Verfahren zur Herstellung einer Hybridplatine und hieraus hergestelltes Blechformteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hybridplatine.

Die Erfindung betrifft ferner ein Blechformteil, wie insbesondere ein Karosseriebauteil, das aus einer Hybridplatine hergestellt wurde.

Aus dem Stand der Technik sind so genannte Tailored Blanks bekannt. Eine Tailored Blank ist eine aus mehreren miteinander gefügten Teilplatinen bzw. Blechstücken (insbesondere aus Stahlblechstücken unterschiedlicher Dicke und/oder Güte) gebildete Blechplatine, die im Weiteren durch Umformen, insbesondere durch Tiefziehen, zu einem gewichts- und belastungsoptimierten Blechformteil umgeformt wird. Im Stand der Technik sind die Teilplatinen typischerweise miteinander laserverschweißt, weswegen auch die Bezeichnung Tailored Welded Blanks üblich ist. Zum Stand der Technik wird stellvertretend auf die

DE 10 201 1 078 032 A1 , DE 10 201 1 101 586 A1 und DE 10 2009 053 534 A1 hingewiesen.

Aus dem Stand der Technik sind mittlerweile auch so genannte Hybridplatinen bekannt, bei denenr Blechstücke aus unterschiedlichen bzw. verschiedenen Grundwerkstoffen, bspw. Stahl und Aluminium, miteinander verschweißt sind, wobei sich solche Hybridplatinen wie konventionelle lasergeschweißte Stahlplatinen umformen lassen. Zum Stand der Technik wird bspw. auf die DE 10 2011 109 600 A1 hingewiesen.

Die Erfindung soll einen neuen Weg zur Herstellung von Hybridplatinen zum nachfolgenden Umformen aufzeigen.

Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Blechformteil, das durch Umformung einer erfindungsgemäß hergestellten Blechplatine hergestellt bzw. erzeugt wurde. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen

Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Hybridplatine umfasst zumindest folgende Schritte: - Positionieren (einschließlich Ausrichten) der entsprechend vorbereiteten und miteinander zu fügenden Teilplatinen, wobei diese entlang wenigstens eines vorgesehenen Fügeverlaufs mit Überlappung bzw. mit Überlappstoß angeordnet werden;

- Fügen der Teilplatinen entlang des Fügeverlaufs mittels Durchsetzfügen bzw. durch Erzeugen einer Durchsetzfügeverbindung; und anschließendes

- Verpressen der Teilplatinen entlang des Fügeverlaufs, insbesondere derart, dass die zuvor erzeugte Durchsetzfügeverbindung zwischen den Teilplatinen verdrückt bzw. verprägt und/oder verquetscht wird.

Unter Durchsetzfügen wird das Herstellen einer Fügeverbindung (Durchsetzfügeverbindung) durch lokales plastisches Verformen der Blechmaterialien mit Hinterschnittbildung und ohne Verwendung von Fügeelementen bzw. Fügehilfsteilen verstanden. Das Durchsetzfügen (auch als Clinchen bezeichnet) ist als solches aus dem Stand der Technik bekannt. Bevorzugt erfolgt das Durchsetzfügen im kalten Zustand, d. h. bei Raumtemperatur.

Der Fügeprozess des erfindungsgemäßen Verfahrens zur formschlüssigen Verbindung von Teilplatinen zu einer Hybridplatine umfasst demnach zwei Stufen bzw. Teilvorgänge, nämlich einen Durchsetz- bzw. Clinchfügevorgang und einen Verpressungsvorgang. Die Stufen bzw. Teilvorgänge können unmittelbar aufeinanderfolgend ausgeführt werden oder zeitlich und örtlich getrennt erfolgen. Die Blechdicken der verwendeten Teilplatinen können in einem Bereich von 0,3 mm bis 3,0 mm liegen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können bei vergleichsweise geringem Aufwand kostengünstig Hybridplatinen aus Teilplatinen artfremder Metallwerkstoffe, bspw. aus Stahl- und Aluminiumteilplatinen, hergestellt werden. Die verwendeten Teilplatinen können eine

Beschichtung, bspw. eine metallische Korrosionsschutzbeschichtung, aufweisen. Ferner können auch Teilplatinen verwendet werden, die aus nicht schweißbaren oder lötbaren Metallmaterialien, bspw. einer Magnesium-Knetlegierung, gebildet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt sowohl ohne Schweißverbindung als auch ohne Fügeelemente bzw.

Fügehilfsteile (durch die bspw. das zum späteren Umformen verwendete Umformwerkzeug beschädigt werden könnte) aus. Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Fügenaht zwischen Teilplatinen ist im hohen Maße korrosionssicher. Ferner können Schweißoder Lotspritzer nicht auftreten. Dies ist keine abschließende Aufzählung von Vorteilen, die mit der Erfindung einhergehen.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Teilplatinen im Hinblick auf den späteren Umform prozess umformfest aber nicht starr miteinander verbunden werden, so dass beim Umformen der Hybridplatine bedingte Relativbewegungen zwischen den Teilplatinen ermöglicht sind.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die zu fügenden Teilplatinen im Überlappungsbereich bzw. im Überlappstoß auch vollflächig miteinander verklebt werden. Der Klebstoff wird bevorzugt vor dem Positionieren der miteinander zu fügenden Teilplatinen auf wenigstens eine der

Teilplatinen (in einem dem Überlappungsbereich entsprechenden Flächenbereich) aufgetragen. Der Klebstoff bildet dann im Überlappungsbereich eine Klebstoffschicht aus, wodurch die erzielte Verbindungsfestigkeit erhöht wird. Ferner kann mit dem Klebstoff eine Isolation

(insbesondere zur Vermeidung elektrochemischer Korrosion durch galvanische Trennung) und/oder eine Abdichtung der Fügenaht erzielt werden. Anstelle eines Klebstoffs kann auch ein Dichtstoff verwendet werden.

Bevorzugt erfolgt das Verpressen der Teilplatinen entlang des Naht- bzw. Fügeverlaufs im erwärmten Zustand, wozu die durchsetzgefügten Teilplatinen vor und/oder beim Verpressen entlang des Fügeverlaufs lokal erwärmt werden. Dies kann auch als Warmverpressen bezeichnet werden. Durch das lokale Erwärmen können der Verformungswiderstand herabgesetzt und höhere Umformgrade erzielt werden. Eine Rissbildung oder Rissinitiierung wird vermieden. Ferner kann durch das Erwärmen eine Gefügeerholung eintreten. Zudem kann durch die Wärmezufuhr ein verwendeter Klebstoff ausgehärtet oder zumindest teilgehärtet (so genanntes Gelieren oder Angelieren) werden, wobei letzteres im Hinblick auf die oben erläuterte bedingte Relativbewegungen zwischen den Teilplatinen beim Umformen vorteilig ist. Die Erwärmungstemperatur kann im Bereich mehrerer Hundert Grad Celsius liegen.

Die beim Durchsetzfügen hergestellte Fügeverbindung (Durchsetzfügeverbindung) zwischen den Teilplatinen kann eine Vielzahl entlang des Naht- bzw. Fügeverlaufs angeordneter Fügepunkte (Clinchpunkte) umfassen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass beim

Durchsetzfügen der Teilplatinen entlang des Fügeverlaufs eine einzelne, ununterbrochene, linienförmige Durchsetzfügeverbindung (linienförmige Clinchverbindung) erzeugt wird. Um die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen, können auch mehrere eng nebeneinliegende linienförmige Durchsetzfügeverbindungen erzeugt werden.

Das Durchsetzfügen kann mit gegenüberliegenden Form- bzw. Profilwalzen erfolgen, wozu die Formwalzen und die zu fügenden Teilplatinen entlang des Fügeverlaufs eine Relativbewegung ausführen. Je nach Ausgestaltung der Formwalzen kann/können eine linienförmige

Durchsetzfügeverbindung oder einzelne Fügepunkte erzeugt werden. Das Durchsetzfügen kann mit einem Walzenpaar oder sukzessive mit mehreren Walzenpaaren erfolgen. Die Walzen können bspw. an den Rahmenschenkeln eines robotergeführten C-Bügels oder dergleichen angeordnet sein.

Das Verpressen und insbesondere Warmverpressen der durchsetzgefügten Teilplatinen kann mit gegenüberliegenden Presswalzen erfolgen, wobei die Presswalzen und die

durchsetzgefügten Teilplatinen entlang des Naht- bzw. Fügeverlaufs eine Relativbewegung ausführen. Das Verpressen kann mit einem Walzenpaar oder mit mehreren Walzenpaaren erfolgen. Die Walzen können bspw. an den Rahmenschenkeln eines robotergeführten C-Bügels oder dergleichen angeordnet sein.

Um ein Warmverpressen zu ermöglichen, können die Presswalzen beheizt sein, wozu diese bspw. eine elektrische Heizung aufweisen können. Andererseits kann vorgesehen sein, dass die durchsetzgefügten (und somit vorgefügten und zueinander fixierten) Teilplatinen direkt beim Verpressen zwischen den Presswalzen widerstandserwärmt werden, wobei die Presswalzen als Elektroden fungieren. Gleichzeitig mit dem Verpressen kann also eine Widerstandserwärmung über die Presswalzen erfolgen. Im Übrigen kann eine lokale Erwärmung der durchsetzgefügten Teilplatinen auch vor dem Verpressen erfolgen, bspw. mit einer vor den Presswalzen angeordneten induktiven Heiz- bzw. Erwärmungseinrichtung oder dergleichen.

Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hybridplatine ist dazu vorgesehen, nachfolgend durch Umformen und insbesondere durch Tiefziehen (in wenigstens einem pressengebunden und entsprechend ausgebildeten Werkzeug) zu einem Blechformteil weiterverarbeitet zu werden.

Ein erfindungsgemäßes Blechformteil ist hergestellt aus einer Hybridplatine, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt bzw. hergestellt wurde. Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Blechformteil um ein Karosseriebauteil für eine

Kraftfahrzeugkarosserie. Ein erfindungsgemäßes Blechformteil zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieses einstückig aus einer durchsetzgefügten bzw. geclinchten

Hybridplatine gebildet ist, welche zwei Teilplatinen aus artfremden Metallwerkstoffen umfasst, die in wenigstens einem überlappenden Verbindungsbereich mit einer verpressten

Durchsetzfügeverbindung gefügt sind, wobei die Teilplatinen im Überlappungs- bzw.

Verbindungsbereich vorzugsweise auch miteinander verklebt sind.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Blechformteils umfasst zumindest folgende Schritte:

- Positionieren der miteinander zu fügenden Teilplatinen, wobei diese entlang wenigstens eines vorgesehenen Fügeveriaufs mit Überlappung angeordnet werden; - Fügen der Teilplatinen entlang des Fügeverlaufs mittels Durchsetzfügen; und anschließendes

- Verpressen der durchsetzgefügten Teilplatinen entlang des Fügeverlaufs;

- Umformen der durch die vorausgehenden Schritte hergestellten Hybridplatine zu einem Blechformteil.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die schematischen und nicht maßstabsgerechten Figuren näher erläutert, wobei auch auf eine besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung eingegangen wird. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.

Fig. 1 veranschaulicht in zwei Einzeldarstellungen einen Durchsetzfügevorgang beim

Herstellen einer Hybridplatine.

Fig. 2 veranschaulicht in zwei Einzeldarstellungen einen Verpressungsvorgang beim

Herstellen einer Hybridplatine.

Fig. 3 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer Hybridplatine.

Der Fügeprozess des erfindungsgemäßen Verfahrens zur formschlüssigen Verbindung von Teilplatinen bei der Herstellung einer Hybridplatine für die weitere Verarbeitung zu einem Umformteil umfasst zwei Stufen bzw. Teilvorgänge (was auch als zweistufiger Fügeprozess bezeichnet werden kann), die nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Durchsetzfügevorgang, bei dem zwei Teilplatinen 110 und 120, die in einem Verbindungsbereich mit Überlappung bzw. einem Überlappstoß U angeordnet sind, mit Hilfe von zwei Formwalzen 210 und 220 entlang eines vorgesehenen Fügeverlaufs durch Herstellen bzw. Erzeugen einer ununterbrochenen, linienförmigen Durchsetzfügeverbindung V gefügt werden. (In analoger Weise können auch drei oder mehr Teilplatinen durchsetzgefügt werden.) Die obere Profilwalze 210 und die untere Profilwalze 220 führen hierbei eine Dreh- bzw.

Rotationsbewegung aus, wie mit den Drehpfeilen veranschaulicht. Die obere Teilplatine 1 10 ist bspw. aus einem Aluminiumblech, einem Magnesiumblech oder einem Sandwichblech (welches bspw. auch Kunststoff und insbesondere faserverstärkten Kunststoff aufweisen kann) gebildet. Die untere Teilplatine 120 ist bspw. aus einem Stahlblech gebildet. Zwischen den Teilplatinen 1 10 und 120 befindet sich ein Kleb- oder Dichtstoff 130. Beim Durchsetzfügen (d. h. beim Herstellen der Durchsetzfügeverbindung V) kommt es zu einer lokalen plastischen Verformung der Blechmaterialien mit Hinterschnittbildung, wie in Fig. 1 b gezeigt. Die korrespondierenden Profilwalzen 210/220 können relativ zu den zu fügenden Teilplatinen 1 10/120 bewegt werden, wozu diese bspw. in einem robotergeführten C-Bügel angeordnet sind. Alternativ können die zu fügenden Teilplatinen 1 10/120 relativ zu einem ortsfesten Walzenpaar 210/220 bewegt werden. (Gleiches gilt bezüglich der Fig. 2 und 3).

Fig. 2 zeigt einen Verpressungsvorgang, bei dem die gemäß Fig. 1 erzeugte

Durchsetzfügeverbindung V zwischen den Teilplatinen 1 10/120 mit Hilfe von zwei

gegenüberliegenden Presswalzen 310 und 320 verpresst wird. Durch das Verpressen wird die Verbindungsfestigkeit erhöht, indem die zuvor erzeugte Durchsetzfügeverbindung V verdrückt bzw. verprägt und dabei der Hinterschnitt verstärkt wird. Ferner kann die beim Durchsetzfügen an der Unterseite entstandene Überhöhung H reduziert werden (gegebenenfalls sogar auf Nullmaß, so dass die erzeugte Fügenaht keine Überhöhung mehr aufweist), was im Hinblick auf die nachfolgende Umformung der Hybridplatine vorteilhaft ist. Die korrespondierenden

Presswalzen 310/320 können beheizt sein oder sind bevorzugt als Elektroden zur lokalen Widerstandserwärmung der zwischen den Presswalzen 310/320 im Eingriff befindlichen Teilplatinen 1 10/120 ausgebildet (wie mit der Stromquelle und dem Stromflusspfeil I veranschaulicht), um ein Warmverpressen zu ermöglichen.

Abweichend zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit, bei der die Presswalzen 310/320 als Flachwalzen ausgebildet sind, können diese auch als Profilwalzen (ähnlich den in Fig. 1 gezeigten) ausgebildet sein. Anstelle der Walzenpaare 200 und 300 können im Übrigen auch andere geeignete Werkzeuge (jeweils mit Ober- und Unterwerkzeug) verwendet werden.

Fig. 3 veranschaulicht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Durchsetzfügevorgang und der Verpressungsvorgang unmittelbar aufeinanderfolgend und somit quasi in einem Arbeitsgang ausgeführt werden, wozu die entsprechenden Walzenpaare 200 und 300 nebeneinander bzw. in Reihe angeordnet sind. Die Bewegungsrichtung der zu fügenden Teilplatinen 1 10/120 relativ zu den Walzenpaaren 200 und 300 ist mit R angegeben. In der durch das Profilwalzenpaar 200 gebildeten ersten Prozessstufe bzw. Eingangsstufe erfolgt ein kontinuierliches mechanisches Durchsetzfügen der zueinander ausgerichteten Teilplatinen 1 10/120, wobei die Teilplatinen 1 10/120 mittels linienförmiger

Durchsetzfügeverbindung V zueinander fixiert werden. In der durch das Presswalzenpaar 300 gebildeten zweiten Prozessstufe bzw. Ausgangsstufe wird die in der ersten Stufe 200 kontinuierlich erzeugte Durchsetzfügeverbindung V nachträglich kontinuierlich verpresst (verpresste Durchsetzfügeverbindung V), wodurch die beim Durchsetzfügen überhöhte Gesamtdicke an der erzeugten Fügenaht wieder reduziert wird. Die hergestellte Hybridplatine ist mit 100 bezeichnet. Bezugszeichenliste

100 Hybridplatine

1 10 Teilplatine

120 Teilplatine

130 Klebstoff, Dichtstoff

200 Walzenpaar

210 Profilwalze

220 Profilwalze

300 Walzenpaar

310 Presswalze

320 Presswalze

H Überhöhung

I Strom

R Bewegungsrichtung

U Überlappungsbereich, Überlappstoß

V Durchsetzfügeverbindung, Fügenaht