DE102004060815A1

DE102004060815A1 - Kontaktvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung

Info

Publication number: DE102004060815A1
Application number: DE200410060815
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. Schreiber; Jürgen Dipl.-Chem. Söllner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Eine Kontaktvorrichtung (1), insbesondere für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik, weist eine Trägerbasis (11), einen sich von der Trägerbasis (11) erstreckenden Bolzen (12) und wenigstens eine über die Trägerbasis (11) herausragende Schweißerhebung (13) als zusätzliches Schweißmaterial auf. Dabei liegt die Schweißerhebung (13) mit einem Boden (15) an einer Deckfläche (16) der Trägerbasis (11) an, wobei der Schweißerhebungsboden (15) vollständig mit Abstand zur äußeren Umfangskante (17) der Deckfläche (16) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen der Kontaktvorrichtung und einem Werkstück.
Derartige Kontaktvorrichtungen werden z.B. als Massekontakt verwendet. Sie können in dieser Funktion auch dazu dienen, ein von einem elektrischen Gerät kommendes Massekabel an die Fahrzeugkarosserie anzuschließen.
In der Kraftfahrzeugtechnik wird üblicherweise für die Verbindung des Minus-Pols der Fahrzeugbatterie oder eines elektrischen Verbrauchers mit der Kraftfahrzeug-Masse ein Gewindebolzen auf den Fahrzeugkörper mittels Bolzenschweißen, Nieten oder Punktschweißen befestigt. Über derartige Gewindebolzen werden dann beispielsweise Ringkabelschuhe gelegt und diese durch eine Schraubverbindung, beispielsweise mit einer Kragenmutter, fixiert. Die von den Verbrauchern kommenden Kabel, die auf das Masse-Potential gelegt werden sollen, sind dabei mit den Ringkabelschuhen verbunden. Massestellen, an denen solche Vorrichtungen vorgesehen sind, werden entweder an geeigneten Stellen über das Kraftfahrzeug verteilt oder aber an einem zentralen Basispunkt, zum Beispiel im Motorraum, angebracht.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund von Massekontaktvorrichtungen für Kraftfahrzeuge wird auf die DE 101 07 231 A1 verwiesen. Dort ist eine Massestelle beschrieben, die an einem Karosserieabschnitt eines Kraftfahrzeuges angeschweißt ist und mittels einer Schraubverbindung einen Kabelanschluss mit beispielsweise einem Kabelschuh an der zugeordneten Massestelle befestigt.

Ferner ist aus der Patentschrift DE 101 57 183 C1 bekannt, ein Befestigungselement mit einer Zuführvorrichtung zu positionieren und anschließend mittels Widerstandsschweißens mit einem Werkstück zu verbinden.

DE 197 49 383 A1 ist eine gattungsgemäße Kontaktvorrichtung entnehmbar. Dort ist ein Gewindebolzen an einer Trägerbasis befestigt, welche auf der dem Bolzen gegenüberliegenden Seite einen kegelförmigen äußeren Bereich aufweist, der als Schweißspitze dienen soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders effizientes Verschweißen der Kontaktvorrichtung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Trägerbasis eine aus Schweißwerkstoff bestehende Schweißerhebung fixiert ist, welche mit einem Boden an einer Deckfläche der Trägerbasis anliegt, wobei der Schweißerhebungsboden vollständig mit Abstand zur äußeren Umfangskante der Deckfläche angeordnet ist.

Diese Ausgestaltung der Kontaktvorrichtung ermöglicht eine qualitativ verbesserte Schweißstelle zwischen Trägerbasis und Werkstück, da die Schweißerhebung kein Bestandteil der Trägerbasis ist, sondern als zusätzlicher Bestandteil bzw. als Zusatzmaterial an der Kontaktvorrichtung angeordnet ist, d.h. ausschließlich zum Verschmelzen während des Schweißvorganges dient. Mit anderen Worten dient die Schweißerhebung als Zusatzmaterial während der Schweißung. Somit kann auf Elektroden, die das Zusatzmaterial liefern müssten (wie z.B. bei einem herkömmlichen Schmelzschweiß-Verfahren), verzichtet werden.

Aufgrund des Abstands des Schweißerhebungsbodens von der äußeren Umfangskante der Deckfläche der Trägerbasis weist der Schweißerhebungsboden einen geringeren Flächenquerschnitt auf als die Trägerbasis bzw. zumindest dessen Deckfläche. Diese sprunghafte Reduzierung des Flächenquerschnitts erzeugt einen höheren elektrischen Widerstand für den Schweißstrom und dadurch größere Schweißhitze. Die Dauer des Schweißvorganges wird hierdurch vorteilhaft reduziert. Außerdem kann sich die schmelzende Masse der Schweißerhebung ausgehend von ihrer spezifischen Anordnung gleichmäßig in die äußeren und in die inneren Bereiche der Deckfläche verteilen, wenn die Trägerbasis während des Schweißvorganges gegen das Werkstück oder umgekehrt gedrückt wird. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen, wenigstens teilweisen Anordnung von Schweißwerkstoff an der äußeren Umfangskante einer Trägerbasis-Deckfläche geht gemäß Anspruch 1 kein Schweißwerkstoff funktionslos verloren, wenn er während des Schweißvorganges nach außen fließt. Die Anordnung der Schweißerhebung gemäß Anspruch 1 unterstützt deshalb mit verhältnismäßig wenig Schweißwerkstoff eine große Kontaktfläche zwischen Trägerbasis und Werkstück und somit eine hochwertige Schweißstelle. Die Schweißerhebung lässt sich folglich klein dimensionieren, was wiederum vorteilhaft aufgrund des höheren elektrischen Widerstands größere Schweißhitze erzeugt.

Vorzugsweise wird die Kontaktvorrichtung als Massekontakt in der Kraftfahrzeugtechnik verwendet und mit einem Kraftfahrzeug-Karosserieteil als Werkstück verschweißt.

Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung wird die Kontaktvorrichtung mit ihrer Trägerbasis derart gegenüber dem Karosserieteil positioniert, dass die wenigstens eine Schweißerhebung auf das Werkstück weist. Anschließend wird ein elektrischer Strom zwischen der Kontaktvorrichtung und dem Werkstück erzeugt, der das Zusatzmaterial in Form der Schweißerhebung zum Schmelzen bringt und eine Schweißverbindung zwischen der Trägerbasis und dem Werkstück bewirkt. Somit wird zuverlässig eine mechanische Verankerung und gleichzeitig ein elektrischer Kontakt hergestellt.

Der Arbeitsgang bei diesem Widerstandsschweißen ist aufgrund der obigen Vorteile von verhältnismäßig kurzer Dauer. Vorteilhafterweise muss hier kein Schweißroboter eingesetzt werden, der zeitaufwändig um die Trägerbasis herum bewegt wird, um mit seiner Schweißspitze eine umlaufende Schweißnaht zu erzeugen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Um eine besonders gut kontrollierte Verschweißung bei genauer Ausrichtung der Kontaktvorrichtung zu gewährleisten, ist die Schweißerhebung vorzugsweise an ihrem mit einer Deckfläche der Trägerbasis verbundenen Boden breiter ausgestaltet und verjüngt sich in von der Trägerbasis weggewandter Richtung.

Die Schweißerhebung ist insbesondere entweder auf der den Bolzen tragenden Seite der Trägerbasis oder auf der dem Bolzen abgewandten Seite der Trägerbasis angeordnet.

Vorzugsweise ist der Bolzen und/oder die Schweißerhebung einstückig mit der Trägerbasis ausgebildet.

Vorteilhaft bestehen der Bolzen, die Trägerbasis und die Schweißerhebung aus dem gleichen Werkstoff.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind an der Deckfläche der Trägerbasis mehrere Schweißerhebungen angeordnet. Sie können einen gleichmäßigen oder unregelmäßigen Abstand voneinander aufweisen. Die Verteilung des notwendigen Schweißwerkstoffes auf mehrere Schweißerhebungen ermöglicht noch größere elektrische Übergangswiderstände zwischen Trägerbasis und der einzelnen Schweißerhebung. Dies erhöht vorteilhaft die Schweißhitze mit verhältnismäßig geringer elektrischer Leistung während des Schweißvorganges.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 eine auf einem Karosserieteil plazierte Kontaktvorrichtung vor dem Schweißvorgang;
2a–c Unteransichten auf verschieden geformte Schweißerhebungen der Trägerbasis einer Kontaktvorrichtung;
3 eine an ein Karosserieteil angeschweißte Kontaktvorrichtung; und
4 eine Kontaktvorrichtung, die sich mit ihrem Bolzen durch eine Öffnung eines Karosserieteiles erstreckt.
1 zeigt eine auf einem Karosserieteil 2 plazierte Kontaktvorrichtung 1 vor dem Schweißvorgang. Die in 1 dargestellte Kontaktvorrichtung 1 weist eine Trägerbasis 11 und einen mit einem Gewinde versehenen Bolzen 12 auf, der sich von einer flächigen Seite der Trägerbasis 11 weg erstreckt. An der dem Bolzen 12 abgewandten Seite der Trägerbasis 11 ist eine Schweißerhebung 13 (siehe 2a) bzw. sind mehrere Schweißerhebungen 13 (siehe 2b und 2c) angeordnet. In 1 ist der dreieckartige Längsschnitt dieser Schweißerhebung bzw. -erhebungen sichtbar. Die Schweißerhebung 13 berührt mit ihrem der Trägerbasis 11 abgewandten Ende in Form einer Kegelspitze ein Karosserieteil 2 bzw. Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs. Die Schweißerhebung 13 verjüngt sich von ihrem der Trägerbasis 11 zugewandten Schweißerhebungsboden 15 in Richtung des Karosserieteils 2.
Sowohl die einstückig ausgebildete Kontaktvorrichtung 1 als auch das Karosserieteil 2 bestehen aus metallischen Werkstoffen, z.B. aus Stahl.
2a veranschaulicht eine an einer Deckfläche 16 der Trägerbasis 11 angeordnete, ringförmig in sich geschlossene Schweißerhebung 13. Dabei verläuft die Schweißerhebung 13 in Umfangsrichtung 19 der in Zeichnungsebene gemäß 2a ebenfalls kreisförmigen Trägerbasis 11. Es können auch mehrere konzentrische ringförmige Schweißerhebungen 13 an einer Deckfläche 16 der Trägerbasis 11 angeordnet sein.
2b illustriert mehrere Schweißerhebungen 13, welche als insgesamt vier Ringsegmente an einer Deckfläche 16 der Trägerbasis. Da diese Schweißerhebungen 13 weniger Masse als die in 2a dargestellte Schweißerhebung 13 aufweisen, muss weniger elektrische Energie für den Schweißvorgang aufgebracht werden.
In 2c ist die Trägerbasis 11 von 1 dargestellt. Sie weist vier kegelförmige Schweißerhebungen 13 auf, die sich ausgehend von ihrem an einer Deckfläche 16 der Trägerbasis 11 angeordneten Schweißerhebungsboden 15 zu einer Spitze verjüngen. Alternativ können diese Schweißerhebungen 13 zylinderförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein.
Die in 2a bis 2c dargestellten Schweißerhebungen 13 verjüngen sich in von der Trägerbasis 11 weggewandter Richtung, d.h. in Richtung auf das Karosserieteil 2 hin. Dabei weisen die Schweißerhebungen 13 den in 1 bzw. 4 dargestellten dreieckartigen Querschnitt auf.
Jede Schweißerhebung 13 liegt mit einem Schweißerhebungsboden 15 an der zugeordneten Deckfläche 16 der Trägerbasis 11 an. Dabei ist jeder Schweißerhebungsboden 15 vollständig mit Abstand zur äußeren Umfangskante 17 der Deckfläche 16 angeordnet.
3 stellt die in 1 gezeigte Kontaktvorrichtung 1 nach dem Schweißvorgang dar.
Zur Herstellung der Schweißverbindung und zur Schaffung einer elektrischen Massestelle wird die Kontaktvorrichtung 1 zunächst auf einer gewünschten Stelle eines Karosserieteils 2 plaziert. Anschließend wird ein elektrischer Kontakt einer Schweißvorrichtung hergestellt. Dies kann zum Beispiel durch Anschrauben einer Elektrode an das Gewinde des Bolzens 12 oder durch Aufdrücken der Elektrode auf den Bolzen 12 erfolgen. Eine zweite Elektrode wird mit dem Karosserieteil 2 kontaktiert. Danach erfolgt ein Widerstandsschweißen, indem die Kontaktvorrichtung 1 mit einem ausreichenden elektrischen Strom beaufschlagt wird. Der Strom erhitzt die gegenüber dem Bolzen 12 dünnen bzw. dünnwandigen Schweißerhebungen 13 so stark, dass sie mit den angrenzenden Bauteilen – Karosserieteil 2 und Trägerbasis 11 – verschmelzen. Zwischen Trägerbasis 11 und Karosserieteil 2 entsteht eine Schweißverbindung 13a (3). Dieser Schweißvorgang dauert nur den Bruchteil einer Sekunde.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kontaktvorrichtung 1 vor dem Schweißvorgang, bei der die Schweißerhebung 13 bzw. die Schweißerhebungen 13 auf einer den Bolzen 12 tragenden Deckseite 16 der Trägerbasis 11, also auf derselben Seite wie der Bolzen 12, angeordnet sind. Der Bolzen 12 ist durch eine Öffnung 14 im Karosserieteil 2 so weit hindurch gesteckt, dass die Schweißerhebungen 13 das Karosserieteil 2 berühren. Der Schweißvorgang läuft prinzipiell wie oben beschrieben ab.

Claims

Kontaktvorrichtung (1) mit – einem elektrisch leitfähigen Bolzen (12) zur Kontaktierung eines elektrischen Anschlusses und – einer den Bolzen (12) tragenden, elektrisch leitfähigen Trägerbasis (11), welche im Montagezustand mit einem Werkstück (2) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerbasis (11) eine aus zusätzlichem Schweißmaterial bestehende Schweißerhebung (13) fixiert ist, welche mit einem Boden (15) an einer Deckfläche (16) der Trägerbasis (11) anliegt, wobei der Schweißerhebungsboden (15) vollständig mit Abstand zur äußeren Umfangskante (17) der Deckfläche (16) angeordnet ist.
Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebung (13) einstückig mit der Trägerbasis (11) ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (12) einstückig mit der Trägerbasis (11) ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Schweißerhebung (13) in von der Trägerbasis (11) weggewandter Richtung verjüngt ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebung (13) in einer Umfangsrichtung (19) der Trägerbasis (11) bogenförmig, insbesondere ringförmig in sich geschlossen, ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebung (13) kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Schweißerhebungsbodens (15) kleiner als der Querschnitt des Bolzens (12) ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebung (13) auf der dem Bolzen (12) entgegengesetzten Seite der Trägerbasis (11) angeordnet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißerhebung (13) auf der den Bolzen (12) tragenden Seite der Trägerbasis (11) angeordnet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (12), die Trägerbasis (11) und die Schweißerhebung (13) aus gleichem Werkstoff bestehen.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerbasis (11) mehrere Schweißerhebungen (13) angeordnet sind.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (12) ein Gewinde aufweist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktvorrichtung (1) aus Stahl, insbesondere Edelstahl, oder aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Magnesiumlegierung besteht.
Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen einer Kontaktvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Werkstück (2) mit den Verfahrensschritten: (a) Die Kontaktvorrichtung (1) wird mit ihrer Trägerbasis (11) derart gegenüber dem Werkstück (2) positioniert, dass die mindestens eine Schweißerhebung (13) auf das Werkstück (2) gerichtet ist; (b) Zwischen der Kontaktvorrichtung (1) und dem Werkstück (2) wird ein elektrischer Strom derart eingebracht, dass die Schweißerhebung (13) schmilzt und eine Schweißverbindung (13a) zwischen der Trägerbasis (11) und dem Werkstück (2) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Schweißverbindung (13a) eine erste Elektrode einer Schweißeinrichtung mit dem Bolzen (12) kontaktiert wird und eine zweite Elektrode der Schweißeinrichtung mit dem Werkstück (2) kontaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, – dass der Bolzen (12) der Kontaktvorrichtung (1) durch eine Öffnung (14) des Werkstücks (2) gesteckt wird und – dass die Kontaktvorrichtung (1) mittels mindestens einer Schweißerhebung (13), die auf der den Bolzen (12) tragenden Seite der Trägerbasis (11) angeordnet ist, an das Karosserieteil (2) geschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–16, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück (2) ein Metallblech, insbesondere ein Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs, verwendet wird.