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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Befestigung eines Bauteils an einem Grundträger zu Anordnung an einer Fahrzeugkarosserie, sowie Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einer Fahrzeugkarosserie.
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Die Schriften
DE 10 2012 203 878 B3 ;
DE 10 2013 002 700 A1 und
US 2010/0 037 449 A1 betreffen Bauteilverbindungen, bei denen jeweils in ähnlicher Weise ein thermoplastischer Zapfen eines ersten Bauteils durch eine Öffnung in Form eines Durchgangslochs gesteckt wird, wobei das Durchgangsloch an einem zweiten Bauteil angeordnet ist, welches mit dem ersten Bauteil verbunden werden soll. Nach dem Hindurchstecken wird das freie Ende des Zapfens plastisch verformt, um die Verbindung zu sichern.
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Die
US 4 763 397 A schlägt ein alternatives Verfahren vor, bei welchem ein Metallstreifen mit einem thermoplastischen verbunden wird, indem zunächst ein Fortsatz des thermoplastischen Material in den Metallstreifen eingebracht und dann mittels heißer Luft erhitzt wird. Das thermoplastische Material hinterfließt dabei eine Hinterschneidung im Metallstreifen. Nach dem Erkalten des thermoplastischen Materials ist das thermoplastische Bauteil mit dem Metallstreifen kraftschlüssig verbunden.
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DE 10 2006 003 942 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug-Türmodul und ein Verfahren zur Ultraschall-Verschweißung von Bauteilen.
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Bei weiteren bekannten Verfahren zur Befestigung eines Bauteils, wie beispielsweise einer Blende, an einer Fahrzeugkarosserie, wird das Bauteil direkt mit der Fahrzeugkarosserie oder mit einem zwischengeordneten Grundträger über Verschraubungen oder Verklebungen mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Fertigungstoleranzen der einzelnen Elemente können dabei lediglich in einem gewissen Ausmaß beispielsweise über die Verklebung kompensiert werden. Auch ein Sollabstand zwischen Bauteil und Grundträger oder eine geometrische Anpassung der Elemente aneinander kann nur in ganz engen Grenzen ebenfalls durch die Verklebung eingestellt werden. Bekannte Verfahren weisen deshalb das Problem auf, dass Bauteil, Grundträger und Fahrzeugkarosserie jeweils exakt aufeinander abgestimmt sein müssen und unterschiedliche Varianten nicht miteinander kombiniert werden können.
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Dieses Problem wird gelöst durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2.
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Erfindungsgemäß wird das Bauteil an der Fahrzeugkarosserie mittels eines Grundträgers verbunden. Entweder der Grundträger selbst oder ein separates Verbindungselement, welches vorher mit dem Grundträger verbunden wurde, weist dabei einen thermoplastischen Abschnitt auf. Dieser thermoplastische Abschnitt wird im Zuge des Verfahrens mittels eines Heizwerkzeugs erhitzt und dadurch plastisch umformbar gemacht. Anschließend wird der thermoplastische Abschnitt plastisch umgeformt und nach dem Erkalten mit dem Bauteil verbunden. Wird der noch erhitzte thermoplastische Abschnitt mit dem Bauteil verbunden, so wird er durch das Bauteil allein umgeformt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Unteransprüche.
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Das Bauteil kann zuerst mit dem Grundträger verbunden werden, und danach wird das Bauteil zusammen mit dem Grundträger an der Fahrzeugkarosserie befestigt.
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Alternativ kann zuerst der Grundträger an der Fahrzeugkarosserie angeordnet, und dann das Bauteil nachträglich am Grundträger befestigt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden durch die Umformung des thermoplastischen Abschnitts Fertigungstoleranzen des Grundträgers und / oder des Bauteils ausgeglichen, und / oder es wird ein Sollabstand zwischen Bauteil und Grundträger eingestellt, oder eine geometrische Anpassung des thermoplastischen Abschnitts an eine zugeordnete Fläche des Bauteils vorgenommen. Dies bietet einerseits den Vorteil, dass der relative Abstand zwischen Bauteil, Grundträger und Fahrzeugkarosserie über die Umformung des thermoplastischen Abschnitts eingestellt werden kann, sodass verschiedene Varianten eines Bauteils und eines Grundträgers in unterschiedliche Fahrzeugkarosserien eingesetzt werden können, ohne dass die Herstellung eines abgewandelten Grundträger oder Bauteils notwendig wird. Auch Fertigungstoleranzen können durch die Umformung des thermoplastischen Abschnitts einfach ausgeglichen werden. Weiterhin kann der thermoplastische Abschnitt beispielsweise an eine Krümmung oder an eine andere geometrische Form des Bauteils angepasst werden.
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Das Bauteil kann eine Blende für ein Fahrzugdachmodul sein, welche eine Öffnung im Fahrzeugdach oder Fahrzeugdachmodul mindestens teilweise umgibt, um bestimmte Bereiche von außen unsichtbar abzudecken.
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Vorzugsweise ist das Heizwerkzeug als beheizbarer Formstempel ausgebildet, der sowohl zum Erhitzen als auch als Form zum Umformen des thermoplastischen Abschnitts dient. Dadurch kann sowohl das Erhitzen des thermoplastischen Abschnitts als auch das Umformen in einem einzigen Arbeitsschritt vorgenommen werden.
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Der thermoplastische Abschnitt kann mit dem Bauteil verklebt oder verschraubt oder an diesem mittels einer Clipverbindung befestigt werden. Insbesondere eine Verklebung des thermoplastischen Abschnitts mit dem Bauteil führt zu einem kostengünstigen Herstellungsprozess. Das Verkleben kann dabei mit einem Klebeband oder mit einer Klebetablette vorgenommen werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens besteht der Grundträger selbst aus einem thermoplastischen Material und weist den thermoplastischen Abschnitt auf. Daher wird ein Teil des Grundträgers durch das Heizelement erhitzt und umgeformt und das Anbinden eines separaten thermoplastischen Abschnitts an den Grundträger entfällt, was ebenfalls zu einem besonders kostengünstigen Verfahren führt.
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Vorzugsweise weist das Heizwerkzeug mehrere heizbare separate Formstempel und der Grundträger eine entsprechende Anzahl von thermoplastischen Abschnitten auf (an den Grundträger angeformt oder an diesem angeordnet). Sowohl Formstempel als auch thermoplastische Abschnitte sind dabei so angeordnet, dass in einem einzigen Verfahrensschritt alle thermoplastischen Abschnitte gleichzeitig erhitzt und plastisch umgeformt werden, sodass ein sequenzielles Erhitzen und Umformen der einzelnen thermoplastischen Abschnitte überflüssig wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind separate Verbindungselemente vorgesehen, die jeweils einen thermoplastischen Abschnitt aufweisen. Die Verbindungselemente sind dabei mit dem Grundträger verklebt oder verschraubt oder an diesem mittels einer Clipverbindung befestigt. Dies bietet den Vorteil, dass die thermoplastischen Eigenschaften der thermoplastischen Abschnitte unabhängig vom Material des Grundträgers festgelegt werden können. Der Grundträger kann beispielsweise auch aus Stahl bestehen, während die thermoplastischen Abschnitte aller Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise aus einem Kunststoff bestehen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind ein oder mehrere separate Verbindungselemente mit jeweils einem thermoplastischen Abschnitt vorgesehen und das Verbindungselement wird mit dem Bauteil fest verbunden. Am Grundträger jedoch sind die Verbindungselemente schwimmend so gelagert, dass sie parallel zu benachbarten Bereichen der Fahrzeugkarosserie verschiebbar bleiben, wenn das Bauteil an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. Insbesondere wenn mehrere Verbindungselemente vorgesehen sind, die schwimmend so gelagert sind, wird dadurch gewährleistet, dass diese relativ zueinander verschoben werden können. So können beispielsweise unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Bauteil und Grundträger durch die Verschiebung der Verbindungselemente relativ zueinander ausgeglichen und thermische Spannungen reduziert werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieser Variante weisen die Verbindungselemente jeweils einen Flanschabschnitt auf, der entlang der vorgesehenen Verschieberichtung ausgerichtet ist. Ein Sicherungselement ist vorgesehen, welches am Grundträger angeordnet ist, und den betreffenden Flanschabschnitt gegen den Grundträger presst. Die Kraft, mit welcher das Sicherungselemente den betreffenden Flanschabschnitt beaufschlägt, kann dabei so eingestellt werden, dass das Verbindungselement in einer Richtung senkrecht zur vorgesehenen Verschieberichtung festgelegt, in der vorgesehenen Verschieberichtung aber verschiebbar gelagert bleibt, um unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Bauteil und Grundträger auszugleichen. Eine schwimmende Lagerung kann in zwei unterschiedliche Richtungen parallel zu benachbarten Bereichen der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sein.
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Das Sicherungselement kann als Sicherungsplatte ausgebildet sein.
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Der Flanschabschnitt des Verbindungselements ist vorzugsweise parallel zu benachbarten Bereichen der Fahrzeugkarosserie ausgerichtet und ringförmig ausgeformt. Ein Bereich innerhalb des Rings trägt den thermoplastischen Abschnitt. Das Sicherungselement ist vorzugsweise als ringförmige Platte ausgebildet, welche in ihrer Öffnung das Verbindungselement aufnimmt und gegen den Grundträger presst. Am Grundträger kann dabei das Verbindungselement in einer oder in zwei zueinander senkrechten Richtung parallel zu benachbarten Bereichen der Fahrzeugkarosserie in einer Vertiefung verschiebbar schwimmend gelagert sein. Der Flanschabschnitt, die Sicherungsplatte und die Vertiefung können rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Alternativ kann auch mindestens eines der Elemente elliptisch oder länglich ausgeformt sein, sodass entlang einer Längsachse eine Verschiebung des Verbindungselements relativ zum Grundträger über einen größeren Verfahrweg ermöglicht wird, als in einer Richtung senkrecht hierzu (beide Richtungen parallel zu benachbarten Bereichen der Fahrzeugkarosserie). Weiterhin kann der Verfahrweg von Verbindungselement und Grundträger relativ zueinander durch ein Langloch am Grundträger oder im Sicherungselement festgelegt werden. Die Ausrichtung der elliptischen Form bzw. des Langlochs kann optimiert werden, indem unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Bauteil und Grundträger berechnet und berücksichtigt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 einen Grundträger mit einem angeformten thermoplastischen Abschnitt und einem Heizwerkzeug zum Erhitzen und Umformen des thermoplastischen Abschnitts;
- 2 den Grundträger der 1 mit einer Blende verklebt;
- 3 einen Grundträger mit einem separaten Verbindungselement, welches fest mit dem Grundträger verbunden worden ist; und
- 4 einen Grundträger mit einem separaten Verbindungselement, welches am Grundträger schwimmend gelagert ist.
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1 zeigt einen Grundträger 10, der einen thermoplastischen Abschnitt 40 aufweist. Ziel des erfinderischen Verfahrens ist es dabei, die Höhe des Grundträgers 10 an einem Befestigungspunkt eines Bauteils im Bereich des thermoplastischen Abschnitts 40 durch ein Umformen des thermoplastischen Abschnitts 40 so zu ändern, dass eine obere Sollplateaufläche 20 erreicht wird, welche eine festgelegte Bauhöhe einer Außenfläche eines montierten Bauteils relativ zu benachbarten Bereichen einer Fahrzeugkarosserie definiert. Hierzu ist ein Heizwerkzeug 42 vorgesehen, welches in Pfeilrichtung auf den thermoplastischen Abschnitt 40 abgesenkt wird und diesen erhitzt. Das Heizwerkzeug 42 dient dabei durch die Kontaktaufnahme mit dem thermoplastischen Abschnitt 40 zum Aufheizen dieses Abschnitts nicht nur dem Erhitzen des thermoplastischen Abschnitts 40, sondern die Unterseite des Heizwerkzeugs 42 dient gleichzeitig als Formstempel, um dem thermoplastischen Abschnitt 40 durch Umformung eine definierte Endhöhe und -form aufzuprägen. Im Fall der 1 ist dies eine gerade Oberfläche bei einer Sollplateaufläche 20. Alternativ kann insbesondere dann, wenn auf den thermoplastischen Abschnitt 40 eine gekrümmte Blende aufgesetzt werden soll, auch eine entsprechende Krümmung des thermoplastischen Abschnitts 40 vorgesehen sein.
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2 zeigt den Grundträger 10 der 1, der hier bereits mit einem Bauteil in Form einer Blende 12 über ein Klebeband 44 verbunden ist. Über den Grundträger 10 kann somit die Blende 12 an einer Fahrzeugkarosserie angeordnet werden. Bei der Blende 12 kann es sich dabei um eine Blende handeln, die eine fest verglaste oder öffenbare und verschließbare Öffnung im Dachbereich der Fahrzeugkarosserie umgibt, und Teile innerhalb der Öffnung, wie beispielsweise eine Mechanik zur Führung eines Deckels, abdeckt.
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Während in den 1 und 2 Grundträger 10 abgebildet sind, an die ein thermoplastischer Abschnitt 40 angeformt ist, ist in der 3 eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher an einem Grundträger 10 ein separates Verbindungselement 16 mittels einer Clipverbindung 22 befestigt ist. Das Verbindungselement 16 weist einen thermoplastischen Abschnitt 40 auf, der wiederum mit einem Heizwerkzeug (hier nicht dargestellt) erhitzt und damit plastisch umformbar gemacht werden kann. Nach dieser Umformung und dem Erkalten des thermoplastischen Abschnitts 40 wird dieser mittels eines Klebebands 44 mit einer Blende 12 verbunden. Auch hier kann daher wie bei der Ausführungsform der 1 und 2 über die Umformung des thermoplastischen Abschnitts 40 ein Sollabstand zwischen der Blende 12 und dem Grundträger 10 eingestellt oder eine geometrische Anpassung des thermoplastischen Abschnitts 40 an die Blende 12 vorgenommen werden. Auch Fertigungstoleranzen von Grundträger 10 oder Blende 12 können durch die Umformung des thermoplastischen Abschnitts 40 ausgeglichen werden.
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Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Verbindungselement 16 mittels eines angeformten Flanschabschnitts 18 geführt ist, wobei der Flanschabschnitt 18 im montierten Zustand zwischen einer Sicherungsplatte 14 und einem Grundträger 10 so verklemmt ist, dass das Verbindungselement 16 parallel zum Grundträger 10 verschiebbar, also schwimmend, gelagert, senkrecht hierzu aber festgelegt ist. Ein formbarer Abschnitt 40 des Verbindungselements 16 ist vorgesehen, der mittels eines Heizelements 42 plastisch verformt, also umgeschmolzen werden kann. Das Verbindungselement 16 ist daher über die Verformbarkeit des formbaren Abschnitts 40 in seiner Höhe wieder an unterschiedliche Einbausituationen anpassbar. Der formbare Abschnitt 40 kann dabei an das Verbindungselements 16 angeformt sein oder separat gefertigt und an das Verbindungselement 16 angebracht werden. Der formbare Abschnitt 40 ist dabei aus einem thermischen Material, vorzugsweise einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet und trägt das nicht dargestellte Bauteil. Bei der Ausführungsform der 4 sind Federarme 38 an dem Verbindungselement 16 angeordnet, um das Verbindungselement 16 in unbelastetem Zustand relativ zu einer Vertiefung 25 am Grundträger 10 zu zentrieren, in welcher das Verbindungselement 16 verschiebbar gelagert ist.
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Über die Anpassbarkeit des formbaren Abschnitts 40 kann nun, wie bereits erläutert, die Bauhöhe des Verbindungselements 16 angepasst werden. Ebenso kann die Kontaktfläche des Verbindungselements 16 mit dem Bauteil bzw. der Blende 12 geformt werden. Es kann daher hier auch die Form des Verbindungselements 16 beispielsweise an eine Krümmung der Blende 12 angepasst werden.
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Zur Montage wird zunächst das Verbindungselement 16 zusammen mit dem formbaren Abschnitt 40 mittels der Sicherungsplatte 14 am Grundträger 10 befestigt. Zur Verbindung des Grundträgers 10 mit dem Bauteil bzw. der Blende 12 der 1 werden mehrere solche Anbindungssysteme wie das der 4 vorgesehen. Vor Anbringung der Blende wird nun mit einem Formwerkzeug, welches eines oder vorzugsweise mehrere Heizelemente 42 aufweist, gleichzeitig in jedem Anbindungspunkt das entsprechende Anbindungssystem durch ein Anschmelzen und nachfolgendem Verformen des verformbaren Abschnitts 40 an die zu montierende Blende 12 angepasst.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Grundträger
- 12
- Blende
- 14
- Sicherungsplatte
- 16
- Verbindungselement
- 18
- Flanschabschnitt
- 20
- Sollplateaufläche
- 22
- Clipverbindung
- 25
- Vertiefung
- 38
- Federarm
- 40
- thermoplastischer Abschnitt
- 42
- Heizwerkzeug
- 44
- Klebeband