DE102006040215A1

DE102006040215A1 - Befestigungselement zur Verwendung beim elektrischen Blechschweißen

Info

Publication number: DE102006040215A1
Application number: DE102006040215A
Authority: DE
Inventors: Roland Kurz; Udo Mildner
Original assignee: Newfrey LLC; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Newfrey LLC; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Zum elektrischen Anschweißen eines Blechbauteils (1) an einen im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge verwendeten Blechbereich (2) wird das Blechbauteil (1) mit einem Anschweißbereich (3) versehen, dessen Vorderseite (6), gesehen in einer Richtung beim Zubewegen auf den Blechbereich (2), einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement, das beim elektrischen Blechschweißen eingesetzt wird. Solche Befestigungselemente werden häufig als Blechbauteile ausgebildet, die an ihrer Vorderseite einen Anschweißbereich aufweisen. Die Vorderseite des Anschweißbereichs wird beim Anschweißen an einen Blechbereich aufgrund der Wirkung eines elektrischen Stroms aufgeschmolzen, wobei das Blechbauteil und der Blechbereich nach dem Erkalten der Schmelze miteinander verbunden sind.
Die US 5 442 133 zeigt ein Verfahren zum Aufschweißen einer elektrischen Anschlussschraube auf ein Blech. Zum Anschweißen wird ein Lichtbogenverfahren eingesetzt, das in der US 4 942 283 und in der US 5 068 511 näher beschrieben ist.
Die DE 299 05 259 U1 zeigt eine Schweißvorrichtung, die zum Lichtbogenschweißen mittels Hubzündung eingesetzt wird. Während des Schweißens wird das Magnetfeld um den Lichtbogen und damit dessen Ausbreitung mit einem Feldformer beeinflusst.
Die DE 196 25 886 A1 zeigt eine elektrische Schweißvorrichtung, die zum Aufschweißen eines Befestigungselements eingesetzt wird. Zur Vermeidung von Problemen beim Aufschweißen des Befestigungs elements wird ein Schutzgas bzw. ein inertes Gas in dem Bereich der Schweißstelle zugeführt.
Im Jahresbericht 1999 des Instituts für Allgemeine Elektrotechnik und Leistungselektronik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Seite 63 und Seite 64, wird beschrieben, wie beim Impulslichtbogenschweißen von Aluminiumwerkstoffen eine Steuerung des Schweißlichtbogens durch äußere, zusätzlich angelegte magnetische Felder vorgenommen wird.
Hinweise zum Blechschweißen mit Hubzündung ergeben sich aus dem Tagungsband „Dünnblechverarbeitung – Weiterentwicklung in der Schweißtechnik 1997", Seite 167, 179.
Außerdem sind Schweißverfahren der Firma Emhart zum Aufbringen von Schraubenmuttern auf Blechbereiche bekannt. Schweißverfahren der Firma Emhart sind unter der Bezeichnung „Weldfast" bekannt.
Bei den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist von Nachteil, dass diese kompliziert aufgebaute Schweißvorrichtungen bedingen. Außerdem ist das Zuführen eines Schutzgases ungünstig, denn dafür müssen speziell an die jeweilige Schweißstelle angepasste Mundstücke konstruiert werden, die der Umgebung der zu schweißenden Blechkontur Rechnung tragen und ein Abströmen des Schutzgases verhindern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, für diese Nachteile Abhilfe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gebildet. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung wird ein besonderes Blechbauteil eingesetzt, dessen Anschweißbereich – gesehen in einer Richtung beim Zubewegen auf denjenigen Blechbereich, an den das Blechbauteil anzuschweißen ist – einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweist. Dabei meint die Bezeichnung „im Wesentlichen", dass der Anschweißbereich einen Querschnitt aufweisen kann, der auch nur einen Teil eines Rings bzw. eines Kreisrings entspricht. Somit muss der Querschnitt nicht demjenigen eines vollständig geschlossenen Kreisrings gleichen, er sollte aber wenigstens zu 3/4 oder zu 90% mit dem vollen Umfang eines Rings übereinstimmen, so dass man die Ringstruktur noch erkennt. Besonders gute Ergebnisse ergeben sich dann, wenn der ringförmige Querschnitt nur einen kleinen Schlitz aufweist, wie er beim Herstellen eines Bauteils aus einer flachen Blechtafel entsteht.
Das Blechbauteil kann hierzu aus einem Stanzrohling hergestellt werden, der mit einem Stanzverfahren aus Metallblech erzeugt worden ist. Dieser Stanzrohling wird nachfolgend in einem Rollbereich mit einem Rollverfahren zu dem im Wesentlichen zylindrischen Anschweißbereich umgeformt. Das Blechbauteil kann dabei sowohl aus Stahlblech als auch aus Aluminiumblech hergestellt werden.
Es hat sich bewährt, den Außendurchmesser des ringförmigen Querschnitts des Anschweißbereichs kleiner als 25 mm zu halten, vorzugsweise höchstens 16 mm.
Zum Anschweißen eines solchen Blechbauteils an einen insbesondere im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge verwendeten Blechbereich wird dabei ein Lichtbogen-Bolzenschweißverfahren angewendet, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Hierzu wird zwischen dem Blechbauteil und dem Blechbereich ein Lichtbogen erzeugt, der die Schweißstelle festlegt. In der Schweißstelle schmilzt das Material des Blechbauteils und des Blechbereichs auf. Anschließend werden die beiden Bauteile an der Schweißstelle zueinander gebracht und so lange dort gehalten, bis nach dem Abschalten des Lichtbogens die Metallschmelze erkaltet ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden zum Anschweißen des erfindungsgemäßen Blechbauteils die Schritte eines Hubzündungs-Schweißverfahrens angewendet. Bei einem Hubzündungs-Schweißverfahren wird das erfindungsgemäße Blechbauteil an den Blechbereich angelegt und unter Bildung eines Vorstromlichtbogens zwischen dem Blechbauteil und dem Blechbereich vom Blechbereich abgehoben. Der Vorstromlichtbogen kann dabei mit einem Führungsstrom von ca. 20 bis 50 Ampere erzeugt werden. Nach dem Abheben wird der Hauptstrom eingeschaltet, der sich in der Größenordnung von 200 Ampere bis 2000 Ampere bewegen kann. Nach der Erzeugung einer Schmelzzone am Blechbauteil und am Blechbereich wird das Blechbauteil unter Löschung des Lichtbogens erneut an den Blechbereich angelegt bzw. in die Metallschmelze eingetaucht und bis zum Erstarren der Metallschmelze in seiner Lage gehalten.
Hierbei wird zum Erzeugen des Schweißstroms vorzugsweise ein Gleichstrom erzeugt, wobei der Minuspol der Stromquelle vorzugsweise an das Blechbauteil angelegt wird. Dadurch wird der Einfluss einer magnetischen Blaswirkung relativ gering gehalten. Dementsprechend liegt der positive Pol der Stromquelle an dem Blechbereich an, an dem das Blechbauteil angeschweißt werden soll. Diese Gestaltung ergibt auch eine geringere Einbrandtiefe im Blechbereich als bei umgekehrter Polung, dies ergibt eine günstige Einbrandform und führt zu einer fehlerarmen Schweißverbindung.
Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung verharrt der Lichtbogen nicht an einer beliebigen Stelle der Vorderseite des Anschweißbereichs, sondern er oszilliert normalerweise über den gesamten ringförmigen Umfang des Anschweißbereichs und schmilzt dabei das Blechbauteil und den Blechbereich gleichmäßig und vollständig an. Diese Lichtbogenbewegung wird ohne zusätzliches Magnetfeld erreicht. Dabei können sogar beschichtete Blechbereiche mit den erfindungsgemäßen Blechbauteilen versehen werden. Die Beschichtungen beispielsweise aus Zink, aus Farbe oder aus Fett werden häufig einfach weggebrannt, wenn sie nicht zu dick sind.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Schweißstrom über die gesamte Schweißzeit einen konstanten Verlauf aufweist. Dann werden die zu verschweißenden Bereiche des erfindungsgemäßen Blechbauteils und des Blechbereichs, an den dieses angeschweißt werden soll, gleichmäßig aufgeschmolzen. Gleichmäßige Schweißungen werden so erreicht.
Das erfindungsgemäße Blechbauteil kann dabei durch einen Schrittmotor oder auch durch elektrische oder hydraulische oder pneumatische Aktuatoren auf die Schweißstelle zu oder von der Schweißstelle weg bewegt werden, wie es beim Hubzündungs-Schweißen notwendig ist.
Beim erfindungsgemäßen Anschweißen ist es nicht notwendig, ein Schutzgas oder ein Inertgas als Hülle um die Schweißstelle herum anzulegen, damit der Lichtbogen nicht abreißt. Vielmehr kann ein solches Schutzgas sogar ausdrücklich von der Schweißstelle ferngehalten bleiben. Das Erzeugen einer Schutzgashülle ist nicht notwendig.
Bei bestimmten Schweißsituationen kann es trotzdem von Vorteil sein, im Bereich der Schweißstelle ein den Schweißschmelzenfluss korrigierendes Magnetfeld zu erzeugen.
Gemäß der Erfindung wird entgegen der Lehre in der DE 299 05 259 U1 kein Blechbauteil verwendet, das im Bereich der Schweißstelle eine geradlinige Kontur aufweist. Gemäß einem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken wird davon ausgegangen, dass diese geradlinige Kontur des Anschweißbereichs dafür verantwortlich ist, dass ein Lichtbogen ohne Schutzgashülle während des Schweißvorgangs leicht abreißt.
Die Erfindung handelt auch entgegengesetzt zu dem in der Fachwelt bekannten und in der DE 196 25 886 A1 angegebenen Vorurteil, gemäß dem beim elektrischen Anschweißen von rohrförmig ausgebildeten Befestigungselementen kein Gebrauch gemacht werden soll. Bei diesen besteht nämlich die Gefahr, dass die erzeugte Schmelze bedingt durch ein Magnetfeld und ein Zusammenziehen des Lichtbogens radial nach innen gezogen wird, so dass die Gefahr einer unbefriedigenden Schweißverbindung besteht.
Es hat sich herausgestellt, dass beim erfindungsgemäß aufgebauten Blechbauteil dieser Nachteil nicht gegeben ist. Es wird vermutet, dass dies auf den Schlitz im rohrförmigen Anschweißbereich zurückzuführen ist, der sich bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Blechbauteils ergibt. Es scheint, dass hierdurch die im Stand der Technik bekannten Nachteile überraschenderweise vermieden werden können, denn die damit hergestellten Schweißverbindungen sind durchweg alle einwandfrei. Durch das Vermeiden von Schutzgas entfallen Aufbringungsprobleme und erheblicher zusätzlicher Geräteaufwand.
Bei der Erfindung werden somit Investitionskosten eingespart, wobei sich eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anbindung sogar mit höherer Steifigkeit der angeschweißten Halter als Blechbauteile ergeben. Der zylindrisch gestaltete Anschweißbereich hat ein um ein Vielfaches höheres Flächenträgheitsmoment als die bisher verwendeten geraden Halter.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Blechbauteils, das an einen Blechbereich angeschweißt wird und
2 zeigt eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Blechbauteils.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Blechbauteils 1, das an einen Blechbereich 2 angesetzt ist.
Das Blechbauteil 1 gliedert sich in einen Anschweißbereich 3, in einen Haltebereich 4 zur Verbindung mit einem in dieser Ansicht nicht gezeigten Armaturenbrett sowie in einen Übergangsbereich 5, der sich zwischen Anschweißbereich 3 und Haltebereich 4 erstreckt. Der Anschweißbereich 3 weist dabei einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt auf, wie man an der mit gestrichelter Linie dargestellten Stirnfläche 6 sehen kann.
Das Blechbauteil 1 ist dabei einteilig aus Stahlblech hergestellt und durch Biege- und Umformungsverfahren zu der in 1 gezeigten Form gebogen worden.
Der Anschweißbereich 3 ist durch ein Rollverfahren aus einem flachen Blechbereich hergestellt. Ein schmaler Schlitz 7 entsteht dabei, wenn zwei sich flügelförmig nach außen erstreckende Blechteile zu einem Rohr zusammengebogen werden.
2 zeigt das Blechbauteil 1 in einer Ansicht von vorne auf die Stirnfläche 6. In dieser Ansicht sieht man besonders gut die Ausbreitung des Schlitzes 7 sowie eine Vorderansicht des Übergangsbereichs 5.
Zum Anschweißen des Blechbauteils 1 an dem Blechbereich 2 wird dabei die Stirnfläche 6 auf den Blechbereich 2 aufgesetzt. Unter Anlegen eines Führungsstroms an das Blechbauteil 1 und an den Blechbereich 2, wobei der Pluspol des Führungsstroms an das Blechbauteil 1 angelegt wird und wobei der Minus-Pol an dem Blechbereich 2 angelegt wird, wird zunächst ein Vorstromlichtbogen erzeugt. Danach wird der volle Schweißstrom eingeschaltet, worauf sich die Stirnfläche 6 und eine gegenüberliegende Fläche am Blechbereich 2 durch einen um den Umfang der Stirnfläche 6 herum oszillierenden Lichtbogen erwärmen, bis das dort vorhandene Metall aufschmilzt. Anschließend wird das Blechbauteil 1 in die sich ausbildende Metallschmelze an dem Blechbereich 2 gepresst und so lange in dieser Stellung gehalten, bis das aufgeschmolzene Metall erkaltet.

1: Blechbauteil
2: Blechbereich
3: Anschweißbereich
4: Haltebereich
5: Übergangsbereich
6: Stirnfläche
7: Schlitz

Claims

Blechbauteil (1) zum Einsatz als Anschweißhalterung im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge, wobei das Blechbauteil (1) einen Anschweißbereich (3) aufweist, dessen Vorderseite (6) beim Anschweißen an einen Blechbereich (2) aufgrund der Wirkung eines elektrischen Stroms aufschmilzt und das nach dem Aufschmelzen auf den Blechbereich (2) zu bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschweißbereich (3), gesehen in einer Richtung beim Zubewegen auf den Blechbereich (2), einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweist.
Blechbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschweißbereich (3), gesehen in einer Richtung beim Zubewegen auf den Blechbereich (2), einen durchgehenden Schlitz (7) aufweist.
Blechbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (2) aus einem mit einem Stanzverfahren aus Metallblech erzeugten Stanzrohling hergestellt ist, wobei es nachfolgend in einem Rollbereich mit einem Rollverfahren mit einem im Wesentlichen zylindrischen Anschweißbereich (3) versehen wird.
Blechbauteil nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (1) aus Stahlblech hergestellt ist.
Blechbauteil nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil aus Aluminiumblech hergestellt ist.
Blechbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des ringförmigen Querschnitts des Anschweißbereichs (3) kleiner als 25 mm ist.
Verfahren zum elektrischen Anschweißen eines Blechbauteils (1) an einen insbesondere im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge verwendeten Blechbereich (2), wobei das Blechbauteil (1) einen Anschweißbereich (3) aufweist, dessen Vorderseite (6), gesehen in einer Richtung beim Zubewegen auf den Blechbereich (2), einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweist, wobei zum Anschweißen die Schritte eines Lichtbogen-Bolzenschweißverfahrens angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anschweißen die Schritte eines Hubzündungs-Schweißverfahrens angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Anschweißens Schutzgas bzw. Inertgas von der Schweißstelle ferngehalten wird.
Verfahren nach einer der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Anschweißens ein den Schweißschmelzenfluss korrigierendes Magnetfeld im Bereich der Schweißstelle erzeugt wird.