DE19748786C2 - Klebeverbindung von Blechteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klebeverbindung von Blechteilen entlang einer Naht, an der die zu verbindenden Blechteile mit einer sichtseitigen Oberfläche (Sichtseite) fluchtend aneinan­ dergrenzen, wobei von beiden Blechteilen auf deren Rückseite dem Nahtverlauf folgende Flansche abragen, über die die Blech­ teile miteinander verbunden sind gemäß dem Oberbegriff das Anspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, daß Blechteile, insbesondere von Kraftfahrzeugkarosserien, entweder miteinander verschraubt, verlötet oder im Allgemeinen verschweißt sind. Dem allgemeinen Trend der Kostenreduzierung folgend wird in zunehmendem Maße versucht, Blechteile miteinander zu verkleben. Es ist jedoch auch bekannt, daß die herkömmlichen Flansche, an denen die Verschweißung durchgeführt wird und die für die aktuellen Schweißanlagen ausgelegt sind, nicht für eine Klebeverbindung verwendet werden können. Klebeverbindungen benötigen andere Flansche, so daß die hergestellte Klebeverbindung auf jeden Fall die Anforderungen hinsichtlich Crash-Tauglichkeit, Pro­ zesstauglichkeit, der Betriebsdauer und der Alterungsbestän­ digkeit erfüllen.

Es hat sich gezeigt, daß hochfeste Klebstoffe zwar für derar­ tige Blechkonstruktionen geeignet sind, daß diese Klebstoffe jedoch sehr spröde sind. Bei ruckartigen Belastungen reißen derartige Klebeverbindungen auf, da die Belastungsspitzen nicht elastisch aufgefangen werden können. Auf der anderen Seite wer­ den von elastischen Klebeverbindungen zwar die Belastungsspit­ zen gekappt, diese Klebeverbindungen führen aber zu einer ge­ ringeren Steifigkeit der Blechkonstruktion, insbesondere der Karosserie. Außerdem müssen hochelastische Klebstoffe in größe­ ren Mengen aufgetragen werden, was sich nachteilig auf die Ko­ sten auswirkt. Ein-Komponenten-Klebstoffe können zwar einfach aufgetragen werden, jedoch sind sie nicht sofort haftend, wo­ durch der Fügeprozess erschwert wird. Derartige Klebstoffe be­ dürfen in der Regel einer Nachhärtung in einem Ofen.

Aus der DE-Z, Zeitschrift für Schweißtechnik Nr. 9/1969, Seite 261 bis 264, ist eine Verbindung zweier Profilteile bekannt geworden, bei der die Profilteile nach dem Auftragen des Klebstoffes nicht mehr aneinandergehalten werden müssen, bis der Klebstoff abgebunden hat. Die Verbindung ist als Schnappverbindung ausgebildet. Derartige Verbindungen sind jedoch problematisch, da die auf die Profilteile einwirkenden Kräfte direkt auf die Klebestelle einwirken und von dieser abgestützt werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Klebever­ bindung bereitzustellen, die hinsichtlich der Crash-Tauglich­ keit und der Prozeßtauglichkeit bessere Eigenschaften aufweist als herkömmliche Klebeverbindungen.

Diese Aufgabe wird durch eine Klebeverbindung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Die erfindungsgemäße Klebeverbindung sieht also vor, daß jedes Blechteil einen Flansch aufweist, daß die Flansche im Quer­ schnitt einander entsprechend profiliert sind und daß jeder Flansch im Querschnitt jeweils einen ersten und einen daran sich anschließenden zweiten Flanschteil aufweist. Die beiden Flanschteile stehen winklig zueinander. Erfindungsgemäß bildet der erste Flansch ein V-förmiges oder U-förmiges Profil in Form einer Rille und der zweite Flansch bildet ein entsprechendes V- förmiges oder U-förmiges Profil eines Wulstes. Die beiden pro­ filierten Flansche sind so ausgestaltet, daß sie formschlüssig ineinander steckbar sind, so daß die Steckverbindung Schub­ kräfte und/oder ggf. Zugkräfte oder Scherkräfte aufnehmen kann. Der Vorteil derart ausgebildeter profilierter Flansche wird darin gesehen, daß die durch Ineinanderstecken der Flansche miteinander verbundenen Blechteile bereits eine gewisse Eigen­ stabilität bzw. Steckstabilität besitzen, so daß die gesteckten Blechteile zumindest handhabbar sind, ohne daß die Steck­ verbindung gelöst wird. Der an dem dem Blechteil entfernt lie­ genden Flanschteil aufgetragene Klebstoff bzw. Haftvermittler unterstützt die Stabilität der gesteckten Blechteile und ver­ hindert ein Verrutschen bzw. ein Lösen der Steckverbindung.

Dabei ist vorgesehen, daß die unmittelbar an die zu verbindenden Blechteile angrenzenden ersten Flanschteile kleberfrei sind. Über diese nicht miteinander verbundenen er­ sten Flanschteile wird ein elastischer Bereich in der Klebever­ bindung bzw. in den Flanschen geschaffen, der zumindest in ge­ ringfügigen Grenzen elastisch und falls erforderlich auch pla­ stisch verformbar ist, ohne daß die Verklebung der zweiten Flanschteile nachteilig beeinflusst wird, d. h. aufgebrochen wird. Ruckartige Belastungen werden von den ersten Flansch­ teilen durch elastische Verformung abgefangen, bevor sie als Scherkräfte auf die eigentliche Verklebung einwirken. Die bei­ den ersten Flanschteile bilden eine elastische Anbindung des geklebten Flanschteiles an das zugehörige Blechbauteil.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform stoßen die Sichtseiten der Blechteile im Nahtverlauf aneinander. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weisen die Sichtseiten der Blechteile im Nahtverlauf einen Abstand zueinander auf. Mit der erfindungs­ gemäßen Klebeverbindung können die miteinander zu verklebenden Blechteile so miteinander verbunden werden, daß sie entweder aneinander anstoßen oder einen Abstand zueinander aufweisen. Dieser Abstand bzw. die Naht kann dann mit einer dauerelasti­ schen Dichtung, z. B. einer Silikondichtung, einer Gummidich­ tung oder dergleichen verschlossen werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß sich die ersten Flanschteile berühren. Auf diese Weise können Druck­ kräfte unmittelbar vom einen Blechteil auf das andere übertra­ gen werden, ohne daß diese Flanschteile elastisch beansprucht werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die ersten Flanschteile über ein elastisches Verbindungsmittel mit­ einander verbunden sind. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß die Übertragung von Körperschall vom einen Blechteil zum anderen zumindest gedämpft wird, wenn nicht sogar unterbunden wird. Auch hier können Druck- bzw. Schubkräfte vom einen Blech­ teil unter vernachlässigbar geringer elastischer Beanspruchung der ersten Flanschteile auf das andere Blechteil übertragen werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die ersten und/oder die zweiten Flanschteile entlang des Nahtverlaufes durchgehend ausgeführt sind. Die Klebeverbindung ist demnach eine durchgehende Verbindung der beiden Flansche, wodurch eine hochstabile Verbindung der beiden Blechteile erzielt wird. Es ist jedoch auch denkbar, insbesondere in Fällen, wo derart hochstabile Verbindungen nicht erforderlich sind, daß die er­ sten und/oder die zweiten Flanschteile entlang des Nahtverlau­ fes Unterbrechungen aufweisen. Die Klebeverbindungen befinden sich demnach lediglich an Abschnitten des Blechteilrandes, wo­ durch die Blechteile auf jeden Fall sicher miteinander verbun­ den werden, und zudem Material und Gewicht durch die ab­ schnittsweise Ausbildung der Flansche eingespart wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das zweite Flanschteil sich spitzwinklig an das erste Flansch­ teil anschließt. Durch die spitzwinklige Zuordnung des zweiten Flanschteils zum ersten Flanschteil können nicht nur Schubkräf­ te vom ersten Blechteile zum zweiten Blechteil und umgekehrt sondern auch Scherkräfte übertragen werden, ohne daß die Kle­ beverbindung an sich beansprucht wird. Dies hat den wesentli­ chen Vorteil, daß im alltäglichen Gebrauch und bei üblichen Belastungen die Verklebung nicht belastet wird, so daß deren Alterung wesentlich langsamer voranschreitet. Eine spitzwinklig ausgeführte V-förmige Nut und ein darin formschlüssig einge­ passter Wulst bieten eine optimale Verkeilung in insgesamt drei Richtungen.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Klebstoff ein Ein-Komponent-Klebstoff, z. B. ein Rohbau-Klebstoff ist. Dabei kann der Klebstoff wärmeaushärtbar sein, wobei er vor dem Aushärten, d. h. nach dem Auftragen bereits eine zumindest geringfügige Klebewirkung entfalten kann. Es sind aber auch Klebstoffe denkbar, die in Form eines Lackes aufgetragen werden, und die erst nach dem Erhitzen eine Klebewirkung ent­ falten.

Eine optimale Steckstabilität wird dadurch erzielt, daß die Naht entlang einer von der Geraden abweichenden Linie, insbe­ sondere einer Kurve oder Biegung, verläuft. Auf diese Weise wird eine Stabilisierung der ineinander gesteckten Blechteile in einer dritten Dimension geschaffen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen darge­ stellt sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in den Ansprüchen sowie in der Beschreibung erwähnten Merk­ male jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine perspektivische Darstellung dreier Blechteile mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klebeverbindung;

Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klebeverbin­ dung; und

Fig. 3 eine mögliche Versagensform der in der Fig. 2 darge­ stellten Verbindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine perspektivische An­ sicht einer Verbindung von drei Blechteilen 1, 2 und 3, wobei die Blechteile 1, 2 und 3 jeweils über eine Klebeverbindung 4, 5 miteinander verbunden sind. Nachfolgend wird im Detail die Klebeverbindung 4 beschrieben, wobei die Beschreibung in glei­ cher Weise auch für die Klebeverbindung 5 zutrifft.

Das erste Blechteil 1 ist auf seiner Rückseite 22 mit einem ersten Flansch 6 versehen, wobei dieser erste Flansch 6 von einem ersten Flanschteil 7 und einem zweiten Flanschteil 8 gebildet wird. Das zweite Blechteil 2 weist auf seiner Rück­ seite 22 einen zweiten Flansch 9 auf, der ebenfalls von einem ersten Flanschteil 10 und einem Flanschteil 11 gebildet wird. Die beiden Flansche 6 und 9 folgen dem Verlauf einer Naht 12, der gekrümmt ist. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel stoßen die beiden Blechteile 1 und 2 im Bereich des Nahtverlaufs 12 nicht aneinander an sondern weisen einen geringfügigen Abstand zueinander auf. Diese Nut kann z. B. mit einem elastischen Dichtmittel ausgefüllt werden. Die Oberflä­ chen bzw. Sichtseiten 23 der beiden Blechteile 1 und 2 fluchten zueinander.

Die Klebeverbindung 1, über welche die beiden Flansche 6 und 9 miteinander verbunden werden, wird von einem zwischen den bei­ den zweiten Flanschteilen 7 und 11 vorgesehenen Klebstoff 13 erzeugt, der entweder vollflächig zwischen den beiden Flansch­ teilen 8 und 11 oder aber auch punktförmig zwischen diesen auf­ getragen sein kann. Hervorzuheben ist jedoch, daß die beiden Flansche 6 und 9 lediglich über ihre beiden zweiten Flansch­ teile 8 und 11 miteinander verbunden sind. Die beiden ersten Flanschteile 7 und 10 liegen entweder aneinander an oder sind über eine elastische Zwischenschicht (in der Fig. 1 nicht dar­ gestellt) miteinander verbunden und sind klebstofffrei.

Die erfindungsgemäße Klebeverbindung 4 hat den wesentlichen Vorteil, daß nach dem Fügen der beiden Blechteile 1 und 2 ein optimaler Formschluss zum Einen aufgrund des gebogenen Nahtver­ laufes 12, zum Anderen aufgrund des Z-förmigen Verlaufes des Randes des Blechteils 1 und des V-förmigen Verlaufes des Randes des Blechteils 2, wodurch die beiden Flansche 6 und 9 gebildet werden, die außerdem formschlüssig ineinander greifen, erzeugt wird. Aufgrund dieses Formschlusses können vertikale Kräfte in Richtung des Doppelpfeils 14 vom einen Blechteil auf das andere Blechteil übertragen werden. Außerdem können Schubkräfte in Richtung des Pfeils 15 vom Blechteil 1 auf das Blechteil 2 und entgegen der Richtung des Pfeils 15 vom Blechteil 2 auf das Blechteil 1 übertragen werden, ohne daß die Klebeverbindung 4 beansprucht wird. Diese Kräfte werden nahezu vollständig über die beiden ersten Flanschteile 7 und 10 aufgefangen, abgestützt und auf das andere Blechteil übertragen.

Greifen am Blechteil 1 Kräfte an, die entgegengesetzt zur Rich­ tung des Pfeils 15 wirken, so wird zunächst der erste Flansch­ teil 7 des Blechteils 1 elastisch beansprucht, so daß Bela­ stungsspitzen auf diese Weise abgebaut werden. Die Übertragung der Zugkräfte erfolgt in Form von Scherkräften über die Klebe­ verbindung 4, d. h. vom zweiten Flanschteil 8 über den Kleb­ stoff 13 auf das zweite Flanschteil 11 des zweiten Flansches 9. Derartige Scherkräfte können jedoch problemlos übertragen wer­ den, zumal deren Belastungsspitzen über die ersten Flanschteile 7 bzw. 10 bereits abgebaut worden sind.

Die obige Erläuterung zur Klebeverbindung 4 gilt selbstver­ ständlich auch für die Klebeverbindung 5, bei der lediglich zwischen den beiden ersten Flanschteilen 7 und 10 ein elasti­ sches Verbindungsmittel 16 vorgesehen ist, d. h. die beiden Flanschteile 7 und 10 nicht direkt aneinander liegen.

In der Fig. 2 sind ebenfalls zwei Blechteile 1 und 2 mitein­ ander verbunden, wobei auch hier die Sichtseiten 17 und 18 im Verlauf der Naht 12 einen geringen Abstand zueinander aufwei­ sen. Das Blechteil 1 ist an seiner Rückseite 22 mit einem er­ sten Flansch 6 versehen, welcher ein erstes Flanschteil 7 und ein zweites Flanschteil 8 aufweist. Das erste Flanschteil 7 schließt sich in einem stumpfen Winkel an den ebenen Abschnitt des Blechteils 1 an, wohingegen das zweite Flanschteil 8 in einem spitzen Winkel mit dem ersten Flanschteil 7 verbunden ist und die Flanschteile 7 und 8 somit eine V-förmige Rille bilden. In diese Rille greift der zweite Flansch 9 des zweiten Blech­ teils 2 ein, wobei der erste Flanschteil 10 des zweiten Flan­ sches 9 am ersten Flanschteil 7 des ersten Flansches 6 kleb­ stofffrei anliegt. Zwischen dem zweiten Flanschteil 11 des zweiten Flansches 9 und dem zweiten Flanschteil 8 des ersten Flansches 6 befindet sich der Klebstoff 13, über den die Kle­ beverbindung 4 hergestellt wird. In der Fig. 2 ist ein gerader Abschnitt der Naht 12 gezeigt, wobei der Verlauf der Naht 12 Abschnitte aufweist, die von einem geraden Verlauf abweichen, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist.

Werden die beiden Blechteile 1 und 2 auf Zug beansprucht, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, d. h. werden Zugkräfte in Richtung der Pfeile 19 und 20 angelegt, dann werden zunächst die beiden ersten Flanschteile 7 und 10 elastisch und dann pla­ stisch beansprucht, wobei sich diese Flanschteile 7 und 10 derart verformen, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Ins­ besondere wird der erste Flanschteil 10 vom ersten Flanschteil 7 abgehoben, so daß das Blechteil 2 über eine Dehnstrecke 21 vom Blechteil 1 entfernt werden kann. Durch Verformung der bei­ den Flansche 6 und 9 wird Energie verbraucht, die nicht von der Klebeverbindung 4 aufgenommen werden muss. Die Klebeverbindung 4 wird nur minimal beansprucht. Erst nach Erreichen der Dehn­ grenze der Naht 12 wird die Klebeverbindung 4 mit der ganzen Zugkraft auf Scherung beansprucht.

Aus Fig. 3 wird deutlich, daß zum Einen geringfügige Lagever­ änderungen der beiden Blechteile 1 und 2 durch elastische Ver­ formung der ersten Flanschteile 7 und 10 aufgefangen werden und daß zum Anderen Belastungsspitzen von diesen Flanschteilen 7 und 10 abgebaut werden. Größere Lageveränderungen der Blech­ teile 1 und 2 verursachen eine plastische Verformung der ersten Flanschteile 7 und 10, wobei außerdem die Winkel der einzelnen Flanschteile 7 und 8 sowie 10 und 11 zueinander verändert wer­ den, wodurch Verformungsenergie abgebaut wird. Erst nach Errei­ chen der Dehngrenze wird die Klebeverbindung 4 zwischen den beiden Flanschteilen 8 und 11 mit der ganzen auftretenden Zug­ kraft auf Scherung beansprucht.

Die erfindungsgemäße Klebeverbindung hat somit den wesentlichen Vorteil, daß sie eine hohe lokale Elastizität und daß sie eine globale Steifigkeit der beiden Blechteile 1 und 2 erfüllt, daß ein kompakter Klebstoff, insbesondere ein Ein-Komponenten-Kleb­ stoff verwendet werden kann, und daß nach dem Fügen der Blech­ teile 1 und 2 eine Sofort-Stabilität, insbesondere eine Steck­ stabilität vorherrscht.

Claims (9)

1. Klebeverbindung von Blechteilen (1, 2) entlang einer Naht (12), an der die zu verbindenden Blechteile (1, 2) mit einer sichtseitigen Oberfläche (Sichtseite 17, 18, 23) fluchtend aneinandergrenzen, wobei von beiden Blechteilen (1, 2) auf deren Rückseite (22) dem Nahtverlauf folgende Flansche (6, 9) abragen, über die die Blechteile (1, 2) miteinander verbunden sind, und die Flansche (6, 9) im Querschnitt einander entsprechend profiliert sind und im Querschnitt jeweils einen ersten und einen sich daran anschließenden zweiten Flanschteil (7, 10 und 8, 11) aufweisen, daß der profilierte erste Flansch (6) an dem einen der zu verbindenden Blechteile (1) eine V-förmige oder U-förmige, dem Nahtverlauf folgende Rille und der zweite Flansch (9) an dem anderen Blechteil (2) einen V- förmigen oder U-förmigen Wulst bildet, die beide bezüglich Querschnittsform und Längsverlauf einander entsprechen und formschlüssig derart ineinander steckbar sind, daß die zu verbindenden Blechteile (1, 2) mit ihrer Sichtseite (17, 18, 23) oberflächlich zueinander fluchten, und daß die Blechteile (1, 2) an den mittelbar an die Blechteile (1, 2) anschließenden, zweiten Flanschteilen (8, 11) miteinander verklebt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar an die zu verbindenden Blechteile (1, 2) angrenzenden ersten Flanschteile (7, 10) kleberfrei sind und daß die unmittelbar an die zu verbindenden Blechteile (1, 2) angrenzenden ersten Flanschteile (7, 10) eine elastische Anbindung des geklebten Flanschteiles (8, 11) an das zugehörige Blechteil (1, 2) bilden.

2. Klebeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtseiten (17, 18, 23) der Blechteile (1, 2) im Nahtverlauf aneinander anstoßen oder einen Abstand zueinander aufweisen.

3. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ersten Flanschteile (8, 11) berühren oder über ein elastisches Verbindungsmittel (16) miteinander verbunden sind.

4. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder die zwei­ ten Flanschteile (7, 10 und/oder 8, 11) entlang des Nahtverlaufes durchgehend ausgeführt sind.

5. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder die zwei­ ten Flanschteile (7, 10 und/oder 8, 11) entlang des Nahtverlaufes Unterbrechungen aufweisen.

6. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flanschteil (8, 11) sich spitzwinklig an das erste Flanschteil (7, 10) an­ schließt.

7. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff (13) ein Ein- Komponenten-Klebstoff, z. B. ein Rohbau-Klebstoff, ist.

8. Klebeverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff (13) wärmeaushärtbar ist.

9. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Naht (12) entlang einer von der Geraden abweichenden Linie, insbesondere einer Kurve oder Biegung, verläuft.