DE10310966A1 - Formschlussverbindung - Google Patents
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Abstract
Eine Formschlussverbindung zwischen mindestens zwei Blechteilen (1, 2) wird erfindungsgemäß auf fertigungstechnisch einfache Weise dadurch hochfest und -steif sowie korrosionssicher ausgebildet, dass die Blechteile mit topfförmigen, formgleich ineinander liegenden Vertiefungen (6) versehen und diese im Seitenwandbereich (5) mittels eines in die Vertiefungen eingepressten und unter Pressdruckwirkung fließverformten Weichmetallkörpers (19) radial gegenüber dem Öffnungsquerschnitt erweitert sind.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Formschlussverbindung zwischen mindestens zwei Blech- und insbesondere Kraftfahrzeug-Karosserieteilen sowie auf ein Verfahren zur formschlüssigen Verbindung derartiger Blechteile, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10.
- Bei der aus der
DE 38 02 798 A1 bekannten Formschlussverbindung dieser Art werden in die Blechteile Längssicken eingeformt, die nach dem Zusammenfügen der Blechteile formgleich ineinander greifen und dann im Seitenwandbereich zur Sicherung gegen Längsverschiebungen mit Hilfe eines entsprechenden, in die Sicken einsetzbaren Spreizwerkzeugs örtlich noppenförmig ausgebeult oder aufgeschnitten und laschenförmig ausgebogen werden. Da die Blechteile durch den gegenseitigen Eingriff der Sicken jedoch nicht auf ihre gewünschte Einbauposition ausgerichtet werden, müssen sie nach dem Zusammenfügen erst noch gegenseitig positionsgenau fixiert werden, bevor sie mit Hilfe des Spreizwerkzeugs endgültig formschlüssig miteinander verbunden werden können. Hinzu kommt, dass die Blechteile in Sickenlängsrichtung ausschließlich durch die vereinzelten, zuvor ausgebogenen Blechnoppen oder -laschen gesichert sind, mit dem Risiko, dass sich diese unter Last wieder zurückverformen und der Formschluss zwischen den Blechteilen dann verloren geht. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Formschlussverbindung der eingangs genannten Art auf herstellungsmäßig einfache Weise hochgradig lastfest zu gestalten.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Formschlussverbindung bzw. das im Patentanspruch 10 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
- Bei der erfindungsgemäßen Formschlussverbindung werden die Blechteile beim Zusammenfügen der topfförmig ineinander greifenden Vertiefungen selbsttätig positionsgenau ausgerichtet und aufgrund des allseitigen, großflächigen Seitenwandkontakts der Vertiefungen hochsteif und lastfest gegen in der Flächenerstreckung der Blechteile beliebig gerichtete Belastungen gesichert, so dass die radialen Seitenwanderweiterungen von derartigen Beanspruchungen entlastet werden und nur die hierzu senkrechten Trennkräfte zwischen den Blechteilen aufnehmen müssen, mit dem weiteren Effekt, dass die radialen Erweiterungen nicht nur an einzelnen Stellen im Seitenwandbereich, sondern unter der Wirkung des fließdruckverformten Füllmaterials über die gesamte Seitenwand-Umfangslänge ausgeformt werden und daher auch insoweit eine überspannungsfreier Formschluss bezüglich der einwirkenden Trennkräfte gewährleistet ist.
- Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt außerdem, dass die Festigkeit von martensitausbildenden Blechteilen im Bereich der topfförmig eingeformten Vertiefungen erheblich zunimmt und sich daher die Seitenwandbereiche, wenn überhaupt, nur mit einem hohen Fertigungsaufwand radial erweitern lassen. Erfindungsgemäß hingegen werden diese Erweiterungen unmittelbar nach dem Einformen der Vertiefungen, nämlich noch vor Abschluss der Martensitausbildung, erzeugt, also in einem Materialzustand, wo sie noch auf fertigungstechnisch einfache Weise und ohne Riss- oder Bruchgefahr ausgeformt werden können.
- Ein weiterer wesentlicher Effekt der Erfindung besteht in einem wirksamen Korrosionsschutz, der sich zum einen aus der materialschonenden und dement sprechend verletzungsfreien Blechaufweitung im Seitenwandbereich mittels eines fließdruckverformten Füllmaterials und zum anderen aus der – nach den Ansprüchen 2 und 3 – bevorzugten, drehsicheren Gestaltung der Vertiefungen ergibt, durch welche verhindert wird, dass unter der Wirkung dynamischer Belastungen vor allem bei unterschiedlichen Blechmaterialien korrosionsanfällige Reibstellen im Bereich der Formschlussverbindung entstehen.
- In weiterer, besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung verbleibt das Füllmaterial in Form eines fließdruckverformten Weichmetallkörpers oder eines im unausgehärteten Zustand unter Einformung der radialen Erweiterungen in die Vertiefungen eingepressten und in diesen dann ausgehärteten Kunststoffs in der Formschlussverbindung. Hierdurch wird eine zusätzliche Sicherung gegen eine Rückverformung der radialen Erweiterungen sowie ein zu den angrenzenden Blechabschnitten glattflächiger Abschluss der Vertiefungen erreicht und der Korrosionsschutz weiter verbessert.
- Die Erfindung wird nunmehr anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
-
1 bis4 eine Formschlussverbindung nach der Erfindung in aufeinanderfolgenden Fertigungsstufen; -
5 und6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung vor und nach dem Eindrücken der radialen Erweiterungen; und -
7 bis10 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in vier aufeinanderfolgenden Fertigungsstufen. - Nach den
1 bis4 werden die zu verbindenden Blechteile1 ,2 im Bereich der herzustellenden Formschlussverbindung flächig übereinander liegend in ein Formwerkzeug, bestehend aus einem Formstempel3 und einer Formmatrize4 , eingelegt und durch dieses mit topfförmigen, formgleich ineinander greifenden und im Seitenwandbereich5 miteinander verzahnten Vertiefungen6 versehen. Anschließend werden die so vorverformten Blechteile1 ,2 (2 ) in eine weitere Formmatrize7 (3 ) mit einer im Bereich des Öffnungsquerschnitts an die Vertiefungen6 angepassten, nach innen jedoch konisch erweiterten Formkavität8 eingelegt, und mit Hilfe eines Einspritzkopfes9 , in welchem sich ein Injektionskolben10 befindet, wird ein aushärtbarer Kunststoff11 , etwa ein Klebstoff, im noch ungehärteten Zustand in die Vertiefungen6 eingepresst, so dass sich diese unter der Wirkung des Fluiddrucks im Seitenwandbereich5 plastisch verformen und der konischen Erweiterung der Formkavität8 entsprechend radial gegenüber dem Öffnungsquerschnitt der Vertiefungen6 aufgeweitet werden.4 zeigt die auf diese Weise fertiggestellte Formschlussverbindung mit den radial erweiterten Vertiefungen6 und der in diesen verbleibenden Klebstofftüllung11 , die sich glattflächig an die Blechteiloberfläche anschließt. Gegen in Richtung der Flächenerstreckung der Blechteile1 ,2 wirkende Belastungen ist die Formschlussverbindung durch die formgleich ineinander greifenden Vertiefungen6 , gegen Drehbewegungen durch die Verzahnungen im Seitenwandbereich5 und gegen Trennbewegungen senkrecht zur Flächenerstreckung der Blechteile1 ,2 durch die radiale Aufweitung der Seitenwände5 und zusätzlich durch die nach dem Aushärten verfestigte Kunststofffüllung11 gesichert. - Nach den
5 und6 , wo die dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel entsprechenden Komponenten durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, werden die Blechteile1 ,2 in gleicher Weise wie nach den1 und2 vorverformt, aber anstatt durch ein Druckfluid durch einen Weichmetallkörper12 radial aufgeweitet, der nach Art eines Blindniets mit einem zentralen Abreiß stift13 ausgebildet ist und in den Vertiefungen6 mit Hilfe eines – nicht gezeigten – Setzwerkzeugs quetschverformt wird. Aufgrund des dadurch entstehenden, seitlichen Materialflusses werden die Seitenwände5 der Vertiefungen6 wulstförmig aufgeweitet (6 ), wobei der Weichmetallkörper12 als Teil der fertigen Formschlussverbindung in den plastisch verformten Vertiefungen6 verbleibt. Im Übrigen ist die Bau- und Funktionsweise dieser Formschlussverbindung die gleiche wie nach den1 bis4 . - Anhand der
7 bis10 , in denen die den vorherigen Ausführungsformen entsprechenden Komponenten wiederum durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, wird eine – besonders für martensitausbildende Stahlbleche – bevorzugte Formschlussverbindung beschrieben. Der Hauptunterschied zu den obigen Ausführungsformen besteht darin, dass die topfförmigen Vertiefungen6 und die radialen Seitenwanderweiterungen nicht nacheinander in getrennten Fertigungsstufen, sondern in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden. Das entsprechende Formwerkzeug14 enthält einen in einem Blechhalter15 geführten Druckstempel16 mit einer im Stempelinneren angeordneten Flüssigkeitskammer17 und einem getrennt vom Druckstempel16 axial verschieblich angetriebenen Injektionskolben18 . Nach dem Aufsetzen des Blechhalters15 auf die im Bereich der herzustellenden Formschlussverbindung flächig übereinander liegenden Blechteile1 ,2 wird zunächst der Druckstempel16 gemeinsam mit dem Injektionskolben18 niedergefahren und dadurch ein zuvor in den Blechhalter15 eingesetzter Weichmetall-Formkörper19 unter plastischer Ausformung der topfförmigen, entsprechend der2 im Querschnitt sternförmigen Vertiefungen6 in die Blechteile1 ,2 eingedrückt. Dieser Fertigungszustand ist in8 dargestellt. Anschließend und noch vor Abschluss der Martensitausbildung beginnt der Abwärtshub des Injektionskolbens18 , durch den die in der Kolbenkammer17 und in einem zu dieser hin offenen Innenkanal20 des Formkörpers19 befindliche Flüssigkeit soweit druckbeaufschlagt wird, dass sich das Formkörpermaterial und die angrenzenden Seiten wandbereiche5 der Vertiefungen6 unter plastischer Verformung radial aufweiten (9 ). Der gemeinsam mit den Seitenwänden5 aufgeweitete Formkörper19 verbleibt zur zusätzlichen Sicherung der auf diese Weise fertiggestellten Formschlussverbindung (10 ) in den Vertiefungen6 . - Im Rahmen der Erfindung können vor allem großflächige Blechteile selbstverständlich auch an mehreren Stellen durch eine der oben beschriebenen Formschlussverbindungen hochfest und -steif miteinander verkoppelt werden.
Claims (10)
- Formschlussverbindung zwischen mindestens zwei Blech-, insbesondere Kraftfahrzeug-Karosserieteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (
1 ,2 ) mit topfförmigen, formgleich ineinander liegenden Vertiefungen (6 ) versehen und diese im Seitenwandbereich (5 ) mittels eines in die Vertiefungen eingepressten und unter Pressdruckwirkung fließverformten Füllmaterials (11 ,12 ,19 ) gegenüber dem Öffnungsquerschnitt radial erweitert sind. - Formschlussverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (
6 ) einen nicht-kreisförmigen Querschnitt besitzen. - Formschlussverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (
6 ) einen sternförmigen Querschnitt besitzen. - Formschlussverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial aus einem im eingepressten Zustand in den Vertiefungen (
6 ) verbleibenden Weichmetallkörper (12 ,19 ) besteht. - Formschlussverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Weichmetallkörper ein in einen auf die Blechteile (
1 ,2 ) aufsetzbaren Führungskanal (Blechhalter15 ) eingesetzter, unter Pressdruckbeaufschlagung die Vertiefungen (6 ) einschließlich der radialen Querschnittserweiterungen in einem einzigen Arbeitsgang ausbildender Formkörper (19 ) vorgesehen ist. - Formschlussverbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmetallkörper (
19 ) einen zum Aufweiten des Weichmetallkörpers und der Vertiefungen (6 ) druckmittelbeaufschlagten Innenkanal (20 ) besitzt. - Formschlussverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Weichmetallkörper ein unter Aufweitung der Vertiefungen (
6 ) aufgespreizter Blind- oder Stanzniet (12 ) vorgesehen ist. - Formschlussverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial aus einem im unausgehärteten Zustand in die Vertiefungen (
6 ) eingepressten und in diesen ausgehärteten Kunststoff (11 ) besteht. - Formschlussverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial aus Stahlspänen besteht.
- Verfahren zur formschlüssigen Verbindung mindestens zweier martensitbildender Stahlbleche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Blechteile (
1 ,2 ) topfförmige, formgleich einander angepasste Vertiefungen (6 ) eingeformt und diese im ineinander gefügten Zustand vor dem Abschluss der Martensitausbildung im Seitenwandbereich (5 ) radial bezüglich des Öffnungsquerschnitts erweitert werden.
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- 2003-03-13 DE DE2003110966 patent/DE10310966A1/de not_active Withdrawn
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