Falzformwerkzeug, Falzformeinrichtung, Verfahren zur Herstellung einer Falzklebeverbindung und Fahrzeug mit Falzklebeverbindung

Die Erfindung betrifft ein Falzformwerkzeug, eine Falzformeinrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer Falzklebeverbindung und Fahrzeug mit Falzklebeverbindung.

Falzklebeverbindungen werden eingesetzt, um beispielsweise zwei Bauteile miteinander zu verbinden. Hierzu wird ein randseitiger Flansch eines Außenblechs über den Randbereich eines Innenblechs umgelegt. Dies kann beispielsweise mittels Rollbördeln erfolgen, wozu eine Bördelrolle entlang des zu bördelnden Bauteils geführt wird und den Flansch in Richtung auf Außenblech umbiegt. Zur Erzielung hoher Verbindungsfestigkeiten wird vor dem Falzen zusätzlich ein Klebstoff im Bereich der Falzverbindung zwischen den Bauteilen eingesetzt, der die im Fügeprozess entstehende Falznaht ausfüllt. Die Verklebung erhöht signifikant die Festigkeit und Steifigkeit der Baugruppe.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung durch Rollbördeln sowie eine hierzu geeignete Bördelvorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2006 010469 A1 bekannt. Die Bördelvorrichtung weist ein Bördelbett zur Aufnahme eines Werkstücks auf, sowie einen Industrieroboter, der an seiner Hand ein Bördelwerkzeug mit mindestens einer Bördelrolle trägt. Das Umbördeln erfolgt in mehreren Bördelschritten, hierbei wird als Vorbördelrolle eine Rolle in Form eines Kegels oder Kegelstumpfs verwendet. Als Fertigbördelrolle zum Schließen des Bördelfalzes wird entweder dieselbe Bördelrolle oder eine Bördelrolle mit zylindrischer Form verwendet. Wird eine derartige Bördelvorrichtung zur Erzeugung einer Falzklebeverbindung bei Fahrzeugbauteilen verwendet, so wird beim Schließen des Bördelfalzes das Außenblech auf das Innenblech gedrückt. Hierbei bildet sich ein düsenförmiger Spalt, aus dem der Klebstoff mit sehr hoher Geschwindigkeit austritt und die Bauteile verschmutzt. Der Randbereich der Bauteile ist üblicherweise durch eine Schnittoperation bearbeitet, wodurch die Bauteilkanten ohne Korrosionsschutz und somit korrosionsanfällig sind. Um hier dennoch einen ausreichenden Korrosionsschutz zu erzeugen, kann es vorgesehen werden, die Bauteilkanten nachträglich mit einer PVC-Versiegelung als Korrosionsschutzzu versehen. Dies ist aufwendig und teuer. Zudem tendieren solche PVC-Versiegelungen zu Lufteinschlüssen, die eine Nacharbeit erfordern. Solche versiegelten Falzklebeverbindungen genügen nicht den optischen Anforderungen an ein Außenhautbauteil.

Weiterhin gibt es Bestrebungen Falzklebeverbindungen, die im Sichtbereich einer Fahrzeugkarosserie angeordnet sind, mit einer derart hohen Oberflächengüte ausbilden zu können, dass eine Verkleidung bzw. Kaschierung der Falzklebeverbindung unterbleiben kann. Hierbei ergibt sich die zusätzliche Herausforderung, dass der Bauraum bei komplex geformten Fahrzeugbauteilen, wie zum Beispiel einem Seitenrahmen, beschränkt ist und die Falzklebeverbindung an schwer zugänglichen Stellen ausgebildet werden muss.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung eine Lösung anzugeben, wie eine Falzklebeverbindung mit verbesserter Oberflächengüte ausgebildet werden kann. Die Lösung soll insbesondere auch bei beschränktem Bauraum anwendbar sein. Insbesondere soll der Korrosionsschutz auf einfache Art und Weise verbessert werden. In einem weiteren Aspekt soll die Lösung großserientauglich sein.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Falzformwerkzeug nach Patentanspruch 1 , eine Falzformeinrichtung nach Patentanspruch 10, ein Verfahren nach Patentanspruch 12 und ein Fahrzeug nach Patentanspruch 16. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird ein Falzformwerkzeug angegeben mit einem Grundkörper mit einer Längsachse. Der Grundkörper kann ein oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Grundkörper dient vorzugsweise zur Befestigung des Falzformwerkzeugs an einem Industrieroboter und kann entsprechend eingerichtet sein. Das Falzformwerkzeug weist weiterhin eine Wirkfläche auf, die eingerichtet ist um einen von einem Blech abgekanteten Flansch durch Bewegen des Falzformwerkzeugs in eine Arbeitsrichtung in Richtung der Längsachse entlang des Flansches auf das Blech umzulegen. Hierzu erstreckt sich die Wirkfläche in Richtung der Längsachse des Grundkörpers. Die Wirkfläche ist als Schraubfläche ausgestaltet, die durch das Verschrauben einer Geraden um eine gerade oder eine gebogene Schraubachse erzeugt wird, wobei die Gerade die Schraubachse - in Arbeitsrichtung des Falzformwerkzeugs betrachtet - unter einem spitzen Winkel schneidet.. In Arbeitsrichtung des Falzformwerkzeugs betrachtet, ist die Gerade unter einem spitzen Winkel zur Schraubachse geneigt, wodurch der äußerste Punkt der Gerade gegenüber einem inneren Punkt der Geraden in Schraubrichtung zurückversetzt ist. Ein auf der Geraden angeordneter und senkrecht von der Schraubfläche wegweisender Vektor zeigt dann von der Schraubachse weg in den Raum hinein. Dieser Vektor entspricht dem Kraftvektor, welcher bei der Benutzung des Werkzeugs auf den umzubiegenden Flansch einwirkt. Durch eine derartig ausgestaltete Schraubfläche ist sichergestellt, dass der Kraftvektor immer nach außen und damit in Richtung der Beschnittkante weist. Hieraus resultiert ein laminarer Klebstoffaustritt an der Beschnittkante. Beispielsweise liegt der Neigungswinkel, unter dem die Gerade die Schraubachse schneidet, im Bereich von 20 bis 70 Grad und insbesondere im Bereich von 50 bis 70 Grad und besonders bevorzugt bei 60°. Zur Erzeugung der Schraubfläche wird die Gerade um einen vorgegebenen Drehwinkel um die Schraubachse verschraubt. Als Drehwinkel wird dabei der Winkel bezeichnet, um den die Schraubfläche bzw. Wirkfläche in ihrem Verlauf, d.h. von Anfang der Wirkfläche bis zum Ende der Wirkfläche verschraubt ist. Der Drehwinkel gibt somit die Winkeländerung vor, welche der Flansch durch das Formwerkzeug erfährt.

Die Schraubachse kann eine Gerade sein. Dann verläuft sie vorzugsweise parallel zur Längsachse des Grundkörpers. Die Schraubachse kann auch ein-, zwei- oder dreidimensional gebogen sein. Beispielsweise kann die Schraubachse ein Kreisbogensegment sein oder einen sich ändernden Biegeradius aufweisen. Durch die Biegung der Schraubachse kann eine äußere Form des zu bearbeitenden Blechs auf- gegriffen werden, wodurch das Resultat des Falzformvorgangs verbessert wird. Beispielsweise kann der Radius des Kreisbogensegments dem mittleren Radius eines Bauteilverlaufs entsprechen.

Zur Herstellung der Falzverbindung wird das Falzformwerkzeug in Anlage mit dem umzuformenden Werkstück gebracht, wobei die Wirkfläche gegen den Flansch drückt. Das Falzformwerkzeug wird in Richtung seiner Längsachse entlang des Flansches geführt, wobei die Wirkfläche den Flansch kontinuierlich in Richtung auf das Innenblech umbiegt. Die Richtung, in der das Falzformwerkzeug hierbei verschoben wird, wird als Arbeitsrichtung bezeichnet. Der Flansch erfährt während des Verformens eine kontinuierliche Winkeländerung, wobei sich tangentiale Ein- und Auslaufbedingungen für das Blech ergeben. Durch den Drehwinkel der Wirkfläche kann dabei auf einfache Art und Weise definiert werden, wie weit der Flansch mit einer einzigen Überfahrt mit dem Falzformwerkzeug umgebogen wird. Es versteht sich von selbst, dass die Drehrichtung der Schraubfläche entsprechend der vorzunehmenden Umformung des Bleches gewählt ist. Die Wirkfläche kann beispielsweise um einen Drehwinkel im Bereich von 30 bis 90 Grad, oder im Bereich von 45 bis 90 Grad oder im Bereich von 70 bis 179 Grad verwunden sein.

Durch die Verwendung einer wie voranstehend beschriebenen Schraubfläche als Wirkfläche wird auch folgender technischer Effekt erzielt: bei einem herkömmlichen Falzvorgang mit einer Bördelrolle ist der Radius der Bördelrolle mit entscheidend für die optische Qualität der Falzverbindung. Vereinfacht lässt sich sagen je größer der Radius der Bördelrolle umso geringer ist die resultierende Welligkeit im umgelegten Flansch. Die Erfindung macht sich nun die Idee zu Nutze, dass durch die Ausgestaltung der Wirkfläche als voranstehend beschriebene Schraubfläche ein Kontakt zum Flansch realisiert werden kann, der einer Bördelrolle mit sehr großem Radius entspricht, zum Beispiel von mehr als 60 mm. Die Länge der Wirkfläche hat dabei einen Einfluss auf die Größe eines äquivalenten Rollendurchmessers und wird entsprechend gewählt. Vorteilhafterweise benötigt das erfindungsgemäße Falzformwerkzeug keine rotationssymmetrische Ausgestaltung, anders als herkömmliche Bördelrollen. Somit kann das Falzformwerkzeug sehr viel kleiner, insbesondere mit einer geringeren Aufbauhöhe ausgebildet sein, wobei gleichzeitig eine hervorragende optische Qualität der Falzverbindung erzielbar ist.

Während der Flanschabschnitt entlang der Wirkfläche geführt wird, wirkt diese mit einer Anpresskraft auf den Flansch ein. Durch die Ausgestaltung als voranstehend beschriebene Schraubfläche wird nun weiterhin erreicht, dass der lokal durch die Wirkfläche aufgebrachte Kraftvektor immer in Richtung der Beschnittkante des Flansches zeigt. Hierdurch wird der in der Falzverbindung angeordnete Klebstoff gleichmäßig in Richtung der Beschnittkante des Flansches ausgestrichen und tritt eher laminar strömend aus. Die Beschnittkante kann durch den austretenden Klebstoff vorzugsweise mit in die Falzklebeverbindung eingebunden werden. Der austretende Klebstoff zeichnet sich durch eine homogene Kammlinie aus. Austretender Klebstoff lagert sich nahe der Flanschkante an und bedeckt vorzugsweise die Stirnseite des Flansches. Hierdurch wird nicht nur eine hohe Qualität der Falzklebeverbindung erzielt, sondern zudem ein Korrosionsschutz der beschnittenen Kante im selben Verfahrensschritt ausgebildet.

Während des Umlegens des Flansches folgt dieser der Form der voranstehend beschriebenen Schraubfläche und das Material erfährt eine Streckung insbesondere an der Beschnittkante. Das Ausmaß der auftretenden Materialstreckung wird durch die Steigung der Wirkfläche beeinflusst, welche sich aus der Wirkflächenlänge, dem Drehwinkel und der Breite des Flansches ergibt. Eine zu groß gewählte Steigung würde eine übermäßige Materialstreckung und damit eine Welligkeit der Falzverbindung bzw. eine Selbsthemmung des Werkzeugs bewirken. Für eine kompakte Bauweise des Werkzeugs sollte die Steigung jedoch nicht zu gering gewählt werden. Der Fachmann kann - ausgehend von der individuellen Fügesituation - geeignete Steigungen auswählen. In Versuchen hat sich für eine Flanschbreite von 10 mm und einen Drehwinkel von 90 Grad beispielsweise als zielführend herausgestellt, wenn die Wirkflächenlänge 60 mm beträgt. Bei einer Flanschbreite von 15 mm und einem Drehwinkel von 90 Grad hat sich eine Wirkflächenlänge von 90 mm als zielführend gezeigt. In einer Ausgestaltung weist das Falzformwerkzeug zwei gegenläufige Wirkflächen auf, die in Richtung der Längsachse hintereinander angeordnet sind. Jede der Wirkflächen ist als voranstehend beschriebene Schraubfläche ausgestaltet. Entlang der Längsachse betrachtet weist also eine Wirkfläche einen rechtsdrehenden Verlauf auf und die andere Wirkfläche einen linksdrehenden Verlauf. Mit einem derartigen Falzformwerkzeug kann in beide Richtungen gearbeitet werden, so dass die Einsatzmöglichkeiten des Werkzeugs vergrößert werden.

In einer Ausgestaltung ist die Wirkfläche als eine zum Grundkörper feststehende Fläche ausgebildet. Vorzugsweise kann die Wirkfläche Teil des Grundkörpers sein und beispielsweise eine Oberfläche des Grundkörpers sein. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders kostengünstig herstellbar. In dieser Ausgestaltung gleiten Flansch und Wirkfläche aneinander entlang. Zur Reduzierung von Welligkeiten im umgeformten Flansch kann die Wirkfläche zusätzlich mit einer haftreibungsverringernden Substanz beschichtet bzw. benetzt sein.

In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Wirkfläche zwei oder mehr Rollen, insbesondere eine Vielzahl von Rollen, die drehbar in dem Grundkörper angeordnet sind. Hierdurch wird die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück während der Umformung reduziert. Die Rollen können vorzugsweise als Nadelrollen ausgebildet sein, beispielsweisein Form von zylinderförmigen Metallstiften, die in entsprechenden Vertiefungen des Grundkörpers aufgenommen sind und um ihre Längsachse drehbar sind. Nadelrollen bieten eine hohe Belastbarkeit bei gleichzeitig geringer Aufbauhöhe. Die Wirkfläche kann ausschließlich durch die Rollen bzw. Nadelrollen gebildet werden, dann kommen während der Umformung des Flansches lediglich die Rollen- bzw. Nadelrollenflächen mit diesem in Kontakt. Die Rollen bzw. Nadelrollen können alternativ auch gemeinsam mit einer Oberfläche des Grundkörpers die Wirkfläche bilden.

Vorzugsweise ist jede Rolle bzw. Nadelrolle mit ihrer Drehachse um einen Winkel gegenüber der Längsachse des Grundkörpers geneigt angeordnet. In einer Ausgestaltung sind die Winkel einheitlich für alle Rollen bzw. Nadelrollen einer Wirkfläche. In einer alternativen Ausgestaltung weisen die Drehachsen der Rollen bzw. Nadelrollen unterschiedliche Winkel gegenüber der Längsachse des Grundkörpers auf, die im Verlauf der Wirkfläche kleiner werden. Der Verlauf der Wirkfläche soll dabei durch die Richtung definiert sein, in der das Falzformwerkzeug zum Umlegen des Falzes geführt wird. Mit anderen Worten gesagt, können die Drehachsen der Rollen bzw. Nadelrollen beispielsweise zueinander verschränkt sein. Durch die immer flacher zur Längsachse angestellten Rollen bzw. Nadelrollen ändert sich auch der Vektor, mit dem der Klebstoff in Richtung auf die Beschnittkante geschoben wird, so dass der Klebstoffaustritt gezielt eingestellt werden kann.

Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn der Winkel, um den die Drehachsen der Rollen bzw. Nadelrollen gegenüber der Längsachse des Grundkörpers geneigt sind, in einem Bereich von 20° bis 90° oder in einem Bereich von 35° bis 55° liegt.

Das Falzformwerkzeug kann weiterhin eine Anlagefläche zur Anlage an dem umzubiegenden Flansch aufweisen. Die Anlagefläche ist vorzugsweise gewinkelt zur Wirkfläche angeordnet. Zum Umlegen des Flansches wird das Falzformwerkzeug beispielsweise mit der Anlagefläche an die Flanschkante herangeführt und in Kontakt mit dieser gebracht. Dann wird das Falzformwerkzeug in Richtung seiner Längsachse entlang der Flanschkante geführt, wobei der Kontakt zwischen Anlagefläche und Flanschkante aufrechterhalten wird. So wird auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Führung des Falzformwerkzeug realisiert, wodurch die Prozess- Wiederholgenauigkeit gesteigert werden kann.

Weiterhin wird eine Falzformeinrichtung angegeben mit einer Fixiervorrichtung, die zur Fixierung eines Außenblechs mit einem Flansch und eines Innenblechs eingerichtet ist, und einem mehrachsigen Manipulator, der an seiner Hand ein erfindungsgemäßes Falzformwerkzeug trägt. Die Falzformeinrichtung ist weiterhin dazu eingerichtet, das Falzformwerkzeug entlang einer vorgegebenen Strecke zu verfahren. Vorzugsweise wird das Falzformwerkzeug entlang des Flansches des Außenblechs verfahren und biegt diesen in Richtung auf das Außenblech um. Hierzu weist die Falzformeinrichtung beispielsweise eine Steuereinrichtung auf, die programmiert ist um das Falzformwerkzeug in geeigneter Weise zu positionieren und zu bewegen. Die Fixiervorrichtung kann beispielsweise als Niederhalter ausgebildet sein, der während des Falzverfahrens relativ zum Außenblech und Innenblech stillsteht.

Alternativ kann die Fixiervorrichtung auch mit dem Falzformwerkzeug mitbewegt werden und die Bauteile so in unmittelbarer Nähe zur Bearbeitungsstelle fixieren. Bei einer derartigen Lösung umfasst die Fixiervorrichtung beispielsweise ein an dem Falzformwerkzeug angeordnetes Anpresselement, beispielsweise eine Druckrolle oder eine Schleifkuve. Dieses Anpresselement wird von dem Manipulator gemeinsam mit dem Falzformwerkzeug mitbewegt und presst Innenblech und Außenblech aufeinander.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Falzklebeverbindung angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte: -Bereitstellen eines Außenblechs mit einem Flansch,

- Anordnen zumindest eines Randbereichs eines Innenblechs auf dem Außenblech,

- Anordnen eines Klebstoffes an dem Randbereich des Innenblechs und

- Umlegen des Flansches über den Randbereich des Innenblechs, wozu ein voranstehend beschriebenes Falzformwerkzeug mit seiner Wirkfläche in Anlage mit dem Flansch des Außenblechs gebracht und in Richtung seiner Längsachse entlang des Flansches bewegt wird.

Der Flansch ist vorzugsweise ein gegenüber dem restlichen Außenblech abgekanteter Abschnitt, der typischerweise um im Wesentlichen 90 Grad abgekantet ist. Andere Abkantwinkel sind jedoch ebenso möglich. Dieser Flansch wird in dem Verfahren weiter in Richtung auf das Außenblech und das darauf angeordnete Innenblech umgebogen. Dies kann in einem oder mehreren Schritten erfolgen. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Falzformwerkzeugs liegt darin, dass durch Wahl eines entsprechenden Drehwinkels der Wirkfläche eine vollständige Umformung des Flansches inklusive Korrosionsschutz in nur einem einzigen Verfahrensschritt möglich ist. Hierdurch können Werkzeugkosten eingespart werden und die Prozesszeit kann reduziert werden, so dass das resultierende Verfahren besonders kostengünstig ist. Der Klebstoff wird vor dem Umbördeln des Flansches aufgebracht und kann beispielsweise auf dem Außenblech und/oder dem Innenblech angeordnet sein. Vorzugsweise wird die aufgetragene Menge an Klebstoff so bemessen, dass ein Füllgrad der Flanschverbindung von mehr als 200, vorzugsweise von 220 bis 230 erzielt wird. Der Füllgrad ist dabei ein Maß dafür, wie sehr die Flanschverbindung mit Klebstoff gefüllt ist. Bei einem Füllgrad von 200 ist die Klebstoffmenge derart bemessen, dass der Klebstoff bis an die Flanschkante heranreicht, aber kein Klebstoff austritt. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem Füllgrad von 200 oder höher in Kombination mit dem voranstehend beschriebenen Falzformwerkzeug eine vollständige Benetzung der Flanschkante des Außenbleches mit Klebstoff erfolgt. Bei einem Füllgrad im Bereich von 200 bis 230 lagert sich die austretende Klebstoffmenge zudem nah entlang der Bauteilkante an, so dass keine nennenswerte Nacharbeit zur Entfernung überschüssigen Klebstoff erfolgen muss.

Das voranstehend beschriebene Verfahren erzielt aufgrund des langsameren Klebstoffaustritts einen hervorragenden Korrosionsschutz im Kantenbereich, sodass sich das Verfahren insbesondere zur Herstellung von Falzklebeverbindungen im Automobilbau eignet. Das Innenblech und das Außenblech sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bzw. einer Metalllegierung ausgebildet. Das Innenblech und das Außenblech können vorzugsweise mit einer Korrosionsschutzschicht versehene Blechbauteile sein. Diese werden vorzugsweise durch ein Stanz- oder Schnittverfahren zugeschnitten. Die Beschnittkanten des Außenblechs, welche an die Stirnseite des Flanschabschnitts angrenzen, können in einer Ausgestaltung vorteilhafterweise abgerundet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn beide Beschnittkanten der Schnittfläche abgerundet sind. Das Abrunden kann beispielsweise ein Entgraten der Kanten sein. Unter abgerundet ist zu verstehen, dass die Beschnittkanten keine scharfen Kanten mehr sind. Hierdurch ergibt sich eine bessere Benetzung der Kanten mit KTL-Beschichtung und Lack. In Kombination mit Verwendung des erfindungsgemäßen Falzformwerkzeugs wird zudem der gleichmäßige Austritt des Klebstoffs während des Falzvorgangs und die Ausbildung einer homogenen Kammlinie unterstützt. Die falzverbindungsseitige Beschnittkante kann insbesondere durch den austretenden Klebstoff mit in die Falzklebeverbindung eingebunden werden. In einer Ausgestaltung sind das Außenblech und das Innenblech Fahrzeugbauteile. Bei den Fahrzeugbauteilen kann es sich insbesondere um Karosseriebauteile, wie zum Beispiel einen Seitenrahmen und eine Profilschiene, oder um Anbauteile, wie z.B. Innen- und Außenblech einer Tür oder einer Front-/Heckklappe handeln. Üblicherweise weisen derartige Fahrzeugbauteile komplexe Geometrien und eine schlechte Zugänglichkeit auf. Durch Verwendung des voranstehend beschriebenen Falzformwerkzeugs können auch bei derart schwierigen Fügebedingungen Falzklebeverbindungen mit ausgezeichneten mechanischen und optischen Eigenschaften hergestellt werden. Zudem erlaubt das Falzformwerkzeug einer Automatisierung des Verfahrens, zum Beispiel mit der voranstehend beschriebenen Falzformeinrichtung im Rahmen einer großseriengerechten Fertigung.

In einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug angegeben mit einer Falzklebeverbindung. Die Falzklebeverbindung umfasst ein Außenblech, das mit einem Flansch umgebogen ist und mit diesem verklebt ist. Das Außenblech bildet im Bereich der Falzklebeverbindung einen Außenhautabschnitt der Fahrzeugkarosserie. Insbesondere bildet das Außenblech eine Fahrzeugaußenfläche im direkten Sichtbereich. Als direkter Sichtbereich gilt dabei insbesondere die Fahrzeugaußenfläche, die als Bewertungszone PO oder P1 im BMW Group Standard GS 97103-2_2020-05 klassifiziert ist. Das Außenblech kann beispielsweise einen Radlauf bilden. Die Außenhaut ist am fertigen Fahrzeug für den Betrachter sichtbar und daher werden an die Außenhaut besonders hohe optische Anforderungen gestellt. Hier werden häufig Blenden eingesetzt um die Falzklebeverbindung abzudecken. Bislang für ein klassisches Bördelwerkzeug nicht zugängliche Fahrzeugbereiche wie z.B. die Türbrüstung, die nachträglich durch Dichtleisten abgedeckt werden mussten, können durch das neuartige Werkzeug erreicht werden. Die Abdeckungen können nun entfallen. Der Bördel kann durch das Weglassen von PVC in nächster Nähe von funktional anspruchsvollen Bereichen, wie z.B. versenkbarer Seitenscheibe, abdeckungsfrei gezeigt werden.

Wie voranstehend beschrieben kann die Materialstreckung auf ein Minimum reduziert werden und es wird ein homogener Klebstoffaustritt erzielt, welcher zumindest die dem Inneren der Falzverbindung zugewandte Beschnittkante benetzt und neben der Klebewirkung einen zuverlässigen Schutz vor Korrosion gewährleistet. Aufgrund der verbesserten Optik der Falzklebeverbindung ergibt sich die Möglichkeit nachträglich zu montierende (Kunstoff) Blende entfallen zu lassen, wodurch völlig neuartige optische Gestaltungsspielräume geschaffen werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Außenblech mit dem Flansch um ein Innenblech gebogen, das mit dem Außenblech verklebt ist. Hierzu wird das Innenblech vor dem Ausbilden der Falzklebeverbindung auf dem Außenblech positioniert und anschließend wird der Falz bis auf das Innenblech umgebogen. Derartige Bauweisen findet man beispielsweise im Bereich des Tür- oder Seitenrahmens, der Brüstung oder bei Anbauteilen wie Fahrzeugklappen.

In einer Ausgestaltung weist die Fahrzeugkarosserie eine weitere Falzklebeverbindung auf, an der das Außenblech um ein weiteres Blech gebogen und mit diesem verklebt ist. Vorzugsweise bildet das Außenblech im Bereich beider Falzklebeverbindungen einen Außenhautabschnitt der Fahrzeugkarosserie.

Wie bereits für das Verfahren beschrieben, ist es auch für das Fahrzeug bevorzugt, dass die Beschnittkanten des Außenblechs im Bereich des umzubiegenden Flansches abgerundet sind. Es ergeben sich Vorteile beim Austritt des Klebstoffs und der Benetzung der Beschnittkante mit dem Klebstoff. Die innenliegende Beschnittkante wird durch den Klebstoff vor Korrosion geschützt, die außenliegende Beschnittkante wird im KTL-Bad und durch den nachträglichen Lackauftrag gegen Korrosion geschützt. Somit entfällt die Notwendigkeit, auf die Falzklebeverbindung eine zusätzliche PVC-Versiegelung zum Schutz der Beschnittkante aufzubringen und somit kann die Falzklebeverbindung in einer Ausgestaltung PVC-versiegelungsfrei sein.

In einer weiteren Ausgestaltung ermöglicht die Erfindung, dass der Verlauf der Falzklebeverbindung strakfolgend ist. Das Strak eines Fahrzeuges ist die geometrische Darstellung aller kundensichtbaren Oberflächen im Interieur und Exterieur unter Berücksichtigung aller technischen und formalästhetischen Ansprüche. Die Falzklebeverbindung an dem Fahrzeug kann vorzugsweise unter Verwendung des voranstehend beschriebenen Falzformwerkzeugs oder der voranstehend beschriebenen Falzformeinrichtung hergestellt werden und/oder unter Verwendung des voranstehend beschriebenen Verfahrens und erzielt die dort beschriebenen technischen Wirkungen und Vorteile.

Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Falzformwerkzeug oder der Falzformeinrichtung beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Falzklebeverbindung,

Figur 2 bis 5 beispielhafte Ausgestaltungen eines Falzformwerkzeugs,

Figur 6 eine Schnittansicht einer beispielhaften Falzklebeverbindung,

Figur 7 eine beispielhafte Falzformeinrichtung,

Figur 8 eine beispielhafte Blechanordnung während des Ausbildens der

Falzklebeverbindung,

Figur 9 eine Schnittansicht einer beispielhaften Falzklebeverbindung in einem Fahrzeug, Figur 10 eine weitere beispielhafte Falzklebeverbindung in einem Fahrzeug und

Figur 11 ein beispielhaftes Fahrzeug mit Falzklebeverbindung.

Bei einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung einer Falzklebeverbindung 1 wird zunächst ein Außenblech 10 mit einem Flansch 12 bereitgestellt, auf den im Bereich der auszubildenden Falzverbindung ein Klebstoff 20 aufgetragen ist. Vorzugsweise ist die Beschnittkante des Außenblechs verrundet, was hier aus Gründen der Anschaulichkeit nicht dargestellt ist. Dann wird ein Innenblech 30 zum Außenblech 10 derart angeordnet, dass ein Randbereich des Innenblechs 30 auf dem Außenblech 10 zu liegen kommt. Die Bleche 10 und 30 werden zueinander durch eine Fixiervorrichtung 40 fixiert. Nun wird ein Falzformwerkzeug 50 mit seiner Anlagefläche 52 an den Flansch 12 herangeführt und in Richtung einer Längsachse des Falzformwerkzeugs 50 entlang des Flansches 12 geführt. Die Längsachse entspricht in Figur 1 der z-Achse des dargestellten Koordinatensystems. In Figur 1 erfolgt die Bewegung des Falzformwerkzeugs 50 aus der Blattebene heraus. Während der Bewegung des Falzformwerkzeugs 50 drückt dieses mit seiner Wirkfläche 54 gegen den Flansch 12 und biegt diesen in Richtung auf das Innenblech 30 um. Die Wirkfläche 54 ist als erfindungsgemäße und wie voranstehend beschriebene Schraubfläche ausgestaltet. Die Schraubachse ist in diesem Fall eine Gerade und läuft in die Bildebene hinein, die Wirkfläche 54 ist als rechtsdrehende Schraubfläche ausgestaltet. Durch den Verlauf der Wirkfläche 54 wird der Flansch 12 während der Überfahrt mit dem Falzformwerkzeug 50 kontinuierlich von der Ausgangsstellung bis in eine Endstellung 12A umgebogen.

Figur 2 zeigt eine Variation des Falzformwerkzeugs 50, bei dem dieses weiterhin ein Anpresselement 58 aufweist, welches an dem Falzformwerkzeug 50 angeordnet ist. Das Anpresselement 58 drückt beim Einsatz des Falzformwerkzeugs 50 das Innenblech auf das Außenblech und sorgt so für eine Fixierung der Bleche zueinander. Das Anpresselement 58 ist in Figur 2 beispielhaft als Druckrolle ausgebildet, deren Drehachse in x-Richtung angeordnet ist, so dass die Druckrolle während des Falzens auf dem Blech abrollen kann. Alternativ kann das Anpresselement auch als Schleifkufe ausgebildet sein. Die Figuren 3 bis 5 zeigen drei beispielhafte Ausgestaltungen eines Falzformwerkzeugs. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale, so dass diese nicht erneut beschrieben werden. Die Falzformwerkzeuge 50, 50A und 50B weisen jeweils einen Hauptkörper 51 auf mit einer Längsachse L. Der Hauptkörper 51 weist weiterhin eine Fläche 52 auf.

Abgewinkelt zur Fläche 52 weisen die Falzformwerkzeuge 50, 50A und 50B jeweils Wirkflächen 54, 54A, 54B und 56, 56A, 56B auf, mit denen die Umformung des Flansches 12 erfolgt. Jedes der Falzformwerkzeuge 50, 50A und 50B weist zwei entlang der Längsachse L hintereinander angeordnete Wirkflächen auf. Jede Wirkfläche ist alsnachfolgend beschriebene Schraubfläche ausgebildet, wobei die Wirkflächen 54, 54A und 54B rechtsdrehend und die Wirkflächen 56, 56A und 56B linksdrehend ausgebildet sind. Die Schraubfläche wird erzeugt durch das Verschrauben einer Gerade G1 bzw. G2 um die Schraubachse S. Die Schraubachse S ist in diesem Fall eine gebogene Achse und hat eine kreisbogensegmentform. Alternativ kann die Schraubachse S auch eine Gerade sein, die vorzugsweise parallel zur Längsachse des Hauptkörpers 51 verläuft. Die Geraden G1 bzw. G2 schneiden die Schraubachse S und sind - in Arbeitsrichtung A1 bzw. A2 des Falzformwerkzeugs betrachtet - in einem spitzen Winkel a1 bzw. a2 gegenüber der Schraubachse S geneigt. Beispielsweise liegt der Neigungswinkel, unter dem die Gerade G1 bzw. G2 die Schraubachse S schneidet, im Bereich von 20 bis 70 Grad und insbesondere im Bereich von 50 bis 70 Grad und besonders bevorzugt bei 60°. Hierdurch wirkt der resultierende Kraftvektor K1 bzw. K2 in Richtung der Beschnittkante.

Die gegenläufigen Wirkflächen ermöglichen den Einsatz des Falzformwerkzeugs in beide Richtungen. Der Verlauf der Wirkflächen ist jeweils vom Rand des Falzformwerkzeugs in die Mitte. Die Wirkflächen 54, 54A und 54B kommen also zum Einsatz, wenn das Falzformwerkzeug in der Bildebene nach rechts geschoben wird. Umgekehrt kommen die Wirkflächen 56, 56A und 56B zum Einsatz, wenn das Falzformwerkzeug in der Bildebene nach links geschoben wird. Alternativ können die Falzformwerkzeuge auch nur mit einer Wirkfläche 54, 54A, 54B oder 56, 56A, 56B ausgestaltet sein. Bei dem Falzformwerkzeug 50 gemäß Figur 3 sind die Wirkflächen 54 und 56 als Teil des Grundkörpers 51 ausgebildet und somit eine zum Grundkörper 51 feststehende Fläche. Während des Falzvorgangs gleitet der Flansch 12 über die Wirkfläche 54 bzw. 56. Das Anpresselement 58 ist in der Darstellung in Figur 3 nicht abgebildet.

Bei den Falzformwerkzeugen 50A und 50B in den Figuren 4 und 5 sind in der Schraubfläche zusätzlich Nadelrollen 540, 541, ... und 560, 561, ... angeordnet. Diese sind drehbar in der Regelschraubfläche gelagert, wodurch die Reibung der Wirkflächen 54A, 54B, 56A und 56B zum Flansch 12 reduziert wird. Die Nadelrollen sind mit ihren Drehachsen jeweils um einen Winkel a gegenüber der Längsachse L des Grundkörpers 51 geneigt angeordnet. In den Figuren 4 und 5 sind pro Wirkfläche jeweils 6 Nadelrollen dargestellt. Dies ist rein beispielhaft, es können auch zwei oder mehr Nadelrollen bis hin zu einer Vielzahl von Nadelrollen, z.B. mehr als 10 pro Wirkfläche vorgesehen sein.

Bei dem Falzformwerkzeug 50A gemäß Figur 4 sind die Winkel einheitlich für alle Nadelrollen einer Wirkfläche. Bei dem Falzformwerkzeug 50B gemäß Figur 5 werden die Winkel im Verlauf der Wirkflächen 54B bzw. 56B kleiner. Die Nadelrollen unterstützen ein gezieltes Auspressen überschüssigen Klebstoffs. Der Winkel a liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20° bis 90° oder in einem Bereich von 35° bis 55°. Die Falzformwerkzeuge 50A und 50B können ebenfalls ein Anpresselement 58 aufweisen.

Figur 6 zeigt eine beispielhafte Falzklebeverbindung 1 während der Ausbildung derselben. Das Falzformwerkzeug 50 wird in Arbeitsrichtung A entlang der Flanschkante bewegt, wodurch der Flansch 12 in Richtung auf das Innenblech umgebogen wird. Der Drehwinkel der Wirkfläche 54 ist dabei so bemessen, dass der Flansch 12 durch einmaliges Überfahren mit dem Formwerkzeug 50 vollständig umgelegt wird. Aufgrund der Gestaltung der Wirkfläche 54 als wie voranstehend beschriebene Schraubfläche tritt der (hier nicht dargestellte) Klebstoff besonders gleichmäßig aus und benetzt die Stirnseite des Flansches 12, wodurch ein guter Korrosionsschutz erzielt wird.

Figur 7 zeigt eine beispielhafte Falzformeinrichtung 100 mit einem Bördelbett 110, auf dem das Außenblech 10 und das Innenblech 30 angeordnet und mittels einer Fixiervorrichtung 115 fixiert sind. Alternativ oder ergänzende kann zur Fixierung der Bleche auch ein Falzformwerkzeug mit Anpresselement 58 eingesetzt werden, wobei das Anpresselement 58 dann als Fixiervorrichtung wirkt. Weiterhin weist die Falzformeinrichtung 100 einen Manipulator 120 in Form eines Industrieroboters auf, an dessen Handachse ein Falzformwerkzeug 50 angeordnet ist. Alternativ können auch die Falzformwerkzeuge 50A oder 50B verwendet werden. Die Falzformeinrichtung 100 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 140 auf, die in einer Wirkverbindung mit dem Manipulator 120 und dem Falzformwerkzeug 50 steht. Die Steuereinrichtung 140 ist dazu eingerichtet, z.B. programmiert, um das Falzformwerkzeug relativ zu der Fixiervorrichtung 115 bzw. den Blechen 10 und 30 zu verfahren und dabei den Flansch 12 zur Herstellung der Falzklebeverbindung 1 umzubiegen.

Figur 8 zeigt eine beispielhafte Falzklebeverbindung zu einem Zeitpunkt, zu dem erst ein Teil der Falz umgebogen ist, zur Veranschaulichung der im Verfahren wirkenden Wirkmechanismen. Das voranstehend beschriebene Falzformwerkzeug (hier nicht dargestellt) wird in Arbeitsrichtung A (dargestellt durch den Pfeil) entlang der Falzkante und parallel zu dieser geführt. Hierbei wird der Flansch 12 entsprechend des Drehwinkels des Falzformwerkzeug kontinuierlich in Richtung auf das Innenblech 30 umgelegt. In Figur 8 beträgt der Drehwinkel ß beispielhaft 90°, der zuvor rechtwinklig abgewinkelt Flansch 12 ist nach Überfahren mit dem Falzformwerkzeug auf dem Innenblech 30 abgelegt. Der Drehwinkel ß gibt somit die Winkeländerung vor, welche der Flansch 12 durch das Formwerkzeug erfährt. Selbstverständlich kann der Drehwinkel ß auch andere Winkel aufweisen, vorzugsweise in einem Bereich von 30-90°, oder in einem Bereich von 45-90°. Der Drehwinkel kann auch sehr viel größere Winkelbereiche abdecken beispielsweise einen Bereich von 70° - 179°. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Falzformwerkzeugs, das parallel zur und entlang der Flanschkante geführt wird, wirkt der auf den Flansch einwirkende Kraftvektor K während des Umlegens des Flansches permanent in Richtung der Beschnittkante 14. Klebstoff, welcher im Bereich der Falzverbindung angeordnet ist, wird hierdurch gleichmäßig in Richtung auf die Beschnittkante 14 gepresst, wodurch eine gleichmäßige Benetzung der Bleche mit Klebstoff erzielt wird. Zur Verbesserung des Austritts des Klebstoffs sind die Beschnittkanten 14 vorzugsweise gerundet. Weiterhin tritt überschüssiger Klebstoff weitgehend gleichmäßig an der Beschnittkante 14 aus, wodurch sich eine einheitliche Kammlinie ergibt. Eine Verschmutzung der Bleche wird vermieden, zudem wird ein Schutz der Beschnittkante durch den ausgetretenen Klebstoff erzielt. Insbesondere wird diejenige Beschnittkante mit Klebstoff benetzt, welche der Falzklebeverbindung zugewandt ist. Die abgewandte Beschnittkante wird aufgrund ihrer Rundung gut durch den KTL und Lack vor Korrosion geschützt. Daraus folgt, dass auf einen weitergehenden Korrosionsschutz in Form z.B. einer PVC-Versiegelung der Falzverbindung verzichtet werden kann.

Während des Umlegens des Flansches 12 folgt dieser der Schraubflächenform der Wirkfläche und das Material erfährt eine Streckung insbesondere an der Beschnittkante 14. Der Streckung ist in Figur 8 veranschaulicht durch die strichlierte Linie an der Beschnittkante sowie die gepunktete Linie an der Biegekante 16, deren Längen um das Maß der Streckung unterschiedlich sind. Das Ausmaß der auftretenden Materialstreckung wird durch die Steigung der Wirkfläche beeinflusst, welche sich aus der Wirkflächenlänge W, dem Drehwinkel ß und der Breite B des Flansches 12 ergibt. Eine zu groß gewählte Steigung würde eine übermäßige Materialstreckung und damit eine Welligkeit der Falzverbindung bzw. eine Selbsthemmung des Werkzeugs bewirken. Für eine kompakte Bauweise des Werkzeugs sollte die Steigung auch nicht zu gering gewählt werden. In Versuchen hat sich für eine Flanschbreite von 10 mm und einen Drehwinkel von 90 Grad beispielsweise als zielführend herausgestellt, wenn die Wirkfläche über eine Länge W von 60 mm ausgebildet ist. Bei einer Flanschbreite von 15 mm und einem Drehwinkel von 90 Grad hat sich eine Wirkflächenlänge W von 90 mm als zielführend gezeigt. Figur 9 zeigt weitere beispielhafte Falzklebeverbindungen 1A und 1 B. Beide Falzklebeverbindungen wurden mit dem voranstehend beschrieben Falzformwerkzeug 50, 50A oder 50B ausgebildet. Das Außenblech 10A ist jeweils mit einem Flansch 12A, 12B um ein Innenblech gebogen und mit einem nicht dargestellten Klebstoff verklebt. Vorzugsweise sind die Beschnittkanten 14A und 14B des Außenblechs, welche in die Falzklebeverbindungen 1A eingebunden wird, verrundet. Das Innenblech 30A ist beispielsweise ein Türrahmen des Kraftfahrzeugs. Weiterhin sind Dichtungen 32, 34 vorgesehen, welche die Tür gegenüber der Karosserie 36 und einer Fahrzeugscheibe 38 abdichten.

Figur 10 zeigt eine weitere Falzklebeverbindung 1C zur Darstellung des durch die Erfindung möglichen neuen Korrosionsschutzkonzeptes. Dargestellt ist die Ecke eines Außenblechs 10C, das ein Karosserieschalenteil bildet. Das Außenblech 10C weist an seinen Längsseiten jeweils eine Falzklebeverbindung 1C auf. Vorzugsweise sind diese mit dem erfindungsgemäßen Falzformwerkzeug 50 ausgebildet. Das Außenblech 10C ist mit einem Flanschabschnitt um im Wesentlichen 180 Grad umgebogen. Ein Klebstoff 20 ist zwischen Flanschabschnitt und gegenüberliegendem Außenblechabschnitt angeordnet. Die Beschnittkanten 14C und 14D des Außenblechs 10C sind gerundet. Hierdurch ist der Klebstoff 20 mit gerader Kammlinie aus dem Falz ausgetreten und hat dabei die angrenzende Beschnittkante 14C benetzt. Der enge Spalt der Falzverbindung sowie die innenliegende Beschnittkante 14C sind somit durch den Klebstoff 20 vor Korrosion geschützt. Die der Falzklebeverbindung abgewandte Beschnittkante 14D ist durch eine KTL Beschichtung und Lack korrosionsgeschützt. Durch dieses neuartige Konzept kann auf einen weitergehenden Korrosionsschutz verzichtet werden und die Falzklebeverbindung 1C kann insbesondere ohne eine PVC-Versiegelung, also PVC-versiegelungsfrei, verbleiben.

Figur 11 zeigt ein beispielhaftes Kraftfahrzeug 200 mit einer beispielhaften Falzklebeverbindung 1, 1A, 1 B oder 1C. Da das Außenblech aufgrund der hohen Oberflächengüte der Falzklebeverbindungen 1 , 1A, 1B oder 1C nicht verkleidet werden muss, sondern selbst in der Art einer Zierblende eingesetzt werden kann, kann auf herkömmliche, nachträglich zu montierende Blenden verzichtet werden. Zudem kön- nen die Falzklebeverbindungen insbesondere PVC-versiegelungsfrei sein. Die Falzklebeverbindungen 1 , 1A, 1 B, 1C können in ihrem Verlauf strakfolgend ausgebildet sein und insbesondere Teil der Fahrzeugaußenhaut sein. Besonders bevorzugt bildet die Falzklebeverbindung eine Fahrzeugaußenfläche im direkten Sichtbereich SB des Fahrzeugs. Die Fahrzeugaußenfläche kann beispielhaft ein Radlauf, ein Türrahmen, ein Seitenrahmen, eine Brüstung oder ein Anbauteil sein.

Bezugszeichenliste

1, 1A, 1 B, 1C Falzklebeverbindung

10, 10A, 10C Außenblech

12, 12A, 12B Flansch

14, 14A Beschnittkanten

20 Klebstoff

30, 30A Innenblech

32, 34 Dichtung

36 Karosserie

38 Fahrzeugscheibe

40 Fixiervorrichtung

50, 50A, 50B Falzformwerkzeug

51 Hauptkörper

52 Fläche

54, 54A, 54B, 56, 56A, 56B Wirkfläche

540, 541,..560, 561 Nadelrollen

58 Anpresselement

100 Falzformeinrichtung

110 Bördelbett

115 Fixiervorrichtung

120 Manipulator

140 Steuereinrichtung

200 Fahrzeug a, a1 Winkel

A, A1, A2 Arbeitsrichtung

B Flanschbreite

G1, G2 Gerade

K, K1, K2 Kraftvektor

L Längsachse

S Schraubachse

SB Sichtbereich

W Wirkflächenlänge