relativ zueinander der Umformabschnitt (6) beim Durchdringen des zweiten Bauteils (2) in die Aussparung (9) einfährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Umbiegen mittels eines Anschlags (11) erfolgt, wobei der Anschlag (11) beim Umbiegen den Umformabschnitt (6) kontaktiert, der Anschlag (11) und der Umformabschnitt (6) eine Relativbewegung ausführen, wobei die Relativbewegung eine Bewegungskomponente senkrecht zur Durchdringungsrichtung aufweist, vorzugsweise die Relativbewegung eine Schwenkbewegung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Verbindungslasche (3) einstückig in das erste Bauteil (1) eingeformt wird.