DE10310966A1

DE10310966A1 - Formschlussverbindung

Info

Publication number: DE10310966A1
Application number: DE2003110966
Authority: DE
Inventors: Robert Kirschner; Roland Hemper
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-09-23

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 bis 4 eine Formschlussverbindung nach der Erfindung in aufeinanderfolgenden Fertigungsstufen;
5 und 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung vor und nach dem Eindrücken der radialen Erweiterungen; und
7 bis 10 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in vier aufeinanderfolgenden Fertigungsstufen.
Nach den 1 bis 4 werden die zu verbindenden Blechteile 1, 2 im Bereich der herzustellenden Formschlussverbindung flächig übereinander liegend in ein Formwerkzeug, bestehend aus einem Formstempel 3 und einer Formmatrize 4, eingelegt und durch dieses mit topfförmigen, formgleich ineinander greifenden und im Seitenwandbereich 5 miteinander verzahnten Vertiefungen 6 versehen. Anschließend werden die so vorverformten Blechteile 1, 2 (2) in eine weitere Formmatrize 7 (3) mit einer im Bereich des Öffnungsquerschnitts an die Vertiefungen 6 angepassten, nach innen jedoch konisch erweiterten Formkavität 8 eingelegt, und mit Hilfe eines Einspritzkopfes 9, in welchem sich ein Injektionskolben 10 befindet, wird ein aushärtbarer Kunststoff 11, etwa ein Klebstoff, im noch ungehärteten Zustand in die Vertiefungen 6 eingepresst, so dass sich diese unter der Wirkung des Fluiddrucks im Seitenwandbereich 5 plastisch verformen und der konischen Erweiterung der Formkavität 8 entsprechend radial gegenüber dem Öffnungsquerschnitt der Vertiefungen 6 aufgeweitet werden. 4 zeigt die auf diese Weise fertiggestellte Formschlussverbindung mit den radial erweiterten Vertiefungen 6 und der in diesen verbleibenden Klebstofftüllung 11, die sich glattflächig an die Blechteiloberfläche anschließt. Gegen in Richtung der Flächenerstreckung der Blechteile 1, 2 wirkende Belastungen ist die Formschlussverbindung durch die formgleich ineinander greifenden Vertiefungen 6, gegen Drehbewegungen durch die Verzahnungen im Seitenwandbereich 5 und gegen Trennbewegungen senkrecht zur Flächenerstreckung der Blechteile 1, 2 durch die radiale Aufweitung der Seitenwände 5 und zusätzlich durch die nach dem Aushärten verfestigte Kunststofffüllung 11 gesichert.
Nach den 5 und 6, wo die dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel entsprechenden Komponenten durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, werden die Blechteile 1, 2 in gleicher Weise wie nach den 1 und 2 vorverformt, aber anstatt durch ein Druckfluid durch einen Weichmetallkörper 12 radial aufgeweitet, der nach Art eines Blindniets mit einem zentralen Abreiß stift 13 ausgebildet ist und in den Vertiefungen 6 mit Hilfe eines – nicht gezeigten – Setzwerkzeugs quetschverformt wird. Aufgrund des dadurch entstehenden, seitlichen Materialflusses werden die Seitenwände 5 der Vertiefungen 6 wulstförmig aufgeweitet (6), wobei der Weichmetallkörper 12 als Teil der fertigen Formschlussverbindung in den plastisch verformten Vertiefungen 6 verbleibt. Im Übrigen ist die Bau- und Funktionsweise dieser Formschlussverbindung die gleiche wie nach den 1 bis 4.
Anhand der 7 bis 10, 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 Vertiefungen 6 und die radialen Seitenwanderweiterungen nicht nacheinander in getrennten Fertigungsstufen, sondern in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden. Das entsprechende Formwerkzeug 14 enthält einen in einem Blechhalter 15 geführten Druckstempel 16 mit einer im Stempelinneren angeordneten Flüssigkeitskammer 17 und einem getrennt vom Druckstempel 16 axial verschieblich angetriebenen Injektionskolben 18. Nach dem Aufsetzen des Blechhalters 15 auf die im Bereich der herzustellenden Formschlussverbindung flächig übereinander liegenden Blechteile 1, 2 wird zunächst der Druckstempel 16 gemeinsam mit dem Injektionskolben 18 niedergefahren und dadurch ein zuvor in den Blechhalter 15 eingesetzter Weichmetall-Formkörper 19 unter plastischer Ausformung der topfförmigen, entsprechend der 2 im Querschnitt sternförmigen Vertiefungen 6 in die Blechteile 1, 2 eingedrückt. Dieser Fertigungszustand ist in 8 dargestellt. Anschließend und noch vor Abschluss der Martensitausbildung beginnt der Abwärtshub des Injektionskolbens 18, durch den die in der Kolbenkammer 17 und in einem zu dieser hin offenen Innenkanal 20 des Formkörpers 19 befindliche Flüssigkeit soweit druckbeaufschlagt wird, dass sich das Formkörpermaterial und die angrenzenden Seiten wandbereiche 5 der Vertiefungen 6 unter plastischer Verformung radial aufweiten (9). Der gemeinsam mit den Seitenwänden 5 aufgeweitete Formkörper 19 verbleibt zur zusätzlichen Sicherung der auf diese Weise fertiggestellten Formschlussverbindung (10) in den Vertiefungen 6.
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

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 (Blechhalter 15) 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.