CH701032B1

CH701032B1 - Widerstandspressschweissverfahren und -vorrichtung.

Info

Publication number: CH701032B1
Application number: CH00223/10A
Authority: CH
Inventors: Astrid Wurm; Rolf Heyll; Herbert Klamser
Original assignee: Porsche Ag
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2014-05-15
Also published as: AT508198B1; FR2945227A1; CN101879652B; AT508198A2; CN101879652A; AT508198A3; CH701032A2; DE102009020280A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Widerstandspressschweissverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinanderliegenden und beim Schweissen zwischen zwei Elektroden (11, 12) zusammengepressten Blechteilen (1, 2), wobei die zum Schweissen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweisszone (15) bei einem Stromdurchgang durch die aufeinanderliegenden Blechteile (1, 2) entsteht. Um die Eigenschaften von Schweissverbindungen, die durch Widerstandspressschweissen erzeugt werden, weiter zu verbessern, wird die Umgebung der Schweisszone (15) mittels eines Fluids gekühlt.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Widerstandspressschweissverfahren und eine Widerstandspressvorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander- oder aneinanderliegenden und beim Schweissen zwischen zwei Elektroden zusammengepressten Blechteilen, wobei die zum Schweissen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweisszone bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander- oder aneinanderliegenden Blechteile entsteht.

[0002] Es sind zahlreiche Massnahmen bekannt, um die Eigenschaften von Schweissverbindungen, die durch Widerstandspressschweissen erzeugt werden, zu verbessern. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 1 440 437 ist bekannt, die elektrische Energie, die beim Verschweissen durch die Materialien fliesst, zur Regelung des Energiebetrages in einzelnen, kurzen Impulsen zuzuführen. Aus den europäischen Patentanmeldungen EP 0 266 777 A2 oder EP 0 711 623 A1 ist es bekannt, ein spezielles Material zwischen mit Zink plattierten Stahlplatten oder galvanisierten Stahlblechen anzuordnen, um den elektrischen Widerstand beim Verschweissen zu erhöhen. Aus dem US-Patent US 2 379 187 ist es bekannt, die Kontaktflächen der Elektroden beim Widerstandsschweissen zu reduzieren.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften von Schweissverbindungen, die durch Widerstandspressschweissen erzeugt werden, weiter zu verbessern.

[0004] Die Aufgabe ist bei einem Widerstandspressschweissverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander- oder aneinanderliegenden und beim Schweissen zwischen zwei Elektroden zusammengepressten Blechteilen gemäss Anspruch 1 gelöst, wobei die zum Schweissen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweisszone bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander- oder aneinanderliegenden Blechteile entsteht, und die Umgebung der Schweisszone beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweissverbindung zu verbessern. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen wurde herausgefunden, dass durch eine gezielte Beeinflussung der Umgebung der Schweisszone die Eigenschaften der Schweissverbindung unter Belastung, zum Beispiel bei einem Crash, deutlich verbessert werden können. Das erfindungsgemässe Widerstandspressschweissverfahren eignet sich besonders zum Verschweissen höherfester beziehungsweise warmumgeformter Stähle.

[0005] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass die Eigenschaften der Schweissverbindung durch Kühlen der Schweisszone verbessert werden können, erfindungsgemäss dadurch, dass der Umgebung der Schweisszone zum Kühlen ein Kühlfluid zugeführt wird. Bei dem Kühlfluid kann es sich zum Beispiel um eine Kühlflüssigkeit handeln, die Wasser und/oder Öl enthält.

[0006] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweissverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung der Schweisszone als Kühlfluid ein gasförmiges Kühlmedium zugeführt wird. Dadurch wird das Handling des Kühlfluids, insbesondere das Abführen des Kühlfluids nach dem Kühlen der Schweisszone, vereinfacht.

[0007] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweissverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung der Schweisszone an den Kontaktstellen der Elektroden mit den Blechteilen mit Kühlfluid angeströmt wird. Über die Menge und die Temperatur des Kühlfluids kann die Temperatur in der Umgebung der Schweisszone definiert eingestellt werden.

[0008] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweissverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid über Kühlfluidzuführdüsen zugeführt wird. Die Kühlfluidzuführdüsen sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Schweisszone vollständig und/oder gleichmässig mit dem Kühlfluid angeströmt wird.

[0009] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweissverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid über die Elektroden zugeführt wird. Dadurch wird die Anwendung des erfindungsgemässen Schweissverfahrens erheblich vereinfacht.

[0010] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweissverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile mit der Schweisszone und die Elektroden zum Kühlen in einem Kühlraum angeordnet werden, der ein Kühlfluid enthält. Dabei wird vorzugsweise eine Flüssigkeit als Kühlfluid verwendet.

[0011] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweissverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile mit der Schweisszone und die Elektroden zum Kühlen in ein Tauchbecken mit Kühlflüssigkeit eingetaucht werden. Über die Temperatur und/oder die Verweildauer der Blechteile mit der Schweisszone in dem Tauchbecken kann die Temperatur in der Schweisszone definiert eingestellt werden.

[0012] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Widerstandspressschweissverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die flächig aufeinander- oder aneinanderliegenden Blechteile in einem Schweisspunkt verschweisst werden. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren handelt es sich vorzugsweise um ein Widerstandspresspunktschweissverfahren.

[0013] Die vorab angegebene Aufgabe ist bei einer Widerstandspressschweissvorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander- oder aneinanderliegenden und beim Schweissen zwischen zwei Elektroden zusammengepressten Blechteilen gemäss Anspruch 9 gelöst, wobei die zum Schweissen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweisszone bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander- oder aneinanderliegenden Blechteile entsteht, gemäss einem vorab beschriebenen Verfahren, und durch welche die Umgebung der Schweisszone beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweissverbindung zu verbessern. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen wurde herausgefunden, dass durch eine gezielte Beeinflussung der Umgebung der Schweisszone die Eigenschaften der Schweissverbindung unter Belastung, zum Beispiel bei einem Crash, deutlich verbessert werden können. Die erfindungsgemässe Widerstandspressschweissvorrichtung eignet sich besonders zum Verschweissen höherfester beziehungsweise warmumgeformter Stähle.

[0014] Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung als Kühleinrichtung ausgeführt ist, durch welche die Umgebungstemperatur der Schweisszone reduziert wird, um die Eigenschaften der Schweissverbindung zu verbessern. Die Kühleinrichtung kann, zum Beispiel durch Verwendung geeigneter Sensoren, mit einer Regelung ausgestattet sein, durch welche der Temperaturverlauf in der Schweisszone geregelt wird.

[0015] Erfindungsgemäss ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung als Kühlfluidzuführeinrichtung ausgeführt ist, durch welche der Umgebung der Schweisszone zum Kühlen ein Kühlfluid zugeführt wird. Bei dem Kühlfluid handelt es sich vorzugsweise um ein gasförmiges Kühlmedium. Es ist aber auch möglich, eine Kühlflüssigkeit zuzuführen.

[0016] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung Kühlfluidzuführdüsen umfasst, aus denen die Umgebung der Schweisszone an den Kontaktstellen der Elektroden mit den Blechteilen mit Kühlfluid angeströmt wird. Über die Temperatur und/oder die Menge des angeströmten Kühlfluids kann die Temperatur der Schweisszone begrenzt werden bzw. eine beschleunigte Abkühlung erreicht werden.

[0017] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung in die Elektroden integriert ist. Das liefert den Vorteil, dass für die Kühlfluidzuführeinrichtung kein oder nur wenig zusätzlicher Bauraum benötigt wird.

[0018] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung Kühlfluidzuführrohre umfasst, welche die Elektroden unter Ausbildung von Ringräumen umgeben, über welche der Umgebung der Schweisszone an den Kontaktstellen der Elektroden mit den Blechteilen Kühlfluid zugeführt wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass das Kühlfluid nur in die Umgebung der Schweisszone gelangt.

[0019] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung einen Kühlraum umfasst, der Kühlfluid enthält, in welchem die Umgebung der Schweisszone und/oder die Elektroden angeordnet werden beziehungsweise wird. Dabei wird vorzugsweise ein flüssiges Kühlmedium verwendet. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung ein Tauchbecken mit Kühlflüssigkeit umfasst, in welche die Blechteile mit der Umgebung der Schweisszone eingetaucht werden. Über die Temperatur und/oder die Verweildauer der Blechteile mit der Schweisszone in dem Tauchbecken kann die Temperatur in der Schweisszone definiert eingestellt werden.

[0020] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind, Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemässen Widerstandspressschweissvorrichtung mit zwei Kühlfluidzuführdüsen; <tb>Fig. 2<SEP>ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Kühlfluidzuführeinrichtung in zwei Elektroden integriert ist und <tb>Fig. 3<SEP>ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Tauchbecken, das mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist.

[0021] In den Fig. 1 bis 3 sind die Enden von zwei Blechteilen 1, 2 im Längsschnitt dargestellt. Die beiden Blechteile 1 und 2 sind in einem Verbindungsbereich 4 durch einen linsenförmigen Schweisspunkt 5 durch Widerstandspresspunktschweissen stoffschlüssig miteinander verbunden.

[0022] Die stoffschlüssige Verbindung wird beziehungsweise wurde mit Hilfe von zwei Elektroden 11, 12 geschaffen, durch welche die beiden Blechteile 1, 2 in einer Schweisszone 15 zusammengedrückt werden. Zum Erzeugen der Schweissverbindung fliesst kurzzeitig ein hoher Strom von einer Elektrode 11 durch die beiden Blechteile 1, 2 zu der anderen Elektrode 12. Durch den hohen elektrischen Widerstand zwischen den Blechteilen 1, 2 entsteht die erforderliche Schweisstemperatur.

[0023] In Fig. 1 ist eine Beeinflussungseinrichtung 20 in der Nähe der Schweisszone 15 angeordnet. Die Beeinflussungseinrichtung 20 umfasst zwei Düsen 21, 22, durch die ein Kühlfluid in Form eines gasförmigen Mediums, zum Beispiel Stickstoff oder Luft, strömt. Die beiden Düsen 21, 22 sind so ausgerichtet, dass die Schweisszone 15 an den Kontaktstellen zwischen den Elektroden 11, 12 und den Blechteilen 1, 2 gleichmässig mit dem Kühlfluid angeströmt wird.

[0024] In Fig. 2 ist eine Beeinflussungseinrichtung 30 in die beiden Elektroden 11, 12 integriert. Zu diesem Zweck sind die beiden Elektroden 11, 12 mit jeweils einem Kühlfluidzuführrohr 31, 32 umgeben. Zwischen der Elektrode 11, 12 und dem jeweiligen Kühlfluidzuführrohr 31, 32 ist ein Ringraum 35, 36 ausgebildet, durch den Kühlfluid zu der Schweisszone 15 gelangt. Über die beiden Ringräume 35, 36 gelangt das Kühlfluid zu den Kontaktflächen, an welchen die beiden Elektroden 11, 12 an den Blechteilen 1, 2 anliegen.

[0025] In Fig. 3 ist eine Beeinflussungseinrichtung 40 mit einem Kühlraum 44 dargestellt, in welchem die Schweisszone 15 der beiden Blechteile 1, 2 und die beiden Enden der Elektroden 11, 12 angeordnet sind. Der Kühlraum 44 ist mit Kühlfluid 45 gefüllt. Bei dem Kühlfluid 45 handelt es sich vorzugsweise um ein flüssiges Kühlmedium, das in einem Tauchbecken 48 aufgenommen ist.

Claims

1. Widerstandspressschweissverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander- oder aneinanderliegenden und beim Schweissen zwischen zwei Elektroden (11, 12) zusammengepressten Blechteilen (1, 2), wobei die zum Schweissen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweisszone (15) bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander- oder aneinanderliegenden Blechteile (1, 2) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebung der Schweisszone (15) beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweissverbindung zu verbessern, wobei der Umgebung der Schweisszone (15) zum Kühlen ein Kühlfluid zugeführt wird.

2. Widerstandspressschweissverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung der Schweisszone (15) als Kühlfluid ein gasförmiges Kühlmedium zugeführt wird.

3. Widerstandspressschweissverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebung der Schweisszone (15) an den Kontaktsteilen der Elektroden (11, 12) mit den Blechteilen (1, 2) mit Kühlfluid angeströmt wird.

4. Widerstandspressschweissverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid über Kühlfluidzuführdüsen (21, 22) zugeführt wird.

5. Widerstandspressschweissverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid über die Elektroden (11, 12) zugeführt wird.

6. Widerstandspressschweissverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (1, 2) mit der Schweisszone (15) und die Elektroden (11, 12) zum Kühlen in einem Kühlraum (44) angeordnet werden, der ein Kühlfluid enthält.

7. Widerstandspressschweissverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (1, 2) mit der Schweisszone (15) und die Elektroden (11, 12) zum Kühlen in ein Tauchbecken (48) mit Kühlflüssigkeit (45) eingetaucht werden.

8. Widerstandspressschweissverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig aufeinanderliegenden Blechteile (1, 2) in einem Schweisspunkt (5) verschweisst werden.

9. Widerstandspressschweissvorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von flächig aufeinander- oder aneinanderliegenden und beim Schweissen zwischen zwei Elektroden (11, 12) zusammengepressten Blechteilen (1, 2), wobei die zum Schweissen erforderliche Wärme durch elektrischen Widerstand in einer Schweisszone (15) bei einem Stromdurchgang durch die aufeinander- oder aneinanderliegenden Blechteile entsteht, gemäss einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beeinflussungseinrichtung, durch welche die Umgebung der Schweisszone (15) beeinflusst wird, um die Eigenschaften der Schweissverbindung zu verbessern, wobei die Beeinflussungseinrichtung (20; 30; 40) als Kühlfluidzuführeinrichtung ausgeführt ist, durch welche der Umgebung der Schweisszone (15) zum Kühlen ein Kühlfluid zugeführt wird, um die Eigenschaften der Schweissverbindung zu verbessern.

10. Widerstandspressschweissvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung (20) Kühlfluidzuführdüsen (21, 22) umfasst, aus denen die Umgebung der Schweisszone (15), an den Kontaktstellen der Elektroden (11, 12) mit den Blechteilen (1, 2) mit Kühlfluid angeströmt wird.

11. Widerstandspressschweissvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung (30) in die Elektroden (11, 12) integriert ist.

12. Widerstandspressschweissvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidzuführeinrichtung (30) Kühlfluidzuführrohre (31, 32) umfasst, welche die Elektroden (11, 12) unter Ausbildung von Ringräumen (35, 36) umgeben, über welche der Umgebung der Schweisszone (15) an den Kontaktstellen der Elektroden (11, 12) mit den Blechteilen (1, 2) Kühlfluid zugeführt wird.

13. Widerstandspressschweissvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung (40) einen Kühlraum (44) umfasst, der Kühlfluid (45) enthält, in welchem die Umgebung der Schweisszone (15) und/oder die Elektroden (11, 12) angeordnet werden beziehungsweise wird.

14. Widerstandspressschweissvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungseinrichtung (40) ein Tauchbecken (48) mit Kühlflüssigkeit (45) umfasst, in welche die Blechteile (1, 2) mit der Umgebung der Schweisszone (15) eingetaucht werden.