DE102005038493B4

DE102005038493B4 - Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen zwei Blechen

Info

Publication number: DE102005038493B4
Application number: DE102005038493.5A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Jüttner Sven; Matthias Graul; Jörg Zschetzsche
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-08-13
Filing date: 2005-08-13
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2025-08-14
Also published as: DE102005038493A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen zwei Blechen oder zwei Bauteilen aus Blech umfassend mindestens einen Schritt, in dem durch Warmpresslöten eine Verbindung zwischen den mindestens zwei Blechen oder Bauteilen aus Blech hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Fügeverbindung gleichzeitig mit einem Umformprozess einhergeht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen zwei Blechen oder zwei Bauteilen aus Blech umfassend mindestens einen Schritt, in dem durch Warmpresslöten eine Verbindung zwischen den mindestens zwei Blechen oder Bauteilen aus Blech hergestellt wird.
Das sogenannte Warmpresslöten als Fügeverfahren ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. In „Schweißen & Schneiden”, DVS11/20, Jahrgang 54(2002), Seite 644 ff. wird das Warmpresslöten von Mischverbindungen für den Leichtbau beschrieben. Die Druckschrift beschreibt das Warmpresslöten als stoffschlüssiges thermisches Fügeverfahren für Kombinationen aus Leichtmetallen und Stahlblechen, wie sie im modernen Fahrzeugkarosseriebau eingesetzt werden. Vor dem eigentlichen Lötvorgang wird eine Oxidhaut auf der Bauteiloberfläche durch eine Vorbelotung der Fügepartner mit Hilfe des Plasmaauftraglötens oder des atmosphärischen Plasmaspritzens beseitigt. Dadurch lassen sich artgleiche sowie artfremde Verbindungen aus hochfesten Aluminiumlegierungen oder Magnesiumlegierungen einerseits sowie verzinktem Stahlblech andererseits herstellen. Die Bleche aus den Aluminiumlegierungen beziehungsweise Magnesiumlegierungen sowie aus Stahlblech DC04 werden im Bereich der Fügeflächen durch Plasmaspritzen mit Zink oder einer Zinklegierung als Lot beschichtet. Anschließend erfolgt die Fügeverbindung der Bleche durch Warmpresslöten, jedoch ohne Umformung der Fügepartner.
Der Einsatz von Blechen aus Vergütungsstahl im Karosseriebau erfordert die Anwendung der Warmumformung, weil diese Werkstoffe bei Raumtemperatur nicht umformbar sind. Das Herstellen einer Fügeverbindung solcher warmformgehärteter Bauteile aus Vergütungsstahl durch das bislang übliche Schweißen als Fügetechnik führt zu einer Werkstoffschädigung. Daher war es bislang beim sogenannten Formhärten notwendig, für jedes Einzelteil eine eigene Fertigungsstrecke vorzusehen. In der Serienproduktion wurde so vorgegangen, dass erst eine Warmumformung der Einzelteile erfolgte und diese anschließend in einem separaten Arbeitsgang im Karosseriebau gefügt wurden.
Eine mechanische Fixierung von Blechen ist aus der DE 100 49 660 B4 bekannt. Die Patentschrift beschreibt ein Verfahren, bei dem ein sogenanntes Basisblech mit einem kleineren, lokal angeordneten Verstärkungsblech gemeinsam in einer Umformpresse tiefgezogen wird. Dabei werden die beiden Bleche vor dem Umformen erwärmt. Die DE 43 07 563 C2 sieht ebenfalls ein Verfahren vor, bei dem ein Basisblech mit einem Verstärkungsblech gemeinsam in einer Umformpresse tiefgezogen wird, wobei das Verstärkungsblech zumindest teilweise vor dem Tiefziehen am Basisblech befestigt wird. Ein Lötverfahren ist aus der DE 197 14 755 C2 bekannt. Das Lötverfahren sieht ein partielles Löten durch konduktive Widerstandserwärmung unter Verwendung von pulverförmigen Loten vor. Dabei wird das Lot mittels Löt-Sintern auf einem ersten Blechbauteil positioniert; danach werden die zu verbindenden Teile in die gewünschte Position gebracht, wobei sich das Lot zwischen den zu verbindenden Teilen befindet. Das Verbinden der Teile erfolgt dann durch Aufheizen über eine Schweißelektrode.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen zwei Blechen oder zwei Bauteilen aus Blech der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches zu einer Vereinfachung des Fertigungsprozesses führt und somit Kosteneinsparungen in einer Serienfertigung ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen zwei Blechen oder zwei Bauteilen aus Blech der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Herstellen der Fügeverbindung gleichzeitig mit einem Umformprozess einhergeht. Dadurch ist es möglich, die Fügeverbindung bereits bei dem ohnehin erforderlichen Warmumformprozess herzustellen und der bislang übliche nachgeschaltete Fügeprozess im Karosseriebau kann entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht Einsparungszeiten in der Fertigung und Einsparungen bei den Investitionen, da insbesondere die Anzahl der notwendigen Öfen beziehungsweise Pressen für das Warmumformen reduziert werden kann. Durch einen Umformprozess gemäß der vorliegenden Erfindung können insbesondere mehrere Bauteile gleichzeitig umgeformt und gefügt werden, so dass mindestens ein Umformprozess und ein Fügeprozess eingespart wird. Der Umformprozess, insbesondere das sogenannte Formhärten, kann erfindungsgemäß gleichzeitig mit einem Warmpresslöten zweier oder mehrerer Bauteile durchgeführt werden. Die Herstellung der Fügeverbindungen erfolgt während des Umformvorgangs durch Presslöten, wobei zusätzliche Verfahrensschritte zum Herstellen der Fügeverbindung nicht notwendig sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere dazu wenigstens zwei Bleche beziehungsweise zwei Bauteile aus Blech aus einem Vergütungsstahl zu fügen. Die im Karosseriebau eingesetzten Bleche aus Vergütungsstahl sind meist beschichtet. Diese Beschichtung kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren gleichzeitig als Lot dienen. Das Fügen von Blechen oder Bauteilen aus Blech, die aus einem beschichteten Vergütungsstahl bestehen, ist damit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft. Eine solche Beschichtung, die gleichzeitig als Lot dienen kann, kann beispielsweise eine AlSi-Legierung sein, die als Lot für das erfindungsgemäße Fügeverfahren grundsätzlich geeignet ist. Anderenfalls muss ein Lot deponiert werden, zum Beispiel als Pulver, als Folie, als Formteil oder durch ein separates Beschichtungsverfahren.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise so vorgegangen, dass vor dem Formhärten ebene Blechteile übereinander angeordnet und gegebenenfalls fixiert werden. Ein solches Fixieren vor dem Fügevorgang kann beispielsweise durch mindestens eine Schweißverbindung, insbesondere durch Widerstandspunktschweißen erfolgen. Alternativ dazu ist beispielsweise auch eine mechanische Verklemmung der Bleche möglich. Die Fixierung sollte möglichst so erfolgen, dass die Bleche beziehungsweise Bauteile aus Blech spaltfrei aufeinander liegen.
Nach dem Übereinanderanordnen der Bleche beziehungsweise nach gegebenenfalls der vorgenannten Fixierung können diese in einer Wärmequelle, insbesondere in einem Ofen auf die vorgesehene Temperatur erwärmt werden. Vorzugsweise wird auf eine Temperatur von wenigstens etwa 700°C, weiter vorzugsweise auf wenigstens 800°C, beispielsweise auf eine Temperatur von ca. 900°C vorzugsweise in einem Ofen erwärmt. Diese Temperatur entspricht beispielsweise der Löttemperatur und kann beim Warmpresslöten gegebenenfalls auch unterhalb der Schmelztemperatur des Lots liegen.
Während des Umformens beispielsweise in einer Presse tritt im Allgemeinen eine Relativbewegung zwischen den Blechen auf. Diese Relativbewegung sowie das Fließen des Lotes zwischen den Blechen gewährleisten die für das Löten notwendige Aktivierung der Oberflächen.
Vorzugsweise erfolgt nach dem Fügevorgang ein vergleichsweise rasches Abkühlen der Bauteile im Gesenk, wodurch die gewünschte Festigkeit der Bauteile und die Erstarrung des Lötguts erreicht wird. Somit entsteht eine stoffschlüssige Lötverbindung zwischen den Blechen beziehungsweise Bauteilen aus Blech. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Lötverbindungen zwischen unterschiedlichen Werkstoffen erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere anwendbar im Karosseriebau, beispielsweise zur Herstellung von Fügeverbindungen an tragenden Bauteilen von Karosserien, zum Beispiel für Verstärkungen an Säulen der Karosserie über Verstärkungsplatten oder zur Anbringung von lokalen Befestigungselementen an tragenden Bauteilen wie Säulen der Karosserie oder dergleichen. Das Verfahren eignet sich beispielsweise auch zur Aufbringung von lokalen Aufdickungen zur Verbesserung des Deformationswiderstands in bestimmten Bereichen tragender Bauteile der Karosserie. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt hier insbesondere als Alternative zu den bislang üblichen Methoden wie beispielsweise dickenvariables Walzen oder Patchwork mit aufgschweißtem Blechelement in Betracht.
Die Beschichtung der Bleche kann sowohl durch beim Hersteller übliche Bandbeschichtungsverfahren als auch durch nachträgliche Verfahren vor dem Umformen erfolgen. Zu den möglichen Beschichtungsverfahren zur Erzeugung einer Lotschicht zählen:

– Plasmaspritzen
– Lichtbogenspritzen
– Pulverauftragslöten/-schweißen
– u. a.

Die üblichen Temperaturen bei der Ofen-Wärmebehandlung liegen bei 850°–950°C.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine schematisch vereinfachte Schnittansicht einer Fügeverbindung zwischen zwei Blechteilen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Darstellung gemäß 1 ist stark schematisch vereinfacht und zeigt lediglich einen Ausschnitt aus zwei Blechteilen 10 beziehungsweise 11, wobei hier nur der Fügebereich in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Die beiden Blechteile 10, 11 können im Prinzip in den hier nicht dargestellten Bereichen beliebig geformt sein, was hier nicht dargestellt ist, da es darauf im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht ankommt.
Die einem Umformprozess zu unterwerfenden und durch einen Fügevorgang zu verbindenden beiden Bleche 10, 11 werden beispielsweise in einem Ofen (hier nicht dargestellt) auf die Fügetemperatur von ca. 900°C erwärmt. Vor dem Fügevorgang werden die beiden Blechteile beispielsweise durch Widerstandspunktschweißen gegeneinander fixiert. In 1 ist schematisch eine Schweißlinse 12 einer solchen Punktschweißverbindung dargestellt. Die beiden Blechteile 10, 11 sind mindestens an den einander zugewandten Oberflächenseiten jeweils mit einer Beschichtung versehen. Das Blechteil 10 weist dort eine Beschichtung 13 beispielsweise aus einer als Lot geeigneten AlSi-Legierung auf. An der dem Blechteil 10 zugewandten Seite weist das zweite Blechteil 11 ebenfalls eine Beschichtung 14 der genannten Art auf. Die beiden Blechteile 10, 11 werden übereinander geordnet, auf die genannte Weise fixiert, so dass sie möglichst spaltfrei aufeinander liegen, erwärmt und dann beispielsweise in einer Presse umgeformt und gefügt. Während des Umformens in der Presse tritt eine Relativbewegung zwischen den beiden Blechteilen 10, 11 auf, die zusammen mit dem Fließen des Lotes zwischen den Blechen die für das Löten notwendige Aktivierung der Oberflächen gewährleistet. Nach dem Warmumformvorgang und der dabei gleichzeitig hergestellten Fügeverbindung zwischen den beiden Blechteilen erfolgt ein vergleichsweise rasches Abkühlen des Fügeverbunds im Gesenk, das Lötgut erstarrt und es entsteht eine stoffschlüssige Lötverbindung zwischen den beiden Blechteilen 10, 11.
Bezugszeichenliste

10: Blechteil
11: Blechteil
12: Schweißlinse
13: Beschichtung
14: Beschichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen zwei Blechen oder zwei Bauteilen aus Blech umfassend mindestens einen Schritt, in dem durch Warmpresslöten eine Verbindung zwischen den mindestens zwei Blechen oder Bauteilen aus Blech hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Fügeverbindung gleichzeitig mit einem Umformprozess einhergeht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem wenigstens zwei Bleche beziehungsweise Bauteile (10, 11) aus Blech aus einem Vergütungsstahl gefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bleche oder Bauteile (10, 11) aus Blech gefügt werden, die aus einem beschichteten Vergütungsstahl bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorhandene Beschichtung (13, 14) mindestens eines der Bleche beziehungsweise Bauteile aus Blech gleichzeitig als Lot in dem Schritt des Warmpresslötens dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bleche oder Bauteile (10, 11) aus einer mangan- und/oder borhaltigen Stahllegierung gefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bleche oder Bauteile (10, 11) aus Blech mindestens eine Beschichtung (13, 14) aus einer AlSi-Legierung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man von ebenen Blechen oder Bauteilen (13, 14) aus Blech ausgeht, diese übereinander angeordnet und vor dem Fügeprozess gegebenenfalls fixiert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bleche oder Bauteile (10, 11) aus Blech vor dem Fügevorgang durch mindestens eine Schweißverbindung (12), vorzugsweise durch Widerstandspunktschweißen fixiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung der Bleche beziehungsweise Bauteile (10, 11) aus Blech so erfolgt, dass diese vor dem Fügevorgang weitgehend spaltfrei aufeinander liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gegebenenfalls vorfixierten Bleche beziehungsweise Bauteile (10, 11) aus Blech für den Fügevorgang erwärmt werden, vorzugsweise auf eine Temperatur, die der Löttemperatur entspricht und dann die Bleche beziehungsweise Bauteile aus Blech vorzugsweise in einer Presse umgeformt und gleichzeitig gefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche beziehungsweise Bauteile (10, 11) aus Blech vorzugsweise in einem Ofen auf eine Temperatur von wenigstens etwa 700°C, vorzugsweise auf wenigstens 800°C erwärmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der gleichzeitig mit dem Warmpresslöten erfolgende Umformprozess ein Formhärten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Herstellung der Fügeverbindung ein rasches Abkühlen der Bauteile im Gesenk erfolgt.
Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von Karosseriebauteilen.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von Fügeverbindungen an tragenden Bauteilen von Karosserien.