Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils, das aus einer Leichtmetallgusslegierung gegossen ist und eine Fügefläche aufweist, mit einem weiteren Bauteil, das ebenfalls eine Fügefläche aufweist.

Um an der Fügefläche des ersten Bauteils vor dem Verbinden mit dem anderen Bauteil definierte Bedingungen herzustellen, wird in der betrieblichen Praxis in einem ersten Arbeitsschritt an der betreffenden Oberfläche des ersten Bauteils üblicherweise über eine bestimmte Dicke der an die betreffende Fügefläche angrenzenden Oberflächenschicht Material abgetragen. Durch diesen auch .Aktivierung“ genannten Arbeitsschritt erhält die Fügefläche eine bestimmte Oberflächenrauigkeit und es werden beispielsweise auf der Fügefläche .

vorhandene Oxidschichten oder desgleichen abgetragen, die sich ungünstig auf die Haltbarkeit einer Klebeverbindung auswirken könnten. Jädoch besteht auch im Fall, dass das erste Bauteil und das andere Bauteil durch eine form- oder kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden werden sollen, wie

beispielsweise durch eine Nietverbindung oder durch eine

Durchsetzfügeverbindung, die Forderung nach einem definierten

Oberflächenzustand im Bereich der Flächen, an denen die miteinander zu verbindenden Guss- und Bauteile zusammengefügt werden.

Das an seiner Fügefläche aktivierte erste Bauteil wird in Kontakt mit der

Fügefläche des mit ihm zu verbindenden weiteren Bauteils gebracht, so dass die Fügeflächen von erstem Bauteil und weiterem Bauteil aneinander liegen.

Anschließend wird dann im Bereich der aneinander liegenden Fügeflächen von erstem Bauteil und vom weiteren Bauteil eine kraft-, form- und/oder

stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil und dem weiteren Bauteil hergestellt.

Um die Forderung nach einem definierten, für die jeweilige Verbindungsart optimierten Oberflächenzustand im Bereich der Fügefläche zu erfüllen, wird in der Praxis von der Fügefläche durch Schleifen oder Polieren mechanisch die Materialschicht abgetragen, die die Haltbarkeit der im Bereich der Fügefläche herzustellende Verbindung möglichenweise negativ beeinflussen könnte.

Gleichzeitig wird durch die schleifende oder polierende Bearbeitung die vorgegebene Rauigkeit an der Fügefläche hergestellt.

Bei ebenen oder gleichmäßig gekrümmten Fügeflächen kann der mechanische Materialabtrag exakt reproduzierbar maschinell in einem automatisierten

Bearbeitungsvorgang erledigt werden. Liegen im Bereich der Fügefläche jedoch komplexe Formen vor, wie beispielsweise enge Radienverläufe oder

Hinterschnitte, so kann in vielen Fällen der erforderliche Materialabtrag nur händisch vorgenommen werden. Dies bringt nicht nur einen erheblichen

Bearbeitungsaufwand mit sich, sondern macht auch im Hinblick aUf die

Qualitätssicherung und die Reproduzierbarkeit des Bearbeitungsergebnisses besondere Vorkehrungen notwendig, die zusätzlichen Aufwand bedeuten.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum

Verbinden eines Bauteils mit einem weiteren Bauteil zu nennen, mit dem es bei minimiertem Aufwand möglich ist, auch strengsten Anforderungen an die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit der Fügefläche des für die Verbindung

bereitgestellten Bauteils zu erfüllen.

Die Erfindung hat diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene

Verfahren gelöst. Es versteht sich dabei von selbst, dass bei der Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens der Fachmann nicht nur die in den

Ansprüchen erwähnten und hier erläuterten Verfahrensschritte absolviert, sondern auch alte sonstigen Schritte und Tätigkeiten ausführt, die bei der praktischen Umsetzung derartiger Verfahren im Stand der Technik regelmäßig durchgeführt werden, wenn sich hierzu die Notwendigkeit ergibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen

Ansprüchen angegeben und werden wie der allgemeine Erfindungsgedanke nachfolgend im Einzelnen erläutert.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils, das aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt ist und eine Fügefläche aufweist, mit einem weiteren Bauteil, das ebenfalls eine Fügefläche aufweist, wird somit in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik a) mindestens an der Fügefläche des ersten Bauteils ein Materialabtrag

vorgenommen, b) das weitere Bauteil mit seiner Fügefläche an die Fügefläche des ersten

Bauteils angesetzt, so dass die Fügeflächen von erstem Bauteil und weiterem Bauteil aneinander liegen, und c) im Bereich der aneinander liegenden Fügeflächen eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem weiteren Bauteil hergestellt.

Erfindungsgemäß wird nun im Arbeitsschritt a) der Materialabtrag an der

Fügefläche des Bauteils mittels Hochdrückwasserstrahlen vorgenommen. Die Erfindung macht sich somit die aus dem Stand der Technik an sich bereits für das Aufrauen von Oberflächen von Zylindern von Verbrennungsmotoren von bekannte (s. EP 0 568 315 B1 und DE 10 2009 019 674 B4) Möglichkeit zu Nutze, mittels Wasserhochdruckstrahlen einen gezielten Materialabtrag an der jeweils bearbeiteten Oberfläche vorzunehmen und damit einhergehend eine bestimmte Oberflächenrauigkeit einzustellen. Dabei hat sich gezeigt, dass das Wasserhochdruckstrahlen nicht nur dazu geeignet ist, einen Oberflächenzustand an einem Leichtmetallbauteil herzustelleh, der die entsprechend bearbeitete Fläche für eine Oberflächenbeschichtung oder desgleichen geeignet macht, sondern auch für den Abtrag einer Oberflächenschicht, die so dick ist, dass optimale Voraussetzungen geschaffen sind für die Herstellung einer

stoffschlüssigen (Verklebung) oder kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung (Vernietung, Durchsetzfügeverbindung, Verschraubung etc.).

Als besonders günstig erweist es sich, dass sich mittels

Wasserhochdruckstrahlen auch bei einer automatisierten

Verfahrensdurchführung komplexe Oberflächengestaltungen und -Verläufe der Fügeflächen problemlos bearbeiten lassen. So können mittels eines

Hochdruckwasserstrahls Hiriterschneidungen, enge Radienveriäufe und desgleichen ohne Weiteres bearbeitet werden.

Um einen ausreichenden Materialabtrag zu gewährleisten, kann der

Wasserstrahl, der erfindungsgemäß beim Hochdruckwasserstrahlen im

Arbeitsschritt a) auf die zu bearbeitende Fügefläche gerichtet ist, mit einem Druck von 600 - 850 bar ausgebracht werden, wobei besonders gute

Arbeitsergebnisse bei einem Druck von 650 - 750 bar zu erwarten sind.

Die Wirkung des Hochdruckwasserstrahls kann dabei dadurch weiter optimiert werden, dass der Hochdruckwasserstrahl gepulst ausgebracht wird, wobei sich eine Pulsung im Ultraschallbereich als besonders effektiv herausgestellt hat. Typischenweise werden dabei erfinduhgsgemäß die Pulse mit einer Frequenz von 18.500 - 22.000 Hz ausgebracht, wobei sich Pulse von 19.500 - 20.000 Hz als besonders effektiv erwiesen haben.

Der Vorschub, mit dem der Hochdruckwasserstrahl entlang der zu bearbeitenden Fläche bewegt wird, liegt typischenweise bei 1 bis 50 mm/s.

Die Gestaltung der Öffnung der Düse, die zum Ausbringen des

Hochdruckwasserstrahls eingesetzt wird, insbesondere der geeignete

Düsendurchmesser, werden bei im Rahmen der voranstehend erläuterten Maßgaben (Druck, optionale Pulsation, Vorschubgeschwindigkeit) empirisch so bestimmt, dass der gewünschte Materialabtrag innerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit erledigt wird.

Als Zielgröße für den Materialabtrag kann dabei eine bestimmte Ebenheit der zu behandelnden Fläche gelten. So lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos Oberflächenebenheiten erzeugen, bei denen die maximale Abweichung von einer perfekt ebenen Fläche höchstens ± 0,5 mm, insbesondere höchstens ± 0,3 mm oder höchstens 0,2 mm beträgt.

Der Hochdruckwasserstrahl kann erfindungsgemäß auch in Abhängigkeit von der Topographie der zu bearbeitenden Fläche ausgebracht werden. Hierzu kann die Oberflächentopographie bildtechnisch (z.B. durch einen Oberflächenscan) erfasst werden. Aus der erfassten Topographie können dann die Bereiche ermittelt werden, an denen ein Materialabtrag für die Erzeugung einer

bestimmten Ebenheit der Gesamtfläche erforderlich ist. Auf diese Weise kann sich die erfindungsgemäße Hochdruckwasserstrahl-Bearbeitung gezielt auf diejenigen Oberflächenbereiche beschränken, in denen für die jeweils

angestrebte Ebenheit der Gesamtfläche ein intensiverer Materialabtrag notwendig ist. Weniger unebene Flächenabschnitte können dann weniger intensiv oder bei der Bearbeitung ausgespart werden, weil sie bereits den an die Ebenheit der Gesamtfläche gestellten Anforderungen genügen. Die bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise durch die Anwendung des

Wasserhochdruckstrahlens an der Oberfläche der bearbeiteten Fügefläche des ersten Bauteils erzielbare mittlere Rautiefe Rz (bestimmt gemäß DIN EN 25178) beträgt nach dem Arbeitsschritt a) typischerweise 1pm - 6pm.

Dabei lässt sich im Arbeiteschritt a) durch Wasserhochdruckstrahlen

insbesondere dann, wenn der Wasserstrahl mit den voranstehend angegebenen Drücken ausgebracht wird, von der Fügefläche des ersten Bauteils zuverlässig eine 0,1 - 0,15 mm dicke Oberflächenschicht gleichmäßig und vollständig reproduzierbar abtragen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es so zuverlässig und reproduzierbar, vor dem Fügevorgartg die sich unvermeidbar an der Fügefläche bildende natürliche Oxidschicht abzutragen. Die

erfindungsgemäß behandelte Fügefläche weist eine definiert gleichmäßige Oberfläche auf, die ein verbessertes Fügeergebnis gewährleistet.

Es versteht sich von selbst, dass im Fall , dass beide miteinanderzu fügende Bauteile aus einem Leichtmetallwerkstoff gefertigt sind, die erfindungsgemäße Hochdruckwasserstrahl-Behandlung an den Fügeflächen sowohl des ersten als auch des mit ihm zu fügenden weiteren Bauteils vorgenommen werden kann.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anwendung des

Hochdruckwasserstrahlens zum Bearbeiten der Fügefläche des jeweiligen Bauteils besteht darin, dass auf diese Weise die Bearbeitung der Fügefläche in einen Prozess eingebunden werden kann, bei dem das jeweilige Bauteil für die Weiterverarbeitung gereinigt wird. Da für das Reinigen des jeweiligen Bauteils und das erfindungsgemäß angewendete Hochdruckwasserstrahlen der

Fügefläche des betreffenden Bauteils dasselbe Medium verwendet werden kann, können Reinigung und erfindungsgemäße Bearbeitung der Fügefläche

problemlos in einem kontinuierlichen Ablauf aufeinander folgend oder zeitgleich durchgeführt werden. Erfindungsgemäß kann somit der zum Reinigen des jeweiligen Bauteils durchgeführte Waschvorgang, vor, während oder nach dem durch Anwendung des Hochdruckwasseretrahlen absolvierten Arbeiteschritt a) durchgeführt werden.

Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorbereitung eines Bauteils, das mit dem weiteren Bauteil im Arbeiteschritt c) im Bereich ihrer aneinander liegenden Fügeflächen verklebt wird.

Dabei lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Bauteilen, die als

Gussteile aus einer Leichtmetallgusslegierung, insbesondere einer

Aluminiumgusslegierung gegossen sind, besonders effektiv durchführen.

Beispiele für Bauteile, die sich in erfindungsgemäßer Weise auf besonders einfache und effektive Art miteinander verbinden lassen, sind auf der einen Seite ein Träger oder ein Gehäuse, die das erste Bauteil bilden, und auf der anderen Seite eine Batterie, die zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie vorgesehen ist und das mit dem ersten Bauteil zu verbindende zweite Bauteil bildet. Die Erfindung ermöglicht es hier auf einfache Weise die Fügefläche des Trägers oder des Gehäuses, an der die Batterie mit ihrer zugeordneten

Fügefläche zur Anlage kommt, so zu ebnen, dass zwischen den nach dem Arbeiteschritt c) aneinander liegenden Fügeflächen des Gehäuses oder Trägers einerseits und der Batterie andererseits ein so intensiver thermisch leitender Kontakt besteht, dass auf zusätzliche Hilfemittel zur Wärmeübertragung, wie Wärmleitpasten und desgleichen, verzichtet werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt schematisch einen Abschnitt eines Strukturbauteils 1 einer hier nicht dargestellten Tragstruktur für eine hier ebenfalls nicht

därgestellte Kraftfahrzeugkarosserie. Bei dem Strukturbäuteil 1 kann es sich beispielsweise um einen Querträger der hinteren Radaufhängung oder desgleichen handeln, der bei der Montage der Tragstruktur mittels Klebeverbindungen an die jeweils angrenzenden, beispielsweise aus Blechmaterial geformten Bauteile angebunden wenden soll, die hier ebenso nicht dargestellt sind. Bei den Bauteilen, mit denen das Strukturbauteil 1 verbunden werden soll, kann es sich um ein Bodenblech, einen Längsträger oder desgleichen handeln.

Das Strukturbauteil 1 ist in konventioneller Weise aus einer für diese Zwecke bekannten Aluminiumgusslegierung gegossen worden.

Für die Anbindung an das jeweilige Bauteil der Tragstruktur der

Kraftfahrzeugkarosserie sind an dem Strukturbauteil 1 an verschiedenen Stellen Fügeflächen 2,3,4 vorgesehen. Die Fügeflächen 2,3,4 können dabei in engen Radien gewölbt, in Bereichen des Strukturbauteils 1 angeordnet sein, an denen der freie direkte Zugang durch andere Formelemente des

Strukturbauteils 1 behindert wird, oder mit Hinterschneidungen versehen sein, die benötigt werden, um beispielsweise neben der durch die beabsichtigte Verklebung hergestellten stoffschlüssigen Verbindung auch eine

formschlüssige Verkopplung des Strukturbauteils 1 mit dem anzubindenden Bauteil herzustellen.

Um die Fügeflächen 2,3,4 für die Verklebung vorzubereiten, durchläuft das Strukturbauteil 1 einen konventionellen Waschprozess, bei dem die

Oberflächen des Strukturbauteils 1 vollständig von Fett und sonstigen

Rückständen befreit werden, die aus den vorangegangenen Arbeitsschritten stammen, die das Strukturbauteil 1 bei seiner Erzeugung durchlaufen hat.

In den Waschprozess eingebunden ist eine materialabtragende Bearbeitung, durch die eine an den Fügeflächen 2,3,4 vorhandene, an die freie Oberfläche der Fügeflächen 2,3,4 grenzende Deckschicht über eine Dicke von beispielsweise 0,1 mm entfernt und an der Fügefläche eine

Oberflächenrauigkeit Rz von beispielsweise 200 pm (0,2 mm) hergestellt wird, um die Fügeflächen 2,3,4 für die anschließende Verklebung mit dem jeweils zugeordneten Bauteil der Tragstruktur zu aktivieren.

Für diese materialabtragende Bearbeitung ist eine konventionelle

Hochdruckwasserstrahl-Einrichtung vorgesehen, von der ^' hier nur der

Düsenkopf 5 dargestellt ist. Der Düsenkopf 5 kann beispielsweise an einem Roboterarm oder einer vergleichbaren Stelleinrichtung gehalten sein, die den Düsenkopf 5 in allen Freiheitsgraden C,U,Z bewegen kann, welche

erforderlich sind, um in einer systematischen Bewegungsabfolge die jeweils zu bearbeitende Fügefläche 2,3,4 mit dem von dem Düsenkopf 5

ausgebrachten Hochdruckwasserstrahl 6 einem hierzu vorgesehenen, über die jeweilige Fügefläche 2,3,4 verlaufenden Bearbeitungspfad P mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1 - 50 mm/s sukzessive zu überstreichen.

Der aus dem Düsenkopf 5 austretende, mit einem Druck von typischenweise bis zu 850 bar beaufschlagte Hochdruckwasserstrahl 6 trifft mit hoher kinetischer Energie auf die jeweilige Fügefläche 2,3,4, so dass im jeweiligen Auftreffbereich die dort vorhandene Deckschicht von dem sie tragenden Gusssubstrat des Strukturbauteils 1 in Form von feinen Partikeln vollständig abgelöst und gleichzeitig an der so freigelegten Oberfläche eine durch in unregelmäßiger Verteilung vorliegende Berge und Täler gekennzeichnete Oberflächenstruktur hinterlassen werden, welche die geforderte

Oberflächenrauigkeit Rz bilden,

Die von den Fügeflächen 2,3,4 abgetragenen Materialpartikel werden vom Hochdruckwasserstrahl 6 weggeschwemmt, so dass nach der Bearbeitung durch den Hochdruckwasserstrahl vollständig saubere Fügeflächen 2,3,4 zur Verfügung stehen. Zur Herstellung der Klebeverbindung werden die so bearbeiteten Fügeflächen 2,3,4 in bekannter Weise mit einem Klebstoff benetzt. Anschließend wird das Strukturbauteil 1 mit seinen Fügeflächen 2,3,4 an die korrespondierenden Fügeflächen der zugeordneten Bauteile der Tragstruktur angesetzt, so dass der nun zwischen den Fügeflächen 2,3,4 des Strukturbauteils 1 und den an ihnen sitzenden Fügeflächen des jeweils zu verbindenden Bauteils der Tragstruktur sitzende Klebstoff wirksam werden und nach der gegebenenfalls erforderlichen Aushärtung eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt ist.

BEZUGSZEICHEN

1 Strukturbauteil, gegossen aus einer Aluminiumgusslegierung

2,3,4 Fügeflächen des Strukturbauteils 1

5 Düsenkopf

6 Hochdruckwasserstrahl

P Pfad, dem folgend der Hochdruckwasserstrahl 6 die jeweilige

Fügefläche 2,3,4 überstreicht

C,U,Z Raumrichtungen (Freiheitsgrade der Bewegung des Düsenkopfs

5)