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Title:
HYBRID COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING ONE SUCH COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/042182
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a stable hybrid component (2) comprising a first sheet metal element (3), a second sheet metal element (4), and at least one plastic element (5), and to a rational method for producing one such component. According to the invention, the sheet metal elements (3, 4) are applied flat against each other, at least in the region of an assembly spot (16). The first sheet metal element (3) is brought into contact with a plastic melt (K) on the provided assembly spot (16). The first sheet metal element (3) is deformed by a pressure load of the plastic melt (K) in such a way that it is provided with a button-type shape (17) that penetrates the second sheet metal element (4) and encompasses the same in order to produce a positively locking connection in the form of an undercut. The plastic melt (K) is solidified at least in the region of the penetrating shape (17).

Inventors:
WOLF WALTER (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/011558
Publication Date:
May 12, 2005
Filing Date:
October 14, 2004
Export Citation:
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Assignee:
BEHR GMBH & CO KG (DE)
WOLF WALTER (DE)
International Classes:
B21D39/03; B29C43/18; B29C45/14; B29C45/56; F16B5/04; F16B19/06; (IPC1-7): B21D39/03; B29C45/14; F16B17/00
Foreign References:
DE19918516A12000-11-16
DE10160242A12003-06-26
US5842265A1998-12-01
Attorney, Agent or Firm:
BEHR GMBH & CO. KG (G-IP Mauserstrasse 3, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils (2), bei welchem ein erstes Blechteil (3) und ein zweites Blechteil (4) zumindest im Bereich einer vorgesehenen Fügestelle (16) flächig aneinander angelegt wer den, bei welchem das erste Blechteil (3) an der vorgesehenen Füge stelle (16) in Kontakt mit einer Kunststoffschmelze (K) gebracht wird, bei welchem das erste Blechteil (3) durch Druckbelastung der Kunst stoffschmeize (K) derart verformt wird, dass an der Fügestelle (16) ei ne knopfartige Ausformung (17) des ersten Blechteils (3) gebildet wird, die das zweite Blechteil (4) durchsetzt und zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung nach Art einer Hinterschneidung um greift, und bei welchem die Kunststoffschmelze (K) zumindest im Be reich der Ausformung (17) zur Erstarrung gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der vorgesehenen Fügestelle (16) ein Durchbruch (15) in das zweite Blechteil (4) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der vorgesehenen Fügestelle (16) das erste Blechteil (3) und das zweite Blechteil (4) ungelocht ausgebildet sind und beide Blech teile (3,4) unter dem Druck der Kunststoffschmelze (K) gemeinsam verformt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschmelze (K) durch einen verschiebbaren Druck stempel (21) druckbelastet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verschiebung des Druckstempels (21) zwischen einer Ruhe stellung und einer Belastungsstellung ein Einspritzkanal (10) für die Kunststoffschmelze (K) durch den Druckstempel (21) verschlossen wird.
6. Spritzund Fügewerkzeug (1) zur Herstellung eines ein erstes Blech teil (3), ein zweites Blechteil (4) sowie ein Kunststoffteil (5) umfassen den Hybridbauteils (2), mit einem ersten Halbstück (6) und einem zweiten Halbstück (7), zwischen welche die Blechteile (3,4) derart einlegbar sind, dass sie zumindest im Bereich einer vorgesehenen Fügestelle (16) flächig aneinander anliegen, wobei die zur Anlage an dem ersten Blechteil (3) vorgesehene Innenseite (8) des ersten Halb stücks (6) mit einer Gussform (9) zur Aufnahme einer Kunststoff schmelze (K) versehen ist, wobei die zur Anlage an dem zweiten Blechteil (4) vorgesehene Innenseite (12) des zweiten Halbstücks (7) eine Aussparung (13) zur Aufnahme und Formgebung einer knopfarti gen Ausformung (17) des ersten Blechteils (3) aufweist und wobei Mit tel (10,21) zur Einspritzung und Druckbelastung der Kunststoff schmelze (K) vorgesehen sind.
7. Spritzund Fügewerkzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einspritzung und Druckbelastung der Kunststoff schmelze (K) einen in die Gussform (9) mündenden Einspritzkanal (10) umfassen.
8. Spritzund Fügewerkzeug (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einspritzung und Druckbelastung der Kunststoff schmelze (K) einen verschiebbaren Druckstempel (21) umfassen.
9. Spritzund Fügewerkzeug (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstempel (21) zumindest einen Teil der Wand (14) der Gussform (9) bildet.
10. Spritzund Fügewerkzeug (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstempel (21) und der Einspritzkanal (10) derart zuein ander angeordnet sind, dass bei Verschiebung des Druckstempels (21) zwischen einer Ruhestellung und einer Belastungsstellung der Einspritzkanal (10) für die Kunststoffschmelze (K) durch den Druck stempel (21) verschlossen wird.
11. Spritzund Fügewerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (13) des zweiten Halbstücks (7) zumindest par tiell breiter als die vorgesehene Fügestelle (16) dimensioniert ist.
12. Hybridbauteil (2) mit einem ersten Blechteil (3) und einem an diesem zumindest im Bereich einer Fügestelle (16) flächig anliegenden zwei ten Blechteil (4), wobei an der Fügestelle (16) das erste Blechteil (3) mit einer hohlen, knopfartigen Ausformung (17) das zweite Blechteil (4) durchsetzt und zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung nach Art einer Hinterschneidung umgreift, sowie mit einem Kunststoff teil (5), das den Innenraum (19) der Ausformung (17) des ersten Blechteils (3) zumindest partiell ausfüllt.
13. Hybridbauteil (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Blechteil (4) an der Fügestelle (16) einen Durchbruch (15) aufweist, den die Ausformung (17) des ersten Blechteils (3) durchsetzt.
14. Hybridbauteil (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Blechteil (3) und das zweite Blechteil (4) an der Füge stelle (16) ungelocht ausgebildet sind und beide Blechteile (3,4) ge meinsam formbar sind.
15. Hybridbauteil (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestelle (16) punktartig ist.
16. Hybridbauteil (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestelle (16) nahtartig ausgedehnt ist.
17. Hybridbauteil (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (19) der Ausformung (17) sich zu deren Freiende (20) hin aufweitet.
18. Hybridbauteil (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Blechteil (4) stärker ausgebildet ist als das erste Blechteil (3).
Description:
Hybridbauteil und Verfahren zur Herstellung eines solchen Die Erfindung bezieht sich auf ein Hybridbauteil, das ein erstes Blechteil, ein zweites Blechteil und ein Kunststoffteil umfasst, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hybridbauteils. Die Erfindung bezieht sich weiter- hin auf ein Spritz-und Fügewerkzeug zur Herstellung des genannten Hybrid- bauteils.

Als Hybridbauteil wird allgemein ein Bauteil verstanden, das aus mehreren fest miteinander verbundenen Teilen unterschiedlichen Materials, insbeson- dere Metall und Kunststoff, gebildet ist. Solche Hybridbauteile finden auf- grund ihres vergleichsweise geringen Gewichts bei gleichzeitig hoher Stabi- lität in der Leichtbautechnik, insbesondere bei einer Fahrzeugkonstruktion, vielfach Verwendung. Der Begriff Blech umfasst hierbei sowohl Metallblech als auch blechartige Strukturen aus anderem Material wie beispielsweise faserverstärktem Kunststoff.

Bei der Herstellung eines Blech-und Kunststoffteile umfassenden Hybrid- bauteils ist es üblich, das oder die Kunststoffteile an einem bestehenden Grundkörper aus Blech anzuspritzen. Um gute Festigkeits-und Steifigkeits- eigenschaften des Hybridbauteils zu erreichen, ist hierbei aus der EP 0 373 342 B1 bekannt, den Grundkörper an diskreten Verbindungsstellen mit Durchbrüchen zu versehen. Der Kunststoff wird dabei derart angespritzt, dass Kunststoff diese Durchbrüche durchsetzt und über deren Flächen hin- ausreicht.

Zur Verbindung mehrerer Blechteile zu einem gemeinsamen Bauteil sind eine Vielzahl von Fügetechniken, z. B. Schweißen, Löten, Nieten, etc. ver- breitet. Eine an sich bekannte Fügetechnik zum Verbinden von Blechteilen ist insbesondere das so genannte Durchsetzfügen (auch als"Clinchen"be- zeichnet). Hierunter wird eine Fügetechnik verstanden, bei der zwischen ei- nem Stempel und einer mit diesem zusammenwirkenden Matrize ein Blech- teil derart verformt wird, dass eine knopfartige Ausformung des Blechteils ge- bildet wird, die ein anliegendes weiteres Blechteil durchsetzt und zur form- schlüssigen Verbindung der Blechteile hinterschneidet.

Es ist ferner, z. B. aus der DE 102 11 092 A1 bekannt, Hohlkörper, insbe- sondere Rohre, durch Druckbeaufschlagung eines den Innenraum des Blechkörpers ausfüllenden Fluids zu verformen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders rationelles Verfah- ren anzugeben, das die Herstellung eines stabilen Hybridbauteils mit minde- stens zwei Blechteilen und einem Kunststoffteil ermöglicht. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Spritz-und Fügewerkzeug anzuge- ben, das zur Durchführung des oben genannten Verfahrens besonders ge- eignet ist. Der Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein Hy- bridbauteil anzugeben, bei welchem mindestens zwei Blechteile und ein Kunststoffteil auf stabile und gleichwohl einfach zu realisierende Weise mit- einander fest verbunden sind.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach werden das erste und das zweite Blechteil zumindest im Bereich einer vorgesehenen Fügestelle flächig anein- ander angelegt. Hierauf wird das erste Blechteil an der vorgesehenen Füge- stelle in Kontakt mit einer Kunststoffschmeize gebracht. Die Kunststoff- schmelze wird unter Druck gesetzt, so dass sich unter Wirkung des durch die Kunststoffschmelze auf das erste Blechteil übertragenen hydrostatischen Drucks an der Fügestelle eine knopfartige Ausformung des ersten Blechteils ausbildet, die das zweite Blechteil durchsetzt und zur Herstellung einer form- schlüssigen Verbindung hinterschneidet. Die Kunststoffschmeize wird an-

schließend zumindest im Bereich der Ausformung des ersten Blechteils zur Erstarrung gebracht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert somit Eigenheiten eines Spritz- gussverfahrens, eines Hydroformingverfahrens und eines Durchsetzfügever- fahrens unter synergetischer Nutzung der jeweiligen Vorteile dieser Verfah- ren. Die Fügung der beiden Blechteile im fertigen Hybridbauteil ähnelt insbe- sondere einer herkömmlichen Durchsetzfügeverbindung. Sie weist dadurch sämtliche Vorteile auf, die eine derartige Verbindung gegenüber anderen Fügetechniken, z. B. einer Schweiß-oder Nietverbindung, auszeichnet. Ins- besondere ist die erfindungsgemäße Fügeverbindung der Blechteile beson- ders materialschonend und korrosionsbeständig, zumal die Blechoberflä- chen im Fügeprozess nicht zerstört werden. Zudem ist die Dichtheit des Hy- bridbauteils an der Fügestelle gewährleistet, da das Material zumindest des ersten Blechteils im Fügeprozess nicht durchbrochen wird. Die Fügestelle weist auch, wie eine herkömmliche Durchsetzfügung, eine hohe Stabilität sowohl im Bezug auf Scherung als auch auf Kopfzug auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat darüber hinaus gegenüber einer her- kömmlichen Durchsetzfügung den Vorteil, dass durch die Kunststoffschmel- ze der Verformungsdruck gleichmäßig auf das Material des ersten Blechteils übertragen wird. Hierdurch wird eine besonders geringe Materialbelastung des Blechteils erzielt und das Risiko einer Bruchstelle oder einer Oberflä- chenverletzung reduziert, wodurch die Stabilität und die Korrosionsbestän- digkeit der Fügestelle weiter verbessert werden. Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit trägt auch der Umstand bei, dass der Innenraum der Ausformung des ersten Blechteils durch die erstarrte Kunststoffschmelze versiegelt wird. Hierdurch wird beispielsweise verhindert, dass sich im Innenraum der Ausformung Wasser ansammeln kann, das eine verstärkte Korrosion auslösen könnte. Das erfindungsgemäße Verfahren ist schließlich ein effektives Spritzgussverfahren, mit welchem ein Kunststoffteil besonders stabil mit den Blechteilen des Hybridbauteils verbindbar ist. in bevorzugter Ausführung des Verfahrens wird vor dem Anspritzen des Kunststoffteils an der vorgesehenen Fügestelle ein Durchbruch in das zweite

Blechteil eingebracht. Werden die Blechteile im Zuge des Fügeprozesses aneinander angelegt, so ist die Gesamtstärke des Blechmaterials im Bereich des Durchbruches besonders gering. Der Durchbruch des zweiten Blechteils definiert somit eine Sollbiegestelle, an der sich das erste Blechteil unter dem Druck der Kunststoffschmelze bevorzugt verbiegt. Durch Einbringung des Durchbruchs in das zweite Blechteil kann somit die Fügestelle sehr präzise vorherbestimmt werden. Zur weiteren Verbesserung dieses Effekts ist insbe- sondere das zweite Blechteil stärker ausgebildet als das erste Blechteil. Al- ternativ ist jedoch auch denkbar, dass das zweite Blechteil wie beim her- kömmlichen Durchsetzfügen ungelocht herangezogen wird und beide Blech- teile unter dem Druck der Kunststoffschmelze gemeinsam verformt werden.

Die Verformung des ersten Blechteils erfolgt insbesondere bei sehr dünner Blechstärke unter Einfluss des gewöhnlichen Spritzdruckes der Kunststoff- schmelze. Insbesondere, wenn der Spritzdruck der Kunststoffschmeize an sich nicht zur Verformung des Blechteils ausreichen würde, ist in einer vor- teilhaften Weiterführung der Erfindung vorgesehen, zusätzlichen Druck durch einen verschiebbaren Druckstempel auf die Kunststoffschmeize aus- zuüben. Ein solcher Druckstempel ist insbesondere vorteilhafterweise derart angeordnet, dass bei seiner Verschiebung von einer Ruhestellung in eine Belastungsstellung ein Einspritzkanal für die Kunststoffschmeize durch den Druckstempel verschlossen wird. Durch den Druckstempel wird somit ein vorgegebenes Volumen an Kunststoffschmeize isoliert, auf welches bei wei- terer Verschiebung des Druckstempels ein besonders hoher Druck appliziert werden kann.

Bezüglich eines zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens besonders geeigneten Spritz-und Fügewerkzeugs wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 5.

Danach umfasst das Spritz-und Fügewerkzeug ein erstes Halbstück und ein zweites Halbstück, zwischen welche die Blechteile des herzustellenden Hybridbauteils derart einlegbar sind, dass sie im Inneren des Werkzeugs zumindest im Bereich einer vorgesehenen Fügestelle flächig aneinander anliegen. Dabei ist die Innenseite des ersten Halbstücks, die zur Anlage an dem ersten Blechteil vorgesehen ist, mit einem Hohlraum versehen. Dieser

Hohlraum bildet eine Gussform für Kunststoff, der an das anliegende erste Blechteil anzuspritzen ist. Die zur Anlage an dem zweiten Blechteil vorgesehene Innenseite des zweiten Halbstücks trägt eine Aussparung zur Aufnahme und Formgebung der im Zuge des Fügeprozesses gebildeten knopfartigen Ausformung des ersten Blechteils. Das zweite Halbstück, und insbesondere dessen Aussparung, dient somit bei der Umformung des ersten Blechteils als Matrize. Weiterhin ist das Spritz-und Fügewerkzeug mit Mitteln versehen, die das Einspritzen einer Kunststoffschmelze in die Gussform und die Druckbelastung dieser Kunststoffschmeize in der Gussform ermöglichen.

Diese letztgenannten Mittel umfassen bevorzugt zumindest einen Einspritz- kanal, über welchen die Kunststoffschmeize in die Gussform eingebracht werden kann. Über diesen Einspritzkanal kann auch ein extern erzeugter Einspritzdruck auf die in der Gussform angesammelte Kunststoffschmelze übertragen werden.

Zusätzlich oder alternativ umfassen die Mittel zur Einspritzung und Druckbe- lastung der Kunststoffschmelze vorteilhafterweise einen verschiebbaren Druckstempel, mittels welchem die Kunststoffschmeize in der Gussform druckbelastet werden kann. Für eine gute Druckübertragung ist es hierbei vorteilhaft, den Druckstempel nahe an der Gussform anzuordnen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Druckstempel zumindest einen Teil der Wand der Gussform bildet. Der Druckstempel kann insbesondere auch zumindest partiell längs des Einspritzkanals geführt sein.

Vorteilhafterweise ist die matrizenartige Aussparung des zweiten Halbstücks zumindest teilweise breiter als die vorgesehene Fügestelle dimensioniert.

Hierdurch wird auf einfache Weise sichergestellt, dass im Zuge des Fügepro- zesses die Ausformung des ersten Blechteils um das zweite Blechteil herumfließt und dieses hinterschneidet. Hierdurch wird eine in Bezug auf Scher-und Kopfzugkräfte besonders stabile Verfügung der beiden Blechteile erzielt.

Bezüglich des insbesondere mittels des vorstehend beschriebenen Verfah- rens und insbesondere unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Spritz-und Fügewerkzeugs herstellbaren Hybridbauteils wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 11. Danach umfasst das Hybridbauteil ein erstes Blechteil und ein zweites Blechteil, wo- bei die beiden Blechteile zumindest im Bereich einer Fügestelle flächig an- einander anliegen. Dabei durchsetzt das erste Blechteil mit einer hohlen, knopfartigen Ausformung das zweite Blechteil, so dass die Ausformung des ersten Blechteils das zweite Blechteil nach Art einer Hinterschneidung umgreift. Die beiden Blechteile sind auf diese Weise formschlüssig mitein- ander verfügt. Der hohle Innenraum der Ausformung ist zumindest partiell mit einem Kunststoffteil ausgefüllt.

Bei dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil sind die Vorteile eines reinen Blechbauteils in Bezug auf die hohe Stabilität und Elastizität kombiniert mit den Vorteilen eines Blech-Kunststoff-Hybridbauteils, insbesondere dem ge- ringen Gewicht des Hybridbauteils. Indem die beiden Blechteile nach Art ei- ner Clinch-Verbindung verfügt sind, ist insbesondere eine geringe Material- belastung an der Fügestelle sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit der Blechteile an der Fügestelle gewährleistet. Sowohl die Stabilität der Füge- stelle als auch deren Korrosionsbeständigkeit wird darüber hinaus durch die Ausfüllung der Ausformung des ersten Blechteils mit Kunststoff weiter ver- bessert. Von besonderem Vorteil ist, dass das Hybridbauteil in einem einzi- gen, einfach zu realisierenden Arbeitsschritt, und damit besonders günstig herstellbar ist.

Vorteilhafterweise kann die Fügestelle je nach Bedarf punktartig diskret oder langgestreckt sein. In letzterem Fall bildet die Fügestelle eine ausgedehnte, nahtartige Struktur aus. In einer zweckmäßigen Ausbildung des erfindungs- gemäßen Hybridbauteils weitet sich der Innenraum der Ausformung zu deren Freiende hin auf. Hierdurch wird erreicht, dass der diesen Innenraum ausfül- lende Kunststoff wiederum das erste Blechteil hinterschneidet. Hierdurch wird das Kunststoffteil besonders stabil mit dem ersten Blechteil verbunden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Darin zeigen : Fig. 1 in einem schematischen Querschnitt ein Spritz-und Füge- werkzeug zur Herstellung eines Hybridbauteils mit zwei darin eingelegten Blechteilen, Fig. 2 und 3 das Spritz-und Fügewerkzeug gemäß Fig. 1 zu aufeinan- der folgenden Prozesszeitpunkten bei der Herstellung des Hybridbauteils, Fig. 4 in einem schematischen Querschnitt das mittels des Spritz- und Fügewerkzeugs gemäß Fig. 1 hergestellte Hybridbau- teil, Fig. 5 bis 7 in Darstellung gemäß den Fig. 1 bis 3 eine alternative Ausführungsform des Spritz-und Fügewerkzeugs, Fig. 8 in Darstellung gemäß Fig. 4 das durch das Spritz-und Fü- gewerkzeug gemäß Fig. 5 hergestellte Hybridbauteil, Fig. 9 bis 11 in Darstellung gemäß den Fig. 1 bis 3 eine weitere Ausfüh- rungsform des Spritz-und Fügewerkzeugs, Fig. 12 in einem schematischen Querschnitt das durch das Spritz- und Fügewerkzeug gemäß Fig. 9 hergestellte Hybridbauteil, und Fig. 13 bis 14 weitere alternative Ausführungsformen eines Spritz-und Fügewerkzeugs.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in den Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Spritz-und Fügewerkzeug 1 zur Herstellung eines Hybridbau- teils 2. Das Hybridbauteil 2, das in Fig. 4 in seinem fertigen Zustand gezeigt ist, umfasst ein erstes Blechteil 3, ein zweites Blechteil 4 sowie ein im Zuge des Herstellungsverfahrens anzuspritzendes Kunststoffteil 5 (Fig. 4).

Das Spritz-und Fügewerkzeug 1 umfasst ein erstes Halbstück 6 und ein zweites Halbstück 7, die jeweils schalenartig aufgebaut sind. Das erste Halb- stück 6 ist dabei an einer Innenseite 8 mit einer Vertiefung versehen, die zur Aufnahme einer Kunststoffschmelze K (Fig. 2) bestimmt und nachfolgend als Gussform 9 bezeichnet ist. Die Gussform 9 ist durch einen Einspritzkanal 10 mit der Außenseite 11 des Spritz-und Fügewerkzeugs 1 verbunden.

Das zweite Halbstück 7 ist an seiner Innenseite 12 mit einer Aussparung 13 versehen, die als Matrize für das im Zuge des Herstellungsverfahrens des Hybridbauteils 2 umgeformte Blechteil 3 dient.

Zur Herstellung des Hybridbauteils 2 werden gemäß Fig. 1 die Halbstücke 6 und 7 mit ihren jeweiligen Innenseiten 8 bzw. 12 aneinandergelegt, wobei die Blechteile 3 und 4 zwischen die Halbstücke 6 und 7 eingelegt werden, so dass das erste Blechteil 3 an der Innenseite 8 des ersten Halbstücks 6 an- liegt und das zweite Blechteil 4 an der Innenseite 12 des zweiten Halbstücks 7 anliegt. Die Halbstücke 6 und 7 sind dabei derart konstruiert, dass die Wand 14 der Gussform 9 zusammen mit dem anliegenden Blechteil 3 einen abgedichteten Druckraum für die Kunststoffschmelze K bildet. Die Halbstü- cke 6 und 7 sind weiterhin so ausgebildet, dass die Aussparung 13 etwa fluchtend mit der Gussform 9 angeordnet ist, und dass die Blechteile 3 und 4 im Bereich der Gussform 9 und der gegenüberliegenden Aussparung 13 flä- chig aneinander anliegen.

In das zweite Blechteil 4 ist ein Durchbruch 15 eingebracht, der bei in das Spritz-und Fügewerkzeug 1 eingelegtem Blechteil 4 innerhalb des durch die Aussparung 13 und die Gussform 9 gebildeten Hohlraums liegt. Der Durch- bruch 15 ist wahlweise punktartig oder nahtartig langgestreckt ausgebildet.

Bei aneinander angelegten Blechteilen 3 und 4 ist die Gesamtblechstärke im Bereich des Durchbruchs 15 geschwächt. Der Durchbruch 15 definiert hier- durch durch seine Form eine Fügestelle 16, an der im Zuge des nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahrens eine Umformung des ersten Blech- teils 3 erfolgt.

Nach dem Einlegen der Blechteile 3 und 4 in das Spritz-und Fügewerkzeug 1 wird gemäß Fig. 2 die Kunststoffschmelze K durch den Einspritzkanal 10 in die Gussform 9 eingeleitet. Sobald der durch die Gussform 9 und das erste Blechteil 3 begrenzte Raum mit der Kunststoffschmelze K gefüllt ist'baut sich infolge des Einspritzdrucks der Kunststoffschmeize K im Inneren der Gussform 9 ein hydrostatischer Druck auf, der das Blechteil 3 in Richtung des Blechteils 4 belastet. Unter Wirkung dieses hydrostatischen Drucks wird das Blechteil 3 im Bereich des Durchbruchs 15 ausgebogen. Es bildet sich somit eine zunächst beulenförmige Ausformung 17 des ersten Blechteils 3, die das zweite Blechteil 4 durchsetzt. Bei kontinuierlicher Nachförderung der Kunststoffschmelze K wächst die Ausformung 17 zunächst in Richtung des Bodens 18 der Aussparung 13.

Nachdem die Ausformung 17 am Boden 18 zur Anlage gekommen ist, wächst sie gemäß Fig. 3 unter dem kontinuierlich fortdauernden Druck der Kunststoffschmeize K in lateraler Richtung, d. h. parallel zur Ebene der Blechteile 3 und 4 weiter. Hierbei nimmt die Ausformung 17 eine etwa knopfartige Form an, dank derer die Ausformung 17 um die Ränder des Durchbruchs 15 herumgreift. Das erste Blechteil 3 hinterschneidet also das zweite Blechteil 4 und ist somit formschlüssig mit diesem verbunden. Sobald der Fügeprozess der Blechteile 3 und 4 abgeschlossen ist, wird analog zu einem herkömmlichen Spritzgussverfahren die in der Gussform 9 befindliche Kunststoffschmelze K zur Erstarrung gebracht, wodurch das Kunststoffteil 5 gebildet wird. Die Halbstücke 6 und 7 werden anschließend voneinander ent- fernt und das in Fig. 4 in fertigem Zustand gezeigte Hybridbauteil 2 ausge- worfen.

Wie insbesondere in Fig. 4 zu erkennen ist, füllt das Kunststoffteil 5 den hoh- len Innenraum 19 der Ausformung 17 aus. Dank der sich zum Freiende 20

der Ausformung 17 hin aufweitenden Form des Innenraums 19 hinterschnei- det das Kunststoffteil 5 wiederum das erste Blechteil 3 und ist somit form- schlüssig und damit besonders stabil mit dem ersten Blechteil 3 verbunden.

Die Blechteile 3 und 4 sowie das Kunststoffteil 5 bilden somit eine fest zu- sammenhängende Einheit, die hinsichtlich ihrer Stabilität und Elastizität die vorteilhaften Eigenschaften einer Blech-Blech-Verbindung aufweist, wobei das Kunststoffteil 5 diese Verbindung bei nur vergleichsweise geringem Ge- wichtszuwachs zusätzlich stabilisiert. Bevorzugt wird im Zuge des Fügepro- zesses im Wesentlichen nur das erste Blechteil 3 umgeformt, während das zweite Blechteil 4 im Wesentlichen seine Form behält. Dieses Ziel wird in gu- ter Näherung dadurch erreicht, dass das zweite Blechteil 4 stärker ausgelegt ist als das erste Blechteil 3 und/oder aus einem härteren Material hergestellt ist. Die Form des Kunststoffteils 5 kann durch entsprechende Formgebung der Gussform 9 auf einfache Weise beliebig bedarfsangepasst gestaltet wer- den.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine alternative Ausführung des Spritz-und Füge- werkzeugs 1 bei der Herstellung eines geringfügig modifizierten Hybridbau- teils 2, das in fertigem Zustand in Fig. 8 dargestellt ist. Der Aufbau des in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Spritz-und Fügewerkzeugs 1 entspricht weit- gehend dem der vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform. Im Gegensatz zu dort umfasst das erste Halbstück 6 je- doch einen Druckstempel 21, der die Decke 22, und damit einen Teil der Wand 14 der Gussform 9 bildet und senkrecht zur Ebene der Blechteile 3 und 4 verschiebbar ist.

Zur Herstellung des Hybridbauteils 2 wird gemäß Fig. 6 wiederum die Kunst- stoffschmeize K durch den Einspritzkanal 10 in die Gussform 9 eingeleitet.

Danach wird der Druckstempel 21 mit einer in Richtung des zweiten Halb- stücks 7 wirkenden Kraft F belastet. Hierdurch wird auf die Kunststoffschmel- ze K ein Druck ausgeübt, der den gewöhnlichen Einspritzdruck der Kunst- stoffschmeize K, insbesondere um ein Vielfaches, übersteigt.

Unter Wirkung dieses Drucks kommt es in der vorbeschriebenen Weise wie- derum zur Ausbildung der Ausformung 17 des ersten Blechteils 3, die sich

hinter dem Blechteil 4 verkrallt. Im Zuge des Fügeprozesses wird der Druck- stempel 21 aus seiner in Fig. 5 gezeigten Ruhestellung sukzessive in die in Fig. 7 gezeigte Belastungsstellung verfahren. Dabei wird, wie in Fig. 6 ge- zeigt, der Einspritzkanal 10 durch den Druckstempel 21 verschlossen. Es wird also in der Gussform 9 und dem Innenraum 19 der Ausformung 17 ein Kunststoffvolumen V isoliert. Dies erlaubt insbesondere die Applikation be- sonders hoher Drücke auf die im Kunststoffvolumen V enthaltene Kunststoff- schmelze K, ohne dass ein Teil der Kunststoffschmelze K durch den Ein- spritzkanal 10 zurückgedrückt würde. Außerdem wird durch den Abschluss des Einspritzkanals 10 ein störender Anspritzgrat von vornherein vermieden.

In der Ausführung gemäß den Fig. 5 bis 7 ist der Druckstempel 21 mit einem auf das Blechteil 3 hin ausgewölbten Profil versehen. Mit diesem Profil greift der Druckstempel in der in Fig. 7 gezeigten Belastungsstellung in den Innen- raum 19 der Ausformung 17 ein. Damit kann bei Bedarf erreicht werden, dass das durch Erstarrung der Kunststoffschmelze K gebildete Kunststoff- teil 5 den Innenraum 19 der Ausformung 17 nur partiell ausfüllt und insbe- sondere nicht über die Oberfläche des ersten Blechteils 3 hervorsteht.

Mittels geeigneter Wahl der Profilform des Druckstempels und der Form der Ausformung 17, lässt sich die Hinterschneidung der Blechteile 3 und 4 beeinflussen. Durch verstärktes radiales oder laterales Fließen der Kunststoffschmelze K, kann die Hinterschneidung des durch Erstarrung der Schmelze K gebildeten Kunststoffteils 5 und dem Blechteil 3 vergrößert werden, was zu einer besseren Verkrallung der Blechteile 3 und 4 beiträgt.

Es ist für die Funktionsfähigkeit des Spritz-und Fügewerkzeugs 1 prinzipiell unerheblich, in welche Richtung die Kraftwirkung des Druckstempels 21 ge- richtet ist. Dies ist anhand einer in den Fig. 9 bis 11 dargestellten weiteren Ausführungsform des Spritz-und Fügewerkzeugs 1 demonstriert. Der Auf- bau dieser Ausführungsform entspricht wiederum weitgehend dem Aufbau der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform. Ebenso erfolgt die Herstellung des durch das Spritz-und Fügewerkzeug 1 gemäß Fig. 9 hergestellten Hybrid- bauteils 2, das in fertigem Zustand in Fig. 12 gezeigt ist, auf die vorstehend beschriebene Weise.

Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß, Fig. 5 ist bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel der Druckstempel 21 partiell entlang des Ein- spritzkanals 10 geführt und etwa parallel zur Ebene der Blechteile 3 und 4 verschiebbar. Der Einspritzkanal 10 ist in der in Fig. 9 dargestellten Ausfüh- rung L-förmig gewinkelt und wird wiederum bei Verschiebung des Druck- stempels 21 von der in Fig. 9 gezeigten Ruhestellung in die in Fig. 11 ge- zeigte Belastungsstellung durch den Druckstempel 21 verschlossen.

Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsformen für ein Spritz-und Fügewerkzeug 1 weist das in Figur 13 dargestellte Spritz-und Fügewerkzeug 1 ein zweites Halbstück 7 auf, welches im Bereich der Aus- sparung 13 mit Freisparungen 24 versehen ist. Eine derartige Ausfüh- rungsform des Spritz-und Fügewerkzeugs 1 ermöglicht eine Umformung auch von ungelochten Blechteilen 3 und 4. Dabei werden das erste und das zweite Blechteil 3 bzw. 4 an der Fügestelle 16 unter dem Druck der Kunst- stoffschmeize K gemeinsam verformt.

In Figur ist eine weitere alternative Ausführungsform für ein Spritz-und Fügewerkzeug 1 dargestellt, weiches einen Druckstempel 21 zur mechanischen Druckerhöhung aufweist. Auf der linken Seite der Figur 14 ist dabei eine Stellung"Auf'und auf der rechten Seite der Figur 14 eine Stellung"Zu"des Fügewerkzeugs 1 dargestellt. Durch separates Führen der einzelnen Druckstempel 21 kann der jeweilige Einspritzkanal 10 zum Zuführen der Kunststoffschmeize K teilweise oder vollständig geöffnet bzw. geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich können die jeweiligen Druckstempel 21 hohl ausgebildet sein. In diesem Fall dienen die Druckstempel 21 auch als Einspritzkanai 10 für die Kunststoffschmeize K.

Bezugszeichenliste 1 Spritz-und Fügewerkzeug 2 Hybridbauteil 3 (erstes) Blechteil 4 (zweites) Blechteil 5 Kunststoffteil 6 (erstes) Halbstück 7 (zweites) Halbstück 8 Innenseite 9 Gussform 10 Einspritzkanal 11 Außenseite 12 Innenseite 13 Aussparung 14 Wand 15 Durchbruch 16 Fügestelle 17 Ausformung 18 Boden 19 Innenraum 20 Freiende 21 Druckstempel 22 Decke 24 Hinterschnitt K Kunststoffschmelze F Kraft V Kunststoffvolumen