DE102006056489A1

DE102006056489A1 - Verfahren zur Herstellung eines Stahl-/Aluminium-Verbundbauteils

Info

Publication number: DE102006056489A1
Application number: DE102006056489A
Authority: DE
Inventors: Hauke Springer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-05

Abstract

Verfahren zum Verbinden eines Stahlbauteils mit einem Aluminiumbauteil mit folgenden Schritten: - Bereitstellen des Stahlbauteils; - Aufbringen einer Aluminiumschicht auf das Stahlbauteil durch Aufspritzen von Aluminiumpartikeln auf das Stahlbauteil; - Verschweißen des Aluminiumbauteils mit der Aluminiumschicht durch ein Schmelzschweißverfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stahl-/Aluminium-Verbundbauteils gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Im Karosseriebau werden Stahl-/Aluminium-Verbindungen eingesetzt, um das Gewicht der Karosserie möglichst gering zu halten. Übliche, im Karosseriebau im Serieneinsatz befindliche Verfahren zum Verbinden von Stahlbauteilen mit Aluminiumbauteilen sind das Nieten, insbesondere das Stanznieten, Clinchen, Schrauben, Kleben oder Kombinationen dieser Verfahren. Seltener eingesetzt werden die Verfahren Löten, Pressschweißen, wie z.B. Reibrührschweißen. Ebenfalls relativ selten eingesetzt werden Fügeverfahren, bei denen zwischen das Stahlbauteil und das Aluminiumbauteil walzplattierte Stahl-Aluminium-Hybridblechstreifen eingebracht werden.
Schmelzschweißverfahren sind wegen der dabei auftretenden ungünstigen Gefügebildung im Karosseriebau nicht einsetzbar.
Die eingangs erwähnten form- bzw. stoffschlüssigen Fügeverfahren Stanznieten, Schrauben, Clinchen, etc. haben den Nachteil, dass die Bauteile nur punktuell miteinander verbunden werden, was zu einer Spannungskonzentration führt und ohne Zusatzmaßnahmen, wie z.B. Kleben, auch keine Dichtheit ermöglicht. Problematisch hierbei ist auch, dass zum Fügen der beiden Bauteile eine beidseitige Zugänglichkeit gewährleistet sein muss, was insbesondere im Karosseriebau nicht immer der Fall ist.
Klebeverbindungen stellen zwar flächige Verbindungen dar. Bei "schälender Beanspruchung" können diese jedoch nicht eingesetzt werden. Im Übrigen sind bis zum Aushärten der Klebeverbindung aufwändige Fixiereinrichtungen erforderlich. Die für das Kleben erforderlichen relativ großen Bauteilüberlappungen erhöhen das Gewicht der gesamten Struktur. Bei manchen Anwendungen ist es auch nachteilig, dass Klebeverbindungen in der Regel elektrisch nicht leitfähig sind.
Lötverbindungen sind prozesstechnisch mit erheblichem Aufwand verbunden und weisen üblicherweise nur eine geringe Festigkeit auf. Verfahren, bei denen zwischen die beiden Bauteile Hybrid-Blechstreifen eingebracht werden, sind kostenintensiv. Im Übrigen stellen die Hybrid-Blechstreifen ein zusätzliches Gewicht dar, das dem mit Stahl-/Aluminium-Verbundbauteilen angestrebten Gewichtsvorteil zuwiderläuft.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Stahl-/Aluminium-Bauteils zu schaffen, das bei geringem Bauteilgewicht eine hohe Festigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, auf das Stahlbauteil eine Aluminiumschicht aufzuspritzen und diese mit dem Aluminiumbauteil zu verschweißen. Das Aufbringen der fest haftenden Aluminiumschicht, die z.B. eine Dicke von 0,5 bis 2 mm haben kann, erfolgt manuell oder automatisiert mittels eines Spritzverfahrens. Dabei werden feine Aluminiumpartikel mit sehr hoher Geschwindigkeit und relativ niedriger Temperatur auf das Stahlbauteil aufgespritzt. Die kinetische Energie der Aluminiumpartikel bewirkt, dass diese beim Auftreffen auf das Stahlbauteil mit dem Stahlbauteil und untereinander verschweißen (Mikropressschweißverbindung). Die Aluminiumschicht kann wahlweise vollflächig auf das Stahlbauteil oder nur an einzelnen Stellen, an denen eine Verbindung mit dem Aluminiumbauteil hergestellt werden soll, aufgebracht werden.
Das Aluminiumbauteil kann dann mittels eines Schmelzschweißverfahrens, wie z.B. MIG, Laserschweißen, Plasmaschweißen etc. mit der Aluminiumschicht verschweißt werden. Das Verschweißen des Aluminiumbauteils mit der Aluminiumschicht kann punktuell, entlang einer Nahtlinie oder flächig erfolgen.
Für das oben beschriebene Verfahren gibt es eine Vielzahl von Anwendungen im Karosseriebau. So können beispielsweise Aluminiumdächer mit Stahlkarosserien verbunden werden. Ferner können Federbeinstützen, die aus Aluminium hergestellt sind, mit dem oben beschriebenen Verfahren mit einem Stahlvorderbau verschweißt werden.
Die aufgespritzte Aluminiumschicht kann hinsichtlich ihrer Werkstoffzusammensetzung und Dicke an das anzubindende Aluminiumbauteil bzw. die Fügeaufgabe angepasst werden. Alternativ zu einem Kaltgasspritzverfahren können die Aluminiumpartikel auch mittels eines anderen Spritzverfahrens aufgebracht werden.
Zusammenfassend werden mit der Erfindung folgende Vorteile erreicht:

– Niedrige Kosten, da kein Zwischenblech bzw. Klebstoff benötigt wird.
– Hohe Festigkeit durch artgleiches Fügen von Aluminium mit Aluminium.
– Einsatz bewährter Schmelzschweißverfahren möglich, wodurch eine hohe Prozesssicherheit erreicht werden kann.
– Geringes Gewicht, da die Aluminiumschicht nur an der Fügestelle aufgebracht werden muss.
– Punktuelle oder durchgängige Verbindung möglich, wodurch eine hohe Festigkeit, Dichtheit, elektrische Leitfähigkeit der Bauteilverbindung erreicht werden kann.
– Außer einer Spritzanlage wird kein zusätzliches Werkzeug benötigt.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung in schematischer Darstellung.
In einem ersten Herstellschritt wird auf ein Stahlbauteil 1 mittels eines Spritzverfahrens eine relativ dünne Aluminiumschicht 2 aufgebracht. Die Aluminiumschicht 2 kann beispielsweise eine Dicke von 0,5 mm bis 2 mm haben. Hierbei werden feine Aluminiumpartikel mit sehr hoher Geschwindigkeit auf das Stahlbauteil 1 aufgespritzt. Aufgrund der hohen kinetischen Energie der Aluminiumpartikel verschweißen diese mit dem Stahlbauteil 1 sowie untereinander, wodurch sich eine fest haftende Aluminiumschicht 2 auf dem Stahlbauteil 1 ergibt. In einem weiteren Fertigungsschritt wird ein Aluminiumbauteil 3 auf die Aluminiumschicht 2 aufgebracht. Anschließend wird das Aluminiumbauteil 3 mittels eines Schmelzschweißverfahrens mit der Aluminiumschicht 2 verschweißt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Aluminiumbauteil 3 entlang einer seiner Kanten 4 unter Ausbildung einer Schweißnaht 5 mit der Aluminiumschicht 2 verschweißt.

Claims

Verfahren zum Verbinden eines Stahlbauteils (1) mit einem Aluminiumbauteil (3) mit folgenden Schritten: – Bereitstellen des Stahlbauteils (1); – Aufbringen einer Aluminiumschicht (2) auf das Stahlbauteil (1) durch Aufspritzen von Aluminiumpartikeln auf das Stahlbauteil (1); – Verschweißen des Aluminiumbauteils (3) mit der Aluminiumschicht (2) durch ein Schmelzschweißverfahren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumpartikel durch Kaltgasspritzen mit sehr hoher Geschwindigkeit auf das Stahlbauteil (1) aufgespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumschicht (2) vollflächig auf das Stahlbauteil (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumschicht (2) nur in einzelnen, mit dem Aluminiumbauteil (3) zu verschweißenden Bauteilbereichen auf das Stahlbauteil (1) aufgespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Aluminiumschicht im Bereich von 0,5-2 mm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schmelzschweißverfahren um ein MIG-Schweißverfahren, ein Laser-Schweißverfahren oder ein Plasma-Schweißverfahren handelt.
Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren eines der Ansprüche 1-6 aus einem Stahlbauteil (1) und einem Aluminiumbauteil (3) hergestellt ist.