Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus einem ersten und einem zweiten Fügeelement mittels eines Klebstoffs und zumindest einer Fließformschraube.

Im Stand der Technik sind bereits Verfahren zur Herstellung eines Verbund- bauteils aus zwei Fügeelementen mittels eines Klebstoffs und einer Fließ formschraube bekannt. Durch diese Verfahren werden zumeist zwei ebene Bleche oder ein ebenes Blech mit einem anderen Bauteil als Fügeelemente verbunden. Die Verbindung der Bleche bzw. des Blechs mit dem Bauteil soll durch den Klebstoff und die Fließformschraube möglichst belastbar ausgebil- det sein. Beim Verbinden der Bleche bzw. des Blechs mit dem Bauteil durch die Fließformschraube dringt diese zumindest in eines der beteiligten Fü geelemente ein und formt dabei ein Loch und ein Gewinde. Bei der Formung des Lochs und des Gewindes wird Material aufgeschmolzen und verdrängt. Das verdrängte Material wird bei den bekannten Verfahren zumindest zum Teil zwischen die Fügeelemente transportiert. Das Material zwischen den Fügeelementen lässt zwischen diesen einen Spalt entstehen und Verformt zumindest eines der Fügeelemente unkontrolliert. Durch die Spaltbildung wird die zwischen den Fügeelementen angeordnete Klebeschicht aus dem Klebstoffs gestört, sodass die Klebeschicht im Bereich des Spalts eine im Vergleich zu den umliegenden Bereichen geringere Adhäsion zu den Fü geelementen ausbildet. Die gestörten Bereiche der Klebeschicht können dadurch im Vergleich zu den umliegenden Bereichen, in denen es nicht zu einer Spaltbildung gekommen ist, deutlich geringere Kräfte aufnehmen, be vor es durch die geringere Adhäsion zu einem Bruch kommt.

Um die Spaltbildung zu vermeiden ist desweiteren bekannt für die Fließform schrauben eine Vorbohrung vorzusehen, sodass eine geringere Menge an Material verdrängt werden muss und dadurch eine geringere Menge an Ma terial zwischen die Fügeelemente gefördert wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass es weiterhin zu einer Spaltbildung kommt, die gegenüber einem Verfah ren ohne Vorbohrung lediglich geringer ausfällt. Desweiteren ist zur Herstel lung der Vorbohrungen ein weiterer Verfahrensschritt notwendig, der zeit- aufwändig und teuer ist, da hierfür sonst nicht benötigte Maschinen vorgese hen werden müssen und die Fügeelemente in dieser Maschine positioniert werden müssen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nach teile zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils bereitzustellen, bei dem die sich zwischen einem ersten und einem zweiten Fügeelement ausbildende Klebeschicht eine im Wesentlichen gleichmäßig hohe Adhäsion aufweist und die Fügeelemente nicht unkontrolliert umge formt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils vorgeschlagen. Das Verbundbauteil besteht aus einem ersten Fügeelement und einem zweiten Fügeelement. Das Verfahren umfasst zumindest die fol genden Schritte: a. Aufbringen eines Klebstoffs auf eine Fügefläche des ersten Fügeele

ments; b. Anordnen einer Fügefläche des zweiten Fügeelements auf der Fügeflä- che des ersten Fügeelements, wobei dadurch der Klebstoff flächig zwi schen den Fügeelementen verteilt wird und zu einer noch nicht ausgehär teten Klebeschicht zwischen den Fügeelementen umgeformt wird; c. Fixieren des zweiten Fügeelements auf dem ersten Fügeelement durch Einschrauben jeweils einer Fließformschraube an zumindest einer

Schraubposition an dem zweiten Fügeelement, wobei die jeweils eine Fließformschraube durch das zweite Fügeelement in das erste Fügeele ment bei gleichzeitigem Fließlochformen eines Lochs und eines Gewin des für die jeweilige Fließformschraube in das erste Fügeelement einge- schraubt wird.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fixieren des zwei ten Fügeelements auf dem ersten Fügeelement in der Fügefläche des zwei ten Fügeelements eine Vertiefung ausgebildet wird. Die Vertiefung ist um die zumindest eine Schraubposition, an der die jeweilige Fließformschraube das zweite Fügeelement durchdringt, ausgebildet, sodass das Material, das von der Fließformschraube verdrängt wird, zumindest teilweise von der Vertie fung aufgenommen wird. Durch die Vertiefung bildet sich zwischen dem ers ten und dem zweiten Fügeelement ein Hohlraum aus. Dieser wird beim An ordnen des zweiten Fügeelements auf dem ersten Fügeelement und dem Fixieren des zweiten Fügeelements an dem ersten Fügeelement mit Kleb stoff gefüllt. Das beim Einschrauben der Fließformschraube in das erste Fü geelement durch die Fließformschraube verdrängte Material wird zumindest zum Teil in Richtung des zweiten Fügeelements bewegt. Das gesamte Mate rial, das aus dem ersten Fügeelement heraus in Richtung des zweiten Fü- geelements bewegt wird und bei einem herkömmlichen Verfahren zur Spalt bildung führen würde, wird von dem Hohlraum zwischen dem ersten und zweiten Fügeelement aufgenommen, sodass es nicht zu einer Spaltbildung kommt. Weist das zweite Fügeelement keine Durchgangsbohrung auf, so dass die Fließformschraube auch in dem zweiten Fügeelement ein Loch und ein Gewinde ausbildet, wird zumindest ein Teil des dabei verdrängten Mate rials ebenfalls in den Hohlraum transportiert, wobei dieser ausgebildet ist auch dieses Material aufzunehmen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das zweite Fügeelement ein Blech und insbesondere ein Aluminiumblech.

Ferner ist das erste Fügeelement vorteilhafterweise aus Aluminium gebildet. Das erste Fügeelement ist zudem vorzugsweise als ein Hohlträger, ein Blech oder als ein Bauteil aus einem Vollmaterial ausgebildet, das bei dem Ein schrauben der Fließformschrauben nicht vollständig von den Fließform- schrauben durchdrungen wird.

Die Vertiefung in dem Blech ist bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante durch ein spanloses Umformverfahren, insbesondere ein Präge- oder ein Tiefziehverfahren, hergestellt. Das Blech bildet dadurch die Vertiefung durch eine topfartige Ausformung aus, deren Innenraum bzw. Hohlraum zu dem ersten Fügeelement hinweist. Das Blech wird zumeist ohnehin durch ein spanloses Umformverfahren in seine Form gebracht. Das Ausbilden der Ver tiefung mittels eines spanlosen Umformverfahrens kann unmittelbar in den bestehenden Herstellungsprozess des ersten Fügeelements integriert wer den, sodass hierfür keine zusätzlichen Prozessschritte oder Prozesszeiten nötig sind.

Die topfartige Ausformung auf einer von dem ersten Fügeelement abge wandten Fläche des zweiten Fügeelements bildet bei einer Weiterbildung des Verfahrens eine Auflagefläche für einen Schraubenkopf der jeweiligen Fließformschraube aus. Die Auflagefläche weist einen Auflagenflächen- durchmesser auf, der zumindest so groß ist wie ein Durchmesser des jewei ligen Schraubenkopfes. Dadurch, dass die Schraube bzw. der Schrauben kopf mit einer dafür vorgesehenen Fläche auf der Auflagefläche aufliegt, können Kräfte durch die Schraube auf einer maximalen Fläche in das zweite Fügeelement eingeleitet und daraus in die Schraube abgeleitet werden.

Das zweite Fügeelement weist an der zumindest einen Schraubposition bei einer vorteilhaften Ausbildungsvariante jeweils ein Durchgangsloch auf. Al ternativ wird ein solches in das zweite Fügeelement eingebracht. Die Fließ- formschraube wird beim Fixieren des zweiten Fügeelements auf dem ersten Fügeelement in das erste Fügeelement durch das Durchgangsloch einge schraubt, sodass kein Loch durch die Fließformschraube ausgebildet werden muss und daher nur Material in dem Hohlraum aufgenommen werden muss, das durch das Fließlochformen in dem ersten Fügeelement in den Hohlraum transportiert wird. Dadurch, dass der Hohlraum bzw. die Vertiefung eine ge ringere Menge an Material aufnehmen muss, kann die Vertiefung kleiner ausgebildet werden, wodurch das optische Erscheinungsbild des zweiten Fügeelements weniger stark beeinflusst wird und geringere Umformgrade bei der Herstellung der Vertiefung erforderlich sind. Um das Material aus dem Fließformverfahren gleichmäßig in der Vertiefung verteilen zu können, ist es vorteilhaft, dass die Vertiefung bei einer Weiterbil dung rund ausgebildet und zentriert um die jeweilige Schraubposition ange ordnet ist.

Die Vertiefung weist, gemessen an der Fügefläche des zweiten Fügeele- ments, vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 10 und 30 mm auf.

Ferner weist die Vertiefung, gemessen von der Fügefläche des zweiten Fü geelements bis zu einem tiefsten Punkt der Vertiefung, eine Tiefe zwischen 0,5 und 2 mm auf.

Wird das zweite mit dem ersten Fügeelement durch mehr als eine Fließform schraube verbunden, wird jeweils eine Fließformschraube an einer

Schraubposition durch das zweite Fügeelement in das erste Fügeelement eingeschraubt. Zwei Schraubpositionen weisen dann vorteilhafterweise einen Abstand zwischen 40 und 100 mm voneinander auf.

Eine alternative Ausführungsvariante sieht vor, dass die Vertiefungen zweier direkt benachbarter Schraubpositionen miteinander verbunden sind. Die Ver tiefungen bilden miteinander einen kanalförmigen Hohlraum in dem zweiten Fügeelement zu dem ersten Fügeelement hin aus.

Erfindungsgemäß wird ferner die Verwendung eines geprägten Blechs bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen. Das Blech weist zentriert um die zumindest eine Schraubposition jeweils eine topfartige Aus formung auf, die an der Ausformung einen Hohlraum zwischen dem Blech und dem ersten Fügeelement bestimmt. Der durch die Vertiefung in dem zweiten Fügeelement bzw. in der Fügefläche des zweiten Fügeelements ent stehende Hohlraum zwischen dem ersten Fügeelement und dem zweiten Fügeelement ist ausgebildet ein Material aufzunehmen, das von der Fließ formschraube beim Fließlochformen während des Fixierens des zweiten Fü- geelements auf dem ersten Fügeelement in den Hohlraum hinein gefördert wird.

Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines

Verbundbauteils; Fig. 2 einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Ver bundbauteils; Fig. 3 einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Ver bundbauteils;

Fig. 4 einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines alter nativen Verbundbauteils; Fig. 5 einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines al ternativen Verbundbauteils;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein zweites Fügeelement zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.

Figur 1 zeigt einen ersten Schritt des Herstellungsverfahrens. Gezeigt ist das erste Fügeelement 10 auf das der Klebstoff 30 aufgebracht ist. Der Klebstoff 30 ist auf der Fügefläche 1 1 des ersten Fügeelements angeordnet. Das als Blech ausgebildete zweite Fügeelement 20 weist eine in einem Presswerk durch ein Tiefziehverfahren hergestellte, topfförmige Ausformung 24 auf. Die topfförmige Ausformung steht aus der Ebene des zweiten Fügeelements 20 von dem ersten Fügeelement 10 wegweisend hervor und bestimmt eine Ver tiefung 23 auf der Fügefläche 21 des zweiten Fügeelements 20, welche dem ersten Fügeelement 10 zugewandt ist. Die Fließformschraube 40 ist in der Schraubposition P zentriert über der topfartigen Ausformung 24 angeordnet.

Die Vertiefung 23 weist einen Durchmesser X auf, der an der Fügefläche 21 des zweiten Fügeelements 20 gemessen wird. Zudem hat die Vertiefung 23 eine Tiefe Z, die von der Fügefläche 21 des zweiten Fügeelements 20 zu einem tiefsten Punkt der Vertiefung gemessen wird.

Durch das Zusammenführen bzw. das Anordnen des zweiten Fügeelements 20 auf dem ersten Fügeelement 10 kommt das zweite Fügeelement 20 mit dem Klebstoff 30 in Kontakt, wobei dieser noch nicht ausgehärtet und zäh ist. Die Fließformschraube 40 wird dann in der Schraubposition P durch das zweite Fügeelement 20 in das erste Fügeelement 10 eingeschraubt. Die Fließformschraube 40 erhitzt durch ihre Umdrehung an ihrer Spitze zunächst das zweite Fügeelement, wodurch das erhitzte Material des zweiten Fü geelements zäh wird und durch den Vorschub der Fließformschraube 40 verdrängt wird. Das erhitzte Material wird zum Teil auf die von dem ersten Fügeelement 10 abgewandte Fläche des zweiten Fügeelements 20 gedrückt und zum Teil in den durch die Vertiefung 23 bestimmten Hohlraum, in dem es einen wulstförmigen Auswurf 22 aus Material des zweiten Fügeelements 20 bildet. Durch den Vorschub wird die Fließformschraube 40 weiter zu dem ersten Fügeelement 10 gedrückt, formt in dem zweiten Fügeelement 20 ein Gewinde aus und erhitzt das erste Fügeelement 10, bis das erhitzte Material des ersten Fügeelements 10 sich verflüssigt bzw. zäh wird und in den durch die Vertiefung 23 bestimmten Hohlraum hinein transportiert wird, indem es als wulstförmiger Auswurf 12 aus Material des ersten Fügeelements 10 er starrt.

In Figur 3 ist das mit dem ersten Fügeelement 10 gefügte zweite Fügeele ment 20 gezeigt, wobei die Fließformschraube 40 jeweils ein Loch in dem ersten und zweiten Fügeelement 10, 20 geformt und ein Gewinde einge schnitten hat. Das dabei aus dem jeweiligen Fügeelement verdrängte Mate rial wurde jeweils in den durch die Vertiefung 23 bestimmten Hohlraum ge fördert und ist dort als wulstförmiger Auswurf 12, 22 erstarrt. Dadurch, dass die Vertiefung 23 einen ausreichend großen Hohlraum geschaffen hat um das gesamte verdrängte Material aufzunehmen, hat sich zwischen dem ers ten und zweiten Fügeelement 10, 20 kein unkontrollierter Spalt gebildet. Der Klebstoff 30 wurde durch das Anpressen des zweiten Fügeelements 20 auf das erste Fügeelement 10 flächig zwischen den beiden Fügeelementen ver teilt und in die Vertiefung 23 gefördert, sodass der Klebstoff nach einer Aus- härtezeit eine belastbare Klebeverbindung zwischen den Fügeelementen herstellt. Der Schraubenkopf 41 der Fließformschraube 40 liegt eben auf der Auflagefläche 25 der topfförmigen Ausformung 24 auf, sodass die Kräfte von der Schraube gleichmäßig und großflächig auf die Fügeelemente abgeleitet werden können. Figur 4 zeigt einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines alter nativen Verbundbauteils. Bei dem dargestellten Verbundbauteil ist das erste Fügeelement 10‘ ebenfalls ein Blech. Die Fließformschraube 40 durchdringt das Blech und fördert einen Teil des erhitzten und verdrängten Materials auf die von dem zweiten Fügeelemente 20 abgewandte Fläche, an der es als weiterer wulstförmiger Auswurf erstarrt. Ein Teil des Materials wird jedoch weiterhin den von der Vertiefung 23 bestimmten Hohlraum gefördert.

Bei dem in Figur 5 dargestellten Verbundbauteil weist das zweite Fügeele ment 20‘ bereits vor dem Fixieren ein Durchgangsloch 26 auf. Durch das be reits vor dem Fixieren des zweiten Fügeelements 20‘ auf dem ersten Fü- geelement 10“ ausgebildete Durchgangsloch 26, wird beim Fixieren weniger Material in den durch die Vertiefung 23 bestimmten Hohlraum hinein geför dert, sodass der Hohlraum ein geringeres Volumen aufnehmen muss und dadurch kleiner ausgebildet werden kann. Das dargestellte erste Fügeele ment 10“ ist zudem ein Hohlprofil, sodass das verdrängte Material des ersten Fügeelements 10“ zumindest zum Teil in den Innenraum des Hohlprofils ge fördert wird und dort erstarrt.

In Figur 6 ist eine Draufsicht auf ein zweites Fügeelement 20 dargestellt. Sichtbar sind drei topfförmige Ausformungen 24, die jeweils eine ebene Auf lagefläche 25 für eine Fließformschraube 40 ausbilden. Die topfförmigen Ausformungen 24 sind jeweils zentriert um eine Schraubposition P angeord net, welche jeweils durch den Abstand Y von der jeweils direkt benachbarten Schraubposition beabstandet sind. Durch die Beabstandung der Schraubpo sition und damit der topfförmigen Ausformungen 24 wird ein ausreichend großer Bereich zwischen den topfförmigen Ausformungen 24 geschaffen, in dem die Klebewirkung des Klebstoffs 30 wirken kann.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispiels weise könnte statt einer Fließformschraube ein anderes Verbindungselement verwendet werden, welches mithilfe eines Reibschweißverfahrens mit dem ersten Fügeelement verbunden wird und an dem zweiten Fügeelement, das zweite Fügeelement gegen das erste Fügeelement pressend, an- und auf liegt oder mit dem zweiten Fügeelement durch das Reibschweißverfahren verbunden ist.