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Die
Erfindung betrifft ein Verbundbauteil aus einem ersten und einem zweiten
Blechbauteil, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
Verbundbauteils.
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Insbesondere
bei der Leichtbauweise im Kraftfahrzeugbau werden zunehmend Verbundbauteile
eingesetzt, welche aus zwei Blechbauteilen bestehen, wobei diese
Blechbauteile aus unterschiedlichen Metalllegierungen gefertigt
sind. Von besonderer Bedeutung ist hier der Verbund von Stahlbauteilen
mit Leichtmetallbauteilen, insbesondere solchen aus Aluminium oder
Aluminiumlegierungen. Bei der Verbindung solcher Teile ergibt sich
nun das Problem, dass die unterschiedlichen Metalllegierungen unterschiedliche
Standardelektrodenpotentiale aufweisen. Beim Zutritt von Feuchtigkeit
kann sich somit eine kurz geschlossene elektrochemische Zelle ausbilden,
wodurch es zu einem Elektronenfluss zwischen den beiden Materialien
kommt, was letztlich zu einer Oxidation oder Hydroxidbildung des
unedleren Metalls führt.
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Um
eine derartige elektrochemische Korrosion zu vermeiden, werden solche
Bauteile aus unterschiedlichen Metallen in der Regel entweder über ein Adapterbauteil
verbunden, um einen direkten elektrochemischen Kontakt zu vermeiden,
oder mit Hilfe eines Klebstoffs gegeneinander abgedichtet, so dass keine
Feuchtigkeit hinzutreten kann, welche die Ausbildung einer elektrochemischen
Zelle erst ermöglicht.
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Die
Verwendung von Adapterbauteilen verringert dabei den zur Verfügung stehenden
Bauraum und benötigt
zusätzliche
Fügeoperationen,
was den Fertigungsprozess des Verbundbauteiles prozesstechnisch
aufwendiger und teurer macht. Auch der Einsatz von Klebstoffen zur
Abdichtung der beiden Bauteile gegeneinander ist mit Nachteilen
behaftet. Insbesondere wird durch die Verwendung von Klebstoffen
die konstruktive Gestaltungsfreiheit stark eingeschränkt. Flanschbereiche
müssen
beispielsweise verlängert
werden, um neben dem eigentlichen Fügeflansch einen Abdichtflansch
zur Verfügung
zu stellen. Weiterhin werden die möglichen Fügerichtungen eingeschränkt. Insbesondere
ein Aufschieben der Blechbauteile gegeneinander ist bei der Applikation
von Klebeverbindungen nicht möglich,
da durch ein solches Aufschieben eine vorher angebrachte Kleberaupe
abgeschert werden würde.
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Der
Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil aus
zwei Blechbauteilen, welche aus unterschiedlichen Metalllegierungen
gefertigt sind, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen,
welches einfach durchzuführen
und kostengünstig
ist, sowie den verfügbaren
konstruktiven Gestaltungsspielraum nicht einschränkt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
9 gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Verbundbauteil
aus einem ersten und einem zweiten Blechbauteil, welche aus unterschiedlichen
Metalllegierungen bestehen und in zumindest einem Überlappungsbereich flächig überlappend
angeordnet sind, zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Teilbereich
des Überlappungsbereiches
der beiden Blechbauteile eine Kunststofffolie zwischen diesen Blechbauteilen
angeordnet ist. Eine solche Kunststofffolie trennt die beiden Blechbauteile
effizient voneinander, ohne dadurch nennenswerten Bauraum zu beanspruchen. Sie
vereinigt gleichsam die Eigenschaften eines Adapterbauteils und
einer abdichtenden Verklebung, vermeidet jedoch die eingangs genannten
Nachteile beider Methoden. Das Aufbringen einer solchen Kunststofffolie
ist weiterhin in einem automatisierten Prozess möglich, was die Herstellung
eines solchen Verbundbauteils weiter vereinfacht und kostengünstiger
gestaltet.
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Es
ist dabei besonders vorteilhaft, die Kunststofffolie zumindest einseitig
mit einer Haftschicht zu versehen. Dadurch wird eine verbesserte
Abdichtung der Bauteile gegeneinander erzielt und die Herstellung
des Verbundbauteils vereinfacht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Überlappungsbereich
des ersten und zweiten Blechbauteils zumindest bereichsweise einen
Flansch. Damit wird eine Abdichtung bzw. Trennung der beiden Bauteile
in einem mechanisch besonders beanspruchten und auch für Zutritt von
Feuchtigkeit besonders anfälligen
Bereich erzielt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht das erste Blechbauteil aus einer Stahllegierung.
Solche Legierungen finden im Kraftfahrzeugbau bei Bauteilen Anwendung, welche
besonders hohen mechanischen Beanspruchungen unterliegen. Das zweite
Blechbauteil besteht dabei bevorzugter Weise aus einem Leichtmetall
oder einer Leichtmetalllegierung. Solche Blechbauteile werden wiederum
an Stellen angewendet, wo eine Gewichtsreduktion bei gleichzeitigem
Verlust mechanischer Festigkeit in Kauf genommen werden kann. Als
Leichtmetalle oder Leichtmetalllegierungen finden dabei insbesondere
Aluminium und Magnesium, sowie deren Legierungen Anwendung.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist im Überlappungsbereich
des ersten und zweiten Blechbauteils eine Fügeverbindung zwischen den Blechbauteilen
vorgesehen. Gerade im Bereich von Fügeverbindungen ist eine gute Abdichtung,
beziehungsweise Isolierung der beiden Blechbauteile gegeneinander
besonders dringend nötig.
Gerade bei durchsetzenden Fügeverfahren, wie
z. B. dem Nieten besteht ein besonderes Korrosionsrisiko, welches
durch eine zusätzliche
Abdichtung dieses Bereiches verringert wird. Daher ist die Fügeverbindung
besonders bevorzugter Weise im Bereich der Kunststofffolie angeordnet.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines
solchen Verbundbauteiles, bei dem zunächst eine Kunststofffolie an
zumindest einem Teilbereich des ersten Blechbauteils angeordnet wird.
Im nächsten
Verfahrensschritt wird das zweite Blechbauteil derart angeordnet,
dass ein Teilbereich des zweiten Blechbauteils in einem Überlappungsbereich
zumindest einen Teilbereich des ersten Blechbauteils und zumindest
einen Teilbereich der Kunststofffolie überlappt. Anschließend werden
die beiden Blechbauteile in diesen Überlappungsbereich gefügt.
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Dieses
Verfahren ermöglicht
eine besonders einfache Herstellung eines solchen Verbundbauteils im
Vergleich zum Stand der Technik. Gegenüber der Verwendung von Adapterbauteilen
sind weniger Verfahrensschritte nötig, wobei zusätzlich Bauraum
eingespart wird. Gegenüber
der Verwendung von Klebeabdichtungen besteht ein größerer konstruktiver
Freiraum. Insbesondere sind die beim Kleben auftretenden Beschränkungen
der Fügerichtung
durch ein mögliches
Abscheren der Kleberaupe bei einem solchen Verfahren kein Problem.
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Das
Fügen der
beiden Blechbauteile im letzen Verfahrensschritt erfolgt dabei besonders
bevorzugter Weise durch Nieten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird beim Anordnen des zweiten Blechbauteils dieses
auf den Überlappungsbereich
des ersten Blechbauteils aufgeschoben. Dies ermöglicht ein Herstellen eines
solchen Verbundbauteiles auch bei komplex geformten Teilen, bei
denen die Zugänglichkeit
des Überlappungsbereiches
eingeschränkt
ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird die Folie in zumindest einem Teilbereich eines
Flansches des ersten Blechbauteils angeordnet. Wie bereits geschildert,
ist aufgrund der hohen Belastungen in solchen Flanschbereichen eine
effiziente Abdichtung bzw. Isolierung der beiden Blechbauteile gegeneinander
dort besonders wünschenswert.
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Weiterhin
ist es besonders vorteilhaft, eine Kunststofffolie zu verwenden,
welche zumindest auf einer Seite eine Haftschicht aufweist. Damit
wird einerseits ein effizienter Kontakt zwischen der Kunststofffolie
und dem auf Seite ihrer Haftschicht gelegenen Blechbauteil sichergestellt.
Zum anderen wird, insbesondere wenn die Haftschicht auf das erste Blechbauteil
aufgebracht wird, ein sicheres Aufschieben des zweiten Blechbauteils
auf den Überlappungsbereich
der beiden Bauteile ermöglicht,
ohne dass die Kunststofffolie dabei verschoben oder anderweitig
aus ihrer Sollposition entfernt wird.
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Im
Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen
näher erläutert werden,
wobei
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1 die
Anbindung eines Aluminiumaußenbeplankungsteils
an einen aus Stahlschalen gefertigten Längsträger nach dem Stand der Technik,
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2 die
gleiche Anbindung unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils,
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3 einen
Schnitt durch eine A-Säule
mit einem erfindungsgemäßen Stahl-Aluminium-Verbundteil
und
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4 einen
Schnitt durch eine B-Säule
im Bereich der Türschlossanbindung
mit einem erfindungsgemäßen Stahl-Aluminium-Verbundteil
darstellt.
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1 zeigt
einen mit 10 bezeichneten Längsträger für einen Kraftwagen, beispielsweise
einen Dachlängsträger oder
einen Schweller, welcher aus zwei Stahlschalen 12 und 14 gefertigt
ist. Die Stahlschalen sind dabei über zwei Flanschbereiche 16 und 18 miteinander
verbunden. An die Stahlschale 14 ist ein Außenbeplankungsteil 20 aus
Aluminium angebunden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um
eine Schwellerverkleidung oder eine Dachrahmenverkleidung. Um eine
elektrochemische Korrosion durch die Wechselwirkung der Stahlschale 14 mit dem
Aluminiumbauteil 20 zu vermeiden, sind die Randbereiche
des Aluminiumbauteils 20 durch Klebenähte 22 und 24 abgedichtet,
so dass keine Feuchtigkeit eintreten kann und somit die Bildung
einer elektrochemischen Zelle zwischen den Bauteilen 20 und 14 vermieden
wird. Die Klebenaht 22 schließt dabei direkt an den Flansch 18 zwischen
den Stahlschalen 12 und 14 an. Da im Bereich der
Klebenaht 22 kein direktes Fügen möglich ist, muss der Flanschbereich 18 zwischen
den Stahlschalen 12 und 14 verlängert werden,
so dass sich ein Dichtungsflansch 26 von einem Fügeflansch 28 absetzt. Die
Notwendigkeit eines ausgedehnten Dichtungsflansches erhöht dabei
den erforderlichen Bauraum der Gesamtanordnung und schränkt die
konstruktive Freiheit bei der Verwendung solcher Bauteile ein.
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In 2 ist
die gleiche Anordnung gezeigt, bei der nun allerdings ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil 30 zum
Einsatz kommt. Das Verbundbauteil 30 besteht dabei aus
dem Aluminiumaußenbeplankungsteil 20 und
der einen Stahlschale 14. Im Bereich des Flansches 18,
an welchem die Stahlschalen 12 und 14 miteinander
gefügt
werden, erfolgt eine Abdichtung des Aluminiumbauteils 20 von
der Stahlschale 14 durch eine Kunststofffolie 32.
Der zweite Endbereich des Aluminiumbauteils 20 ist wie dem
Stand der Technik entsprechend durch eine Klebeverbindung 24 gegen
die Stahlschale 12 abgedichtet. Die Verwendung der Kunststofffolie 32 reduziert nun
den nötigen
Bauraum für
den Dichtungsflansch 26 beträchtlich. Damit wird natürlich auch
die Gesamtlänge
des Flansches 18 reduziert und der von der gesamten Anordnung
benötigte
Bauraum verringert. Selbstverständlich
ist auch am zweiten Endbereich des Aluminiumbauteils 20 eine
Abdichtung durch eine Kunststofffolie anstelle der Klebeverbindung 24 möglich. Im
gezeigten Beispiel besteht hierzu allerdings keine Notwendigkeit,
da weder die Fügerichtung
entlang des Pfeiles 34, noch der Bauraumbedarf der Verwendung
einer Klebenaht 24 in diesem Bereich entgegensteht.
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In 3 ist
mit einem Schnitt durch eine A-Säule,
welche hier insgesamt mit 40 bezeichnet wird, eine weitere
Anwendung eines solchen Verbundbauteiles gezeigt. Das Verbundbauteil 42 bildet dabei
die eigentliche Säule,
welche eine innere Stahlschale 44, sowie eine äußere Stahlschale 46 umfasst,
welche in den Flanschbereichen 48 und 50 zusammengefügt sind.
Im Bereich der Flansche 50 und 48 ist weiterhin
ein ebenfalls aus Aluminium gefertigtes Außenbeplankungsteil 56 angebunden
und jeweils eine Kunststofffolie 52 und 54 gegen
die Stahlschale 46 isoliert. Die Verwendung der Folien 52 und 54 im
Bereich der Flansche 48 und 50 macht hier die Ausbildung
eigener Dichtungsflansche unnötig.
Das Fügen
der Blechschalen 44 und 46 erfolgt dabei direkt
durch die Folien 52 und 54 hindurch, bevorzugter Weise
durch das Setzen von Nieten. Auch das Außenbeplankungsteil 56 kann
direkt in diesem Bereich angefügt
werden, ohne die Dichtungsqualität,
die durch die Folien 52 und 54 erzielt wird, zu
reduzieren.
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4 zeigt
als weitere Anwendung eines solchen Verbundbauteils einen Schnitt
durch eine B-Säule
eines Kraftwagens im Bereich einer Türschlossanbindung. Die B-Säule in ihrer
Gesamtheit wird hierbei mit 60 bezeichnet. Das Verbundbauteil 62 umfasst
im gezeigten Beispiel ein Außenbeplankungsteil 64 aus
Aluminium sowie ein an der Höhe der
Türschlossanbindung
durchbrochenes, als Stahlblechteil gefertigtes Verstärkungsteil 66.
Im Überlappungsbereich
zwischen den Blechen 64 und 66 sind wiederum Kunststofffolien 68 angeordnet.
Das Verstärkungsteil 66 ist
dabei im gleichen Bereich wiederum an eine aus Stahlblech gefertigte
Säulenschale 70 angebunden.
Eine weitere Verbindung zwischen dem Verstärkungsteil 66 und
der Säulenschale 70 besteht
in einem zweiten Flanschbereich 72. Das Verstärkungsteil 66 dient
dabei der Verbesserung der Sicherheit der gezeigten Säule im Falle
eines Seitenaufpralls. Im Bereich zweier Flansche 74 und 76 ist schließlich die
Säulenschale 70 an
eine zweite ebenfalls aus Stahlblech gefertigte Säulenschale 78 angefügt. In der
gezeigten Ausführungsform
ist eine Verwendung von Klebstoff zur Abdichtung der Außenbeplankung 64 gegen
das Verstärkungsteil 66 grundsätzlich nicht
möglich,
da ein Fügen
der Teile aus Bauraumgründen
in Richtung des Pfeiles 80 erfolgt. Eine Kleberaupe zur
Abdichtung der Teile gegeneinander würde daher beim Aufschieben
des Außenbeplankungsteiles 64 auf
das Verstärkungsteil 66 abgeschert
werden, wodurch keine hinreichende Dichtungsqualität gewährleistet
wäre. Weiterhin
ist die Verwendung des gezeigten Verbundbauteiles in diesem Anwendungsbeispiel
besonders vorteilhaft, da aufgrund der später erfolgenden Anbindung eines Türschlosses
im Bereich 82 ein Kontakt zwischen den Bauteilen zwingend
nötig ist.
Durch die Verwendung der Kunststofffolien 68 kann dieser
Kontakt ohne den Einsatz eines Adapterteils besonders bauraumsparend
realisiert werden.
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Selbstverständlich ist
der Einsatz solcher mit Kunststofffolien verbundener Verbundbauteile
aus zwei Blechbauteilen nicht auf die gezeigten Anwendungsbeispiele
beschränkt.
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- 10
- Längsträger
- 12,
14
- Stahlschalen
- 16,
18, 48, 50, 72, 74, 76
- Flanschbereiche
- 20,
56, 64
- Aluminiumbauteile
- 22,
24
- Klebeverbindungen
- 26
- Dichtungsflansch
- 28
- Fügeflansch
- 30,
42
- Verbundbauteile
- 32,
52, 54, 68
- Kunststofffolien
- 34,
80
- Pfeile
- 40
- A-Säule
- 44
- Stahlschale
- 46
- Aluminiumschale
- 60
- B-Säule
- 62
- Verbundbauteil
- 66
- Verstärkungsteil
- 70,
78
- Säulenschalen
- 82
- Bereich