DE10062157A1

DE10062157A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fixierung von zwei Bauteilen

Info

Publication number: DE10062157A1
Application number: DE10062157A
Authority: DE
Inventors: Christian Elsner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Fixierung von zwei Bauteilen (2, 3), die zunächst im wesentlichen kraftschlüssig fixiert und anschließend in der so festgelegten Position mittels eines Laserschweißverfahrens verschweißt werden. Hierzu wird bei der Fixierung eine vorbestimmte Fixierkraft (F) durch Auflageflächen (4, 5), die hierzu mit Vorsprüngen ausgestattet sind, auf eine der beiden Bauteile (3) aufgebracht, durch die das Bauteil eine abschnittsweise Verformung erfährt. Bei dem anschließenden Gegeneinanderpressen der beiden Bauteile (2, 3) wird durch die Verformung zwischen den Bauteilen (2, 3) ein Spalt (10) eingeschlossen, durch den die bei dem Schweißverfahren freigesetzten Bestandteile entweichen können. Bei der Durchführung des Verfahrens entfällt daher die vorhergehende Anordnung eines Abstandshalters zur Einbringung des Spaltes (10), so daß einerseits ein zusätzlicher Arbeitsschritt entfällt, andererseits der Aufwand für die relative Positionierung der Bauteile (2, 3) erheblich vermindert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fixierung von zwei Bauteilen, die zunächst im wesentlichen kraftschlüssig fixiert und anschließend in der so festgelegten Position mittels eines Laserschweißverfahrens verschweißt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art sind beispielsweise durch die WO 99/52 679 A1 bekannt, die eine Spannvorrichtung für die Halterung von Karosseriebauteilen, insbesondere Blechen zeigt. Die Vorrichtung weist dabei eine Anlagefläche auf, gegen die eines der beiden Karosseriebauteile anliegen kann. Das zweite Karosseriebauteil wird mittels eines Andrückelementes gegen das erste Bauteil gepreßt. Eine ähnliche Vorrichtung zeigt auch die FR 72 42 126, bei der die Bauteile mit pneumatisch betätigbaren Andrückelementen fixierbar sind.

Beim Laserschweißen von verzinkten oder anderweitig beschichteten Blechen wird die Qualität der Schweißverbindung durch Poren, Spritzer, Aussetzer etc. bei bestimmten Fügeanordnungen negativ beeinflußt. Um solchen unerwünschten Einschränkungen der Qualität entgegenzuwirken haben sich in der Praxis bisher solche Vorrichtungen bewährt, bei denen die beiden Bauteile nicht flach, sondern unter Einschluß eines Winkels gegeneinander gepreßt werden, wodurch ein Entgasungsbereich eingeschlossen ist. Nachteilig sind dabei die höheren Anforderungen an die Bauteilqualität, die Notwendigkeit, den Laserfokus sensorisch an der Kante entlang zu führen und die Genauigkeit der Fixiervorrichtung, durch die einerseits die Verringerung des Entgasungsbereiches, andererseits das Abheben des oberen Bauteiles an der Außenkante des Kontaktbereiches der Bauteile vermieden werden muß. Dabei ist häufig eine Einarbeitung der als Spannbacken ausgeführten Auflageflächen oder auch eine Steuerung der Fixierkraft erforderlich.

In der Praxis werden zur Fixierung der Bauteile je nach Verwendungszweck, der Beschaffenheit der Bauteile oder der gewünschten Fixierkraft unterschiedliche Vorrichtungen verwendet, deren Fixierkräfte auf die Auflageflächen sowohl mechanisch als auch pneumatisch oder auch hydraulisch erzeugt werden.

Es sind ferner zur Formgebung der Bauteile unterschiedliche Verfahren bekannt, um bei der späteren Fixierung der Bauteile gegeneinander eine Spaltbildung zu erreichen. Durch diesen Spalt können durch die Wärmeentwicklung beim Schweißen freigesetzte Gase entweichen, so daß insbesondere eine Porenbildung vermieden wird. Beispielsweise ist ein solches Laserschweißverfahren Gegenstand der EP 01 57 913 B1. Durch ein hierbei vorgesehenes, bewegliches Abstandsstück wird nach einer speziellen Ausführungsform zwischen den zwei Materialien ein Zwischenraum festgelegt, durch den die flüchtigen Bestandteile der Beschichtung, beispielsweise Öl oder Farbe, entweichen können.

Die DE 39 33 408 A1 beschreibt auch bereits eine Schweißnaht, bei der zwei Bleche durch eingeprägte Noppen auf Distanz gehalten werden. Bei einem Laserschweißver fahren nach der EP 10 05 944 A2 wird für insbesondere zinkbeschichtete Stahlbleche ebenfalls ein Zwischenraum vorgesehen, der in ähnlicher Weise auch bei einem Schweißverfahren nach der EP 01 78 394 A2 vorgeschlagen wird, um das ungehinderte Austreten der freiwerdenden Gase zu ermöglichen.

Hierzu kann nach der US 49 16 284 auch eine V-förmige Abwinkelung an einem der beiden miteinander zu verschweißenden Bleche vorgesehen werden, um auf diese Weise eine Entlüftung zu erreichen. Bei einem anderen Schweißverfahren nach der EP 07 71 605 A2 wird ein Entgasungsbereich für die freiwerdenden Dämpfe dadurch geschaffen, daß die Bleche vor dem Verschweißen im Nahtbereich unter einem spitzen Winkel aufeinander stoßend angeordnet werden und die Schweißnaht als Kehlnaht ausgebildet wird.

Die beiden Materialien können nach der DE 196 05 341 A1 auch bereits konstruktiv so gestaltet werden, daß sich einander überlappende Bereiche unter Bildung eines Spaltes längs der anzubringenden Schweißnaht lediglich beinahe berühren.

Als nachteilig bei dem Verfahren und der Vorrichtung zur Fixierung der beiden Bauteile hat sich in der Praxis herausgestellt, daß dabei eine aufwendige Abstimmung des Formgebungsverfahrens einerseits und des in dem späteren Arbeitsgang durchzuführenden Fixierverfahrens andererseits erforderlich ist. Dadurch wird bei einer Änderung der Formgebung der Bauteile jeweils eine Änderung des Fixierverfahrens bzw. der Fixiervorrichtung erforderlich, um so insbesondere sicherzustellen, daß der gewünschte Spalt bei der Fixierung zuverlässig beibehalten und nicht etwa durch unzulässige Fixierkräfte verringert wird. Dadurch erweist sich in der Praxis insbesondere der Steuerungsaufwand beim Anbringen des gewünschten Spaltes als vergleichsweise hoch.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fixierung zu schaffen, durch welches der Aufwand insbesondere im Hinblick auf die Einhaltung eines gewünschten Spaltes wesentlich verringert wird. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, durch welche die Bauteile problemlos fixierbar sein sollen.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 5 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Erfindungsgemäß wird also zumindest eines der Bauteile durch die Fixierung derart verformt, daß dadurch abschnittsweise ein Spalt zwischen den Bauteilen entsteht. Hierdurch können die Bauteile fixiert werden, ohne daß hierzu eine vorhergehende Umformung der Bauteile zur Erzeugung eines Spaltes erforderlich ist. Durch die Fixierung wird dabei zugleich eine Verformung zumindest eines der beiden Bauteile bewirkt, durch die sich ein Spalt zwischen den Bauteilen ausbildet. Durch diesen Spalt können die beim Schweißen freigesetzten Gase entweichen, so daß eine unerwünschte Beeinträchtigung der Schweißverbindung, insbesondere durch Blasenbildung vermieden wird. Dadurch, daß der Spalt zugleich mit der Fixierung entsteht, entfällt einerseits eine vorhergehende Umformung oder auch eine spezielle, beispielsweise winklige Ausrichtung der Bauteile zueinander, andererseits wird eine Veränderung des Spaltmaßes durch abweichende Fixierkräfte verhindert. Daher läßt sich durch das Fixierverfahren der Spalt mit erheblich höherer Genauigkeit darstellen, wobei zugleich die Anzahl der hierzu erforderlichen Arbeitsschritte vermindert ist.

Dabei wird eine besonders vorteilhafte Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, daß zugleich durch die Fixierung eine elastische Verformung erreicht wird. Hierdurch ist der für die hohe Qualität der Schweißverbindung erforderlich Spalt lediglich unter der Einwirkung der Fixierkraft vorhanden, so daß das Bauteil bei nachlassender Fixierkraft in die ursprüngliche Form zurückkehrt. Der Spalt wird somit nur vorübergehend erzeugt, so daß eine dauerhafte Umformung des Bauteiles nicht erforderlich ist und das Bauteil anschließend uneingeschränkt eingesetzt werden kann.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung wird auch dadurch geschaffen, daß durch die Fixierung eine plastische Verformung erreicht wird. Hierdurch bleibt der durch die Fixierung geschaffene Spalt für die Anbringung weiterer Schweißverbindungen erhalten, so daß die Durchführung nachfolgender Schweißverfahren erleichtert wird.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Bauteile mit einer vorbestimmten Fixierkraft gegeneinander angepreßt werden. Hierdurch kann in optimaler Weise das Verfahren zur Fixierung der Bauteile durchgeführt werden, die zunächst im wesentlichen kraftschlüssig fixiert und anschließend in der so festgelegten Position mittels eines Laserschweißverfahrens verschweißt werden. Der Verformungsgrad kann so problemlos reproduziert werden, so daß eine gleichbleibende Spaltbildung sichergestellt werden kann. Dabei wird insbesondere eine Beschädigung der Bauteile oder die unerwünschte Veränderung des zunächst erzeugten Spaltes unter dem Einfluß einer weiter erhöhten Fixierkraft vermieden.

Eine weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch dann erreicht, wenn zur Fixierung zunächst eine Fixierkraft auf das erste Bauteil übertragen wird und anschließend die Bauteile mit einer verminderten Fixierkraft gegeneinander angepreßt werden. Hierdurch wird zunächst die gewünschte Verformung des ersten Bauteiles erreicht, und anschließend werden in einem weiteren Arbeitsschritt die Bauteile mit einer unabhängig von der vorhergehenden Krafteinleitung unabhängigen Fixierkraft gegeneinander gepreßt. Die Belastung des zweiten Bauteiles kann daher verringert werden, um so auch unterschiedlich formstabile oder widerstandsfähige Materialien einsetzen zu können.

Die zweitgenannte Aufgabe, die Schaffung einer zur Durchführung des Verfahrens bestimmten Vorrichtung zur Fixierung von zwei mittels eines Laserschweißverfahrens zu verschweißenden Bauteilen, mit einer Auflagefläche zur Übertragung der Fixierkraft auf die Bauteile wird erfindungsgemäß durch eine von der Oberflächenbeschaffenheit der zu fixierenden Bauteile abweichende Formgebung der Auflagefläche gelöst, durch die neben der Fixierung zugleich auch eine abschnittsweise Verformung zumindest eines der zu fixierenden Bauteile erreichbar ist. Hierdurch werden durch die Fixierung nicht lediglich die Bauteile gegeneinander gepreßt, sondern zusätzlich zumindest eines der Bauteile einer Formgebung unterworfen, die zur Ausbildung eines Spaltes zwischen den Bauteilen führt. Hierzu können auf die Bauteile sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen werden, deren Wirkrichtung insbesondere auch von der Wirkrichtung der Fixierkraft abweichen kann. So kann eines der Bauteile beispielsweise auch quer zur Fügeebene seitlich verformt werden.

Eine besonders günstige Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch geschaffen, daß die Auflagefläche abschnittsweise mit Vorsprüngen ausgestattet ist. Hierdurch führen die Vorsprünge ähnlich einem Stempel bei einer zunehmenden Beaufschlagung mit der Fixierkraft zu einer Verformung, durch die sich zwischen den Bauteilen ein Spalt ausbildet.

Ebenso ist es besonders zweckmäßig, wenn die Vorrichtung eine als Widerlager ausgeführte weitere Auflagefläche aufweist. Hierdurch wird eine gezielte Krafteinleitung auf unterschiedliche Abschnitte der Bauteile erreicht, wobei insbesondere auch eine entgegengesetzte, relative Verformung der Bauteile erreicht werden kann, um dadurch den gewünschten Spalt zu erzeugen.

Eine andere, günstige Ausgestaltung wird dadurch geschaffen, daß durch die Vorrichtung eine einstellbare Fixierkraft übertragbar ist. Hierdurch können die auf das jeweilige Bauteil durch die Auflagefläche übertragenen Fixierkräfte wahlweise begrenzt werden, um so die Verformung auf eines der beiden Bauteile zu beschränken.

Das Verfahren und die Vorrichtung sind dabei nicht auf das Laserschweißen beschränkt. Insbesondere können auch andere Strahlschweißverfahren eingesetzt werden, die aufgrund der dabei entstehenden Wärmeentwicklung ebenfalls eine Ableitung der freigesetzten Gase erfordern.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer geschnittenen Vorder- und einer Seitenansicht in

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Bauteil;

Fig. 2 die Vorrichtung mit dem durch eine Fixierkraft belasteten Bauteil;

Fig. 3 die Vorrichtung in einer geöffneten Position mit dem verformten Bauteil;

Fig. 4 die Vorrichtung zusätzlich mit einem weiteren Bauteil;

Fig. 5 die Vorrichtung in einer zum Verschweißen der Bauteile bestimmten Position;

Die Fig. 1 bis 5 zeigen schrittweise den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der hierzu bestimmten Vorrichtung 1, welche jeweils sowohl in einer geschnittenen Vorderansicht als auch in einer geschnittenen Seitenansicht dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Fixierung von zwei Bauteilen 2, 3 in einer geöffneten Position, wobei das in den Fig. 4 und 5 dargestellte Bauteil 2 zunächst noch nicht in der Vorrichtung 1 eingelegt ist. Das gezeigte Bauteil 3 liegt dabei von Fixierkräften unbelastet auf einer unteren Auflagefläche 4 der Vorrichtung 1 auf. Diese Auflagefläche 4 ist ebenso wie eine obere Auflagefläche 5 der Vorrichtung 1 mit einer Formgebung 6 versehen, deren Vorsprünge 7 gegen das Bauteil 3 anlegbar sind.

Zwischen diesen Vorsprüngen 7, 8 der beiden Auflageflächen 4, 5 ist das Bauteil 3 in der in Fig. 2 gezeigten Position der Vorrichtung 1 eingespannt, jedoch zunächst lediglich mit einer geringen Fixierkraft F belastet.

Durch eine in Fig. 3 dargestellte geöffnete Position, welche sich einer vorübergehenden Erhöhung der Fixierkraft anschließt, wird eine Verformung 9 an dem Bauteil 3 bewirkt. Das derart mit der wellenartigen Verformung 9 versehene Bauteil 3, wird hierbei zunächst von der oberen Auflagefläche 5 getrennt.

Anschließend wird, wie in Fig. 4 gezeigt, das weitere Bauteil 2 auf das verformte Bauteil 3 aufgelegt, wobei sich aufgrund der Verformung 9 zwischen den Bauteilen 2, 3 mehrere Spalte 10 bilden. Durch diese Spalte 10 können die bei einem nachfolgend in Fig. 5 dargestellten Schweißprozess freigesetzten flüchtigen Stoffe entweichen, so daß die Bildung von Blasen oder Poren vermieden wird.

Hierbei sind die Bauteile 2, 3 der Vorrichtung 1 mit einer verminderten Fixierkraft F mittels der Auflageflächen 4, 5 gegeneinander gepreßt und dadurch in ihrer relativen Position festgelegt, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Ein Laserschweißstrahl 11 gelangt dabei von oben durch das obere Bauteil 2 hindurch auf das untere Bauteil 3, wodurch eine Schweißverbindung 12 entsteht. Die flüchtigen Stoffe treten dabei durch den Spalt 10 zwischen den Bauteilen 2, 3 in Pfeilrichtung 13 seitlich aus.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Vorrichtung

2

Bauteil

3

Bauteil

4

Auflagefläche

5

Auflagefläche

6

Formgebung

7

Vorsprünge

8

Vorsprünge

9

Verformung

10

Spalt

11

Laserschweißstrahl

12

Schweißverbindung

13

Pfeilrichtung
F Fixierkraft

Claims

1. Verfahren zur Fixierung von zwei Bauteilen, die zunächst im wesentlichen kraftschlüssig fixiert und anschließend in der so festgelegten Position mittels eines Laserschweißverfahrens verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Bauteile durch die Fixierung derart verformt wird, daß dadurch abschnittsweise ein Spalt zwischen den Bauteilen entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Fixierung eine elastische Verformung erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Fixierung eine plastische Verformung erreicht wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile mit einer vorbestimmten Fixierkraft gegeneinander angepreßt werden.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung zunächst eine Fixierkraft auf das erste Bauteil übertragen wird und anschließend die Bauteile mit einer verminderten Fixierkraft gegeneinander angepreßt werden.

6. Vorrichtung zur Fixierung von zwei mittels eines Laserschweißverfahrens zu verschweißenden Bauteilen, mit einer Auflagefläche zur Übertragung der Fixierkraft auf die Bauteile, gekennzeichnet durch eine von der Oberflächenbeschaffenheit der zu fixierenden Bauteile (2, 3) abweichende Formgebung (6) der Auflagefläche (4, 5), durch die neben der Fixierung zugleich auch eine abschnittsweise Verformung (9) zumindest eines der zu fixierenden Bauteile (3) erreichbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (4, 5) abschnittsweise mit Vorsprüngen (8) ausgestattet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine als Widerlager ausgeführte weitere Auflagefläche (4) aufweist.

9. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Vorrichtung (1) eine einstellbare Fixierkraft (F) übertragbar ist.