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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen,
insbesondere zum Verbinden von Karosserieblechteilen durch Schweißen und
Kleben.
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Fahrzeugkarosserien
sollen u. a. eine geringe Masse und eine hohe Steifigkeit aufweisen.
Eine Karosserie besteht aus einer Vielzahl von Leichtbau-Einzelteilen,
die miteinander verbunden sind.
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Um
eine gewünschte
Steifigkeit zu sichern, werden die Teile durch Schweißen miteinander
verbunden. Ein bevorzugtes Schweißverfahren ist das Punktschweißen, wobei
die Schweißpunkte
automatisiert gesetzt werden. Um die Zahl der erforderlichen Schweißpunkte
zu mindern und bei besonders hohen Anforderungen an die Steifigkeit,
ist es bekannt, Karosserieteile durch Punktschweißen in Kombination mit
Kleben zu verbinden. Klebverbindungen zeichnen sich durch eine hohe
Scher- und Zugfestigkeit aus und bieten einen verbesserten Korrosionsschutz durch
Verschluss der Fügespalte.
Ein Metallklebstoff besteht aus organischen oder anorganischen Stoffen,
die temperaturanfällig
sind. Die Klebstoffe können
beim Abbinden die Ausbildung eines Schweißpunktes beeinträchtigen.
Ebenso können
sich die beim Schweißen
entstehende Wärme
und Dämpfe negativ
auf die Festigkeit der Klebverbindung auswirken.
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Weiterhin
ist es bekannt, Karosserieteile zu verkleben und mechanisch durch
Stanznieten oder Durchsetzfügen
zu verbinden. Beim Nieten sind Niete als Hilfsfügeteile erforderlich. Beim
Durchsetzfügen
wird die Oberfläche
der zu fügenden
Teile sichtbar verformt.
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Aus
der
DE 197 57 245
A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von beschichteten Blechteilen
bekannt, bei dem die Teile vor einem Laserschweißen mit Klebstreifen relativ
zueinander fixiert werden. Eine Laserschweißnaht wird in einem Bereich
erzeugt, der nicht von einem Klebstreifen abgedeckt ist. Der Klebstreifen
besitzt eine geringe Elastizität
und hält
durch seine Eigensteifigkeit bzw. Tragfähigkeit die Blechteile in einem
Abstand, so dass beim Laserschweißen Dämpfe aus dem Fügespalt
entweichen können.
Der Klebstreifen besitzt zur Schweißnaht einen ausreichenden Abstand,
so dass eine Beeinträchtigung
der Laserschweißnaht
durch verbrannten Kleber nicht möglich
ist.
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Bei
einem Verfahren zum Verbinden von Blechteilen nach der
DE 195 12 102 A1 wird vor
einem Herstellen einer Klebverbindung ein Blechteil so umgeformt,
dass ein Hohlraum zur Aufnahme eines tablettenförmigen Klebemoduls entsteht.
Nach einem Zusammenpressen der Blechteile wird das Klebemodul durch
Widerstandserwärmen
in einen benetzungsfähigen
Zustand versetzt und zum Aushärten gebracht.
Der Klebvorgang kann mit herkömmlichen Vorrichtungen
zum Widerstandsschweißen
durchgeführt
werden.
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In
der
DE 33 26 612 A1 ist
ein Verfahren zum Verbinden von zwei Metallplatten offenbart, bei
dem in einer Metallplatte eine buckelförmige Deformation erzeugt wird.
Vor dem Eindrücken
des Buckels in die andere Metallplatte wird zwischen die Fügeflächen eine
Klebstoffschicht eingebracht. Die Metallplatten werden im Buckelbereich
verschweißt,
wobei zu erwarten ist, dass die Klebstoffschicht durch Schweißwärme im Buckelbereich
zerstört
wird.
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Gemäß der
DE 32 35 547 A1 werden
die Klebflächen
von zu verbindenden Bauteilen gereinigt, indem sie mittels eines
Schwingungserzeugers aneinander gerieben werden. Zum Ausbilden eines Klebspaltes
werden die Bauteile mittels Keilen auf Abstand gehalten. Unmittelbar
nach dem Zuführen von
Klebstoff in den Fügespalt
werden die Keile zurückgezogen
und die Teile zusammengedrückt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen
zu entwickeln, dass mit geringem Aufwand an Kosten und Material
eine hinsichtlich Festigkeit und Zuverlässigkeit verbesserte Verbindung
zwischen Fügeteilen
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches durch die Verfahrenschritte
nach Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung
werden bei einem Verfahren zum Verbinden von Fügeteilen ein Fügeteil so mit
einer Umformung versehen und die zu fügenden Teile so zueinander
gebracht, dass die Umformung eine Barriere zwischen einer Klebschicht
und einer Stoffverbindungsnaht bildet. Wenn die Stoffverbindung
durch Schweißen
hergestellt wird, liegt eine Schweißnaht außerhalb des Bereiches einer
Klebverbindung. Eine gegenseitige Beeinträchtigung von Klebprozess und
Schweißprozess
wird weitestgehend vermieden. Durch die Abmessungen der Umformung
und/oder durch die aufgetragene Menge Klebstoff kann eine Fügespaltweite
vorgegeben werden.
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Beim
Kleben können
sowohl physikalisch als auch chemisch abbindende Klebstoffe zum
Einsatz kommen. Die Auswahl eines Klebstoffes richtet sich nach
den gewünschten
Eigenschaften der Klebverbindung, wie Festigkeit, Dichtigkeit und
Korrosionsschutz. Vorzugsweise kann ein pastöser Klebstoff verwendet werden,
der in Form einer Klebstoffraupe auf eine Klebfläche aufgetragen wird.
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Das
Verfahren ist vorzugsweise beim Verbinden von beschichteten oder
unbeschichteten Blechen anwendbar. Es ist möglich, beim Umformen neben
besagter Barriere zusätzliche
Abstandshalter zu erzeugen.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden,
es zeigen:
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1 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung
mit einer Sicke in einem Blech,
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2 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung
mit zwei Sicken in einem Blech,
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3 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung
mit einem Klebstoffdepot in einem Blech,
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4 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung
mit einem Klebstoffhindernisgraben in einem Blech,
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5 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung
mit zwei Kastensicken in einem Blech,
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6 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung
mit einer Kröpfung
und einer Sicke in einem Blech,
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7 drei Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung
mit einer Abkantung in einem Blech, und
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8 vier Phasen zum Herstellen einer Blechverbindung
mit einem Bördelrand
an einem Blech.
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1 zeigt ein Schema einer Fügevorrichtung
und drei Phasen zum Herstellen von Verbindungen zwischen einem Unterblech 1 und
einem Oberblech 2. Gemäß 1.1 wird das Unterblech 1 auf Halter 3, 4 an
einem Fügetisch 5 gelegt.
Am Rand des Unterbleches 1 ist eine rechteckförmige Klebfläche 6.1 der
Breite a vorbereitet. Mit einem Dosierer 7, der an einer
Hand 8 eines Roboterarms befestigt ist, wird in einer Koordinatenrichtung
x eine Klebstoffraupe 9 der Höhe h aufgetragen.
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Am
Oberblech 2 wurde eine weitere rechteckförmige Klebfläche 6.2 der
Breite a vorbereitet und eine Sicke 10 mit der Höhe d erzeugt,
die in Richtung y eine Grenze der Klebfläche 6.1 bildet. Mittels einer
Positioniervorrichtung 11 wird das Oberblech 2, wie
in 1.2 dargestellt, so zum Unterblech 1 positioniert,
dass die Klebflächen 6.1, 6.2 gegenüber liegen.
Die Sicke 10 erstreckt sich in Richtung x und liegt auf
der Oberfläche
des Unterbleches 1 auf. Die Klebstoffraupe 9 wurde
durch das Positionieren des Oberblechs 2 breit gedrückt, so
dass sich zwischen den Klebflächen 6.1, 6.2 eine
Klebefuge 12 der Dicke d ausbildet. Die Dicke der Klebfuge 12 ist
durch die Höhe
d der Sicke 10 vorgegeben. Die Klebstoffmenge ist gerade
ausreichend, um die Klebflächen 6.1, 6.2 vollständig zu
benetzen und die Klebfuge 12 vollständig auszufüllen. Durch Stützen 13, 14 mit
einer Kraftwirkung F in Richtung (– z) werden die Bleche 1, 2 relativ
zueinander fixiert.
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In
einem weiteren Schritt wird entsprechend 1.3 mit
einem Laserkopf 15 eine die Bleche 1, 2 verbindende
Schweißnaht 16 in
Richtung x gezogen. Die Naht 16 liegt in einem geringem
Abstand w parallel zur Sicke 10. Die Sicke 10 verhindert,
dass beim Schweißen
auftretende Wärme
und Dämpfe
die Klebfuge 12 beeinträchtigen.
Die Schweißwärme, die in
Richtung (–y)
geleitet wird, dient zum beschleunigten Abbinden des Klebstoffes
in der Klebfuge 12.
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Sofern
in der nachstehenden Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele bereits eingeführte Bezugszeichen
verwendet werden, handelt es sich um Elemente oder Symbole mit äquivalenter
Funktion oder äquivalentem
Bedeutungsgehalt. Die im Ausführungsbeispiel
nach 1 beschriebenen Vorrichtungen
sind bei den weiteren Ausführungsbespielen
mit Anpassungen an die jeweilige Fügesituation verwendbar.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 2 werden in einem Oberblech 2 zwei
parallele Sicken 17, 18 jeweils mit einer Höhe d erzeugt.
Die Sicken 17, 18 begrenzen eine rechteckförmige Klebfläche 6.2 der
Breite b. Am Unterblech 1 ist in Richtung x auf eine rechteckförmige Klebfläche 6.1 der
Breite b mittig eine Klebstoffraupe 9 der Höhe h mit
h > d aufgetragen
(2.1). Wie in 2.2 dargestellt,
wird das Oberblech 2 auf das Unterblech 1 aufgelegt
und lagefixiert. Durch die Sicken 17, 18 ist die
Ausbreitung des Klebstoffes in Richtung y beschränkt. Zwischen den Sicken 17, 18 ergibt
sich eine Klebfuge 12 der Dicke d. In einem weiteren Schritt
werden parallel zu den Sicken 17, 18 mit fokussierten
Laserstrahlen 19, 20 Schweißnähte 21, 22 erzeugt,
die beide Bleche 1, 2 verbinden. Die Schweißnähte 21, 22 liegen
jeweils in einem Sicherheitsabstand w zu den Sicken 17, 18, so
dass die Schweißwärme und
die Schweißdämpfe die
Klebverbindung nicht beeinträchtigen. 2.4 zeigt den Zusammenbau der Bleche 1, 2 mit
den in Richtung x versetzten, unterbrochenen Nähten 21, 22.
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Gemäß 3.1 werden an einem Unterblech 1 eine
Kastensicke 23 mit einer Klebflächenbreite b und einer Tiefe
t und Abstandsnocken 24, 25 der Höhe d ausgeformt.
Auf den Boden der Kastensicke 23 wird eine Klebstoffraupe 9 aufgetragen.
Danach wird, wie in 3.2 gezeigt, das Oberblech 2 passgenau
aufgelegt und zum Unterblech 1 fixiert. Die Sicke 23 bildet
ein Klebstoffdepot, wobei die Klebstoffmenge in der Klebfuge 12 nach
dem Auflegen des Oberblechs 2 auf die Nocken 24, 25 den Kastenquerschnitt
(b * t) vollständig
und den Fügespalt
der Dicke d nur im Bereich gegenüber
der Sicke 23 ausfüllt.
Anschließend
werden entsprechend 3.3 mit Laserstrahlen 19, 20 die
Bleche 1, 2 verbindende Schweißnähte 21, 22 erzeugt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 4 wird in einem Unterblech 1 eine
Kastensicke 23 der Tiefe t in einem geringen Abstand d
parallel zu einem Rand 26 erzeugt. Auf der vom Rand 26 abgewandten Seite
der Sicke 23 wird auf eine vorbereitete Klebfläche 6.1 in
einem Abstand c parallel zur Sicke 23 eine Klebstoffraupe 9 aufgetragen
(4.1). Entsprechend 4.2 wird
ein Oberblech 2 so auf das Unterblech 1 gelegt,
dass eine ebenfalls vorbereitete Klebfläche 6.2 der Klebfläche 6.1 parallel
in einem Abstand d gegenüberliegt.
Die Klebstoffraupe 9 wird zusammengedrückt, so dass die Klebflächen 6.1, 6.2 vollständig mit
Klebstoff benetzt sind und sich eine Klebfuge 12 ausbildet.
In einem nächsten
Schritt wird, wie in 4.3 dargestellt, parallel zur
Sicke 23 mit Laserstrahlen 19 eine die Bleche 1, 2 verbindende
Schweißnaht 21 ausgebildet.
Die Schweißnaht 21 besitzt
zur Klebfuge 12 einen Abstand w. Die Sicke 23 bildet
einen Graben, der die Schweißnaht 21 von der
Klebfuge 12 trennt. Die Sicke 23 bzw. der Graben verhindern
eine direkt Wärmeeinwirkung
der Schweißnaht 21 auf
den Klebstoff. Beim Zusammenbringen der Bleche 1, 2 kann überschüssiger Klebstoff
zum Teil in den Graben gelangen.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem in
einem Unterblech 1 zwei parallele Kastensicken 23.1, 23.2 der
Breite b und der Tiefe t geformt sind. Eine Fläche der Breite (2 * c) zwischen
den Sicken 23.1, 23.2 ist als Klebfläche 6.1 vorbereitet.
Auf die Klebfläche 6.1 wird
mittig eine Klebstoffraupe 9 parallel zu den Sicken 23.1, 23.2 aufgetragen (5.1). Beim Auflegen eines Oberbleches 2 wird der
Klebstoff 9 auf den Klebflächen 6.1, 6.2 verteilt, so
dass sich zwischen den parallel liegenden Blechen 1,2 eine
Klebfuge 12 entsteht. Überschüssiger Kleber 9 gelangt
in die Kastensicken 23.1 bzw. 23.2 (5.2). Auf den von der Klebfuge 12 abgewandten Seiten
der Sicken 23.1, 23.2 werden in sicheren Abständen w mit
Laserstrahlen 19, 20 Schweißnähte 21, 22 erzeugt,
die die Bleche 1, 2 verbinden (5.3).
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
nach 6 wird auf einem beschichteten
Unterblech 1 eine Klebfläche 6.1 der Breite
a vorbereitet. Zusätzlich
wird im Abstand w von der Klebfläche 6.1 eine
schmale Sicke 27.1 geformt. Auf die Klebfläche 6.1 wird
in Richtung x eine Klebstoffraupe 9 aufgetragen (6.1). Ein beschichtetes Oberblech 2 wird
im Abstand a vom Rand durch Sicken gekröpft, so dass eine Stufe 28 der
Höhe d
entsteht. Passend zur Sicke 27.1 wird im Oberblech 2 eine
weitere Sicke 27.2 geformt. Mit dem Formen der Sicken 27.1, 27.2 werden
für eine Schweißvorbereitung
die Beschichtungen auf den Blechen 1, 2 aufgebrochen.
Die Bleche 1, 2 werden so zueinander gebracht
und fixiert, dass die Sicken 27.1, 27.2 übereinander
liegen und die Bleche 1, 2 im nicht gekröpften Bereich
dicht aufeinander liegen. Die Klebstoffraupe 9 wird breit
gequetscht und ergibt eine Klebfuge 12 der Dicke d (6.2). Anschließend wird mit Laserstrahlen 19 parallel
zur Stufe 28 in einem Abstand w entlang der Sicken 27.1, 27.2 eine
Schweißnaht 21 gezogen.
Die Bleche 1, 2 sind, wie in 6.3 dargestellt, durch Kleben und Schweißen miteinander
verbunden. Die Stufe 28 verhindert ein Ausbreiten des Klebers 9 in
Richtung der Sicken 27.1, 27.2.
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7.1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem an
einem Rand 26.1 eines Unterblechs 1 eine Klebfläche 6.1 der
Breite a vorbereitet wird. Auf die Klebfläche 6.1 wird parallel
zum Rand 26.1 in Richtung x eine Klebstoffraupe 9 aufgetragen
(7.1). An einem Oberblech 2 wird ebenfalls
in einem Abstand a von einem Rand 26.2 eine Klebfläche 6.2 vorbereitet.
Das Oberblech 2 wird weiterhin in einem Abstand b mit b < a vom Rand 26.2 in
einem Winkel a abgekantet. Die Bleche 1, 2 werden
anschließend
an den Klebflächen 6.1, 6.2 zusammengebracht
und fixiert, so dass eine Klebfuge 12 entsteht. Die der Klebfläche 6.1 zugewandte
Blechkante 29 liegt auf dem Unterblech 1 auf und
verhindert ein Ausbreiten des Klebers 9 in Richtung y (7.2). Schließlich wird
mit einem Laserstrahl 19 entlang der Kante 29 eine
Schweißnaht 21 gezogen.
Die optische Achse 30 des Laserstrahls 19 liegt
um einen spitzen Winkel β geneigt
zur Oberfläche
des Blechs 1. Es ergibt sich eine geringe Wärmebeeinflussung
der Klebfuge 12 in der Umgebung der Kante 29.
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Bei
der Ausführung
nach 8 werden an einem Unterblech 1 und
an einem Oberblech 2 Klebflächen 6.1, 6.2 der
Breite a vorbereitet. Auf die Klebfläche 6.1 des Unterblechs 1 wird
eine Klebstoffraupe 9 aufgetragen (8.1).
Danach wird die Klebfläche 6.2 des
Oberblechs 2 auf die Klebfläche 6.1 aufgelegt,
so dass sich eine Klebfuge 12 der Dicke d ergibt. Mit einer
Breite b steht der Rand 26 des Unterbleches 1 unter dem
Oberblech 2 hervor (8.2).
In einem nächsten
Schritt wird der vorstehende Rand 26 des Unterblechs 1 so
umgebördelt,
dass der Rand 26 das Oberblech 2 in einem Bereich
der Breite w überlappt (8.3). Wie in 8.4 gezeigt,
wird in einem folgenden Schritt entlang des Bördelrandes 31 mit
Laserstrahlen 19 eine Schweißnaht 21 gezogen.
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- 1
- Unterblech
- 2
- Oberblech
- 3,
4
- Halter
- 5
- Fügetisch
- 6
- Klebefläche
- 7
- Dosierer
- 8
- Hand
- 9
- Klebstoffraupe
- 10
- Sicke
- 11
- Positioniervorrichtung
- 12
- Klebfuge
- 13,
14
- Stütze
- 15
- Laserkopf
- 16
- Schweißnaht
- 17,
18
- Sicke
- 19,
20
- Laserstrahl
- 21,
22
- Schweißdraht
- 23
- Kastensicke
- 24,
25
- Abstandsnocke
- 26
- Rand
- 27
- Sicke
- 28
- Stufe
- 29
- Blechkante
- 30
- Achse
- 31
- Bördelrand
-
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