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Die Erfindung betrifft ein punktgeschweißtes Kraftfahrzeugstrukturbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Kraftfahrzeugstrukturbauteile.
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Damit Karosseriebauteile von Kraftfahrzeugen vor Umwelteinflüssen geschützt werden und nicht zu schnell korrodieren, werden spezielle Beschichtungen aufgebracht. Dies ist im Bereich von Verbindungsstellen, insbesondere Schweißstellen, besonders wichtig, da diese oft von Korrosion betroffen sind. Antikorrosive Beschichtungen werden vorzugsweise mittels der kathodischen Tauchlackierung (KTL) aufgebracht. Bei der KTL-Lackierung handelt es sich um eine organische Beschichtung in Form einer Elektrotauchlackierung (ETL).
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Ein typisches Strukturbauteil kann eine Blechkonstruktion oder eine Flanschverbindung sein, bei welcher mehrere Blechteile aus Stahl und/oder Leichtmetall miteinander verbunden werden. Hierzu gehören beispielsweise Schweller, Querträger, Säulen oder Längsträger, die an den Hauptboden, das Bodenblech oder andere Träger angeschweißt sind. In der Regel werden die Verbindungsflächen der beiden Bauteile flach aufeinader gelegt und mittels mehrerer Schweißpunkte miteinander verbunden.. Bei Anlegen der ersten Komponente an die zweite Komponente berühren sich beide Komponenten an den Anlageflächen, an denen eine punktförmige Verschweißung erfolgt. Die Anlageflächen der Schweißkontakte sind hierbei großflächig, so dass die umliegenden Bereiche um die Schweißpunkte schwierig zu beschichten sind. Während die beiden Komponenten an den Schweißpunkten fest miteinander verbunden sind, können sie außerhalb der Schweißpunkte, bzw. zwischen benachbarten Schweißpunkten zumindest zum Teil leicht beabstandet sein. Es bildet sich somit zwischen den Schweißpunkten zumindest teilweise ein mehr oder weniger dicker Spalt zwischen den beiden Komponenten aus. Diese Stellen lassen sich durch konventionelle Beschichtungsverfahren nur unzureichend beschichten und sind daher im späteren Betrieb der Korrosion nahezu schutzlos ausgesetzt.
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Beispielsweise sind Spalten kleiner ca. 2 mm Spaltöffnung bei der KTL-Beschichtung zu vermeiden. An solchen Stellen entstehen Kapillare, aus denen zum einen darin befindliche Verschmutzungen wie z. B. Öle oder Fette im Vorbehandlungsprozess nur unzureichend entfernt werden können und häufig Reste von Vorbehandlungschemikalien verbleiben können.
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Um die Spalte nach dem Verschweißen im fertigen Bauteil gegen Korrosion zu schützen wird in der Regel über den gesamten Spalt eine Nahtabdichtung (NAD) aufgetragen. Hierbei wird der Spalt von außen durch eine Raupe aus Kunststoffmaterial, bspw. PVC, versiegelt.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Buckelschweißen bekannt, die eine reduzierte Anlagefläche für die Schweißkontakte beinhalten.
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Die
DE 30 45 118 C2 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Infrarotdetektors mittels Punktschweißen, wobei eine punktförmige Schweißstelle wenigstens zehnmal kleiner als die Anlagefläche ist. Eine Anlagefläche säulenförmiger Thermoelemente wird abgeschliffen und eine Metallfolie aufgelegt, wonach ein Spitzenkontakt aufgesetzt wird, dessen Kontaktfläche hundertmal kleiner ist als die Anlagefläche. Die Anlagefläche des Thermoelements weist eine Einbuchtung an der zu schweißenden Stelle auf, so dass die Metallfolie in diese Einbuchtung durch den Spitzenkontakt eingedrückt wird.
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Aus der
DE 44 36 366 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Buckelschweißen bekannt, wobei jeweils eine Steuerung für die Schweißparameter Energie und Anpresskraft vorgesehen ist. Mittels einer Höhenmesseinrichtung kann das Gesamthöhenmaß der zu verschweißenden Teile in der Anpressrichtung bestimmt werden und ein Schweißparameter in Abhängigkeit des ermittelten Gesamthöhenmaßes eingestellt werden.
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In der
DE 30 24 333 A1 ist ferner ein Buckel für das Buckelschweißverfahren von Aluminium-Blechteilen beschrieben, wobei der Buckel in Kegelform ausgebildet ist, am Grund einen Außendurchmesser hat, der das zwei- bis dreifache der Dicke des Blechteiles beträgt und eine Höhe hat, die minimal der Dicke und minimal der doppelten Dicke des Blechteils entspricht, wodurch eine für das Schweißen erforderliche Vorpresskraft der Elektrode aufgenommen werden kann.
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Nachteilig bei den bekannten Punktschweißverfahren ist, dass zwischen den einzelnen Schweißpunkten ein nicht geschlossener Spalt zwischen den verbundenen Komponenten bleibt, welcher sich nicht zuverlässig mit einer Korrosionsschutzbeschichtung beschichten lässt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein punktgeschweißtes zwei- oder mehrkomponentiges Kraftfahrzeugstrukturbauteil bereitzustellen, das im Bereich der Schweißstellen möglichst gut korrosionsgeschützt ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Hieraus ergibt sich die weitere Aufgabe ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kraftfahrzeugstrukturbauteils bereitzustellen, wobei eine gute Beschichtbarkeit durch antikorrosive Lacke, oder Korrosionsschutzlacke ermöglicht wird.
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Weiterbildungen der Vorrichtungen und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes punktgeschweißtes Kraftfahrzeugstrukturbauteil umfasst zwei flächig ausgedehnte Komponenten, insbesondere Bleche, wobei die erste Komponente an der zweiten Komponente durch Punktschweißen mittels einer Vielzahl von Schweißpunkten befestigt ist. In einem Spalt zwischen der ersten und der zweiten Komponente ist eine Beschichtung, bzw. ein Korrosionsschutzlack aufgetragen. Vorteilhaft weist die erste Komponente über eine Fläche verteilt in den Schweißpunkten Verprägungen auf, die von der zweiten Komponente tangiert werden. In den Verprägungen werden die Kontaktstellen zur Anordnung der Schweißpunkte gebildet. Durch die Verprägungen wird der Abstand zwischen den beiden Komponenten außerhalb der Schweißpunkte erhöht, beziehungsweise der Spalt vergrößert. Durch den dickeren Spalt ist das Eindringen von Korrosionsschutzlack verbessert und eine geeignete Beschichtung mit antikorrosivem Lack innerhalb des Spaltes möglich. Vorteilhaft werden somit in Bezug zu bekannten, durch Punktschweißen zu verbindenden Bauteilkomponenten die Verbindungsflächen weiter beabstandet, so dass sie durch kathodische Tauchlackierung mit einem antikorrosiven Lack beschichtet werden können.
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Die bevorzugte Dicke des Spaltes ist abhängig von der Bauteilgeometrie und der verwendeten Beschichtung. Sie liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,6 mm.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Verprägungen zu den Kontaktstellen hin ausgerundet ausgebildet sind. Die Verprägungen können aber auch andere Ausführungsformen, beispielsweise topfförmig oder kegelförmig aufweisen. Die Verprägungen weisen dabei in etwa den Durchmesser der Schweißpunkte auf. Der Durchmesser der Verprägungen liegt bevorzugt im Bereich von 4 bis 12 mm.
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Aus oben stehendem Grund sollten also die Kontaktstellen nahezu punktförmig sein. Auch können die Verprägungen oder auch Auswölbungen an ihren Kontaktstellen mittig leicht abgeflacht ausgebildet sein, so dass die erste Komponente die zweite Komponente in einer kreisförmigen Kontaktstelle möglichst nur an den Schweißpunkten berührt und eine besonders feste Verschweißung bei gleichzeitigem Erhalt eines für Beschichtungsmaterial zugänglichen Spaltes ermöglicht.
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Durch den Schweißvorgang wird die Rundung nicht vollständig abgeflacht, sondern bleibt erhalten. Die Anlagefläche zwischen den beiden Komponenten ist hiermit im Vergleich zu einer flachen rechteckigen Anlagefläche aus dem Stand der Technik deutlich kleiner, wodurch die Beschichtung, insbesondere KTL-Beschichtung der betreffenden Bereiche durch eine größere Fläche optimiert wird und folglich Korrosion um die Schweißpunkte deutlich reduziert werden kann.
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Bevorzugt kann eine Beschichtung mittels einer kathodischen Tauchlackierung (KTL) aufgebracht sein. Es sind jedoch auch andere Verfahren zur Beschichtung verwendbar, wobei auch dort eine verbesserte Beschichtbarkeit erreicht wird. Die Dicke der KTL-Beschichtung liegt bevorzugt im Bereich von 10–40 μm. Die KTL-Beschichtung führt in der Regel nicht dazu, dass der gesamte Spalt mit Beschichtung ausgefüllt ist, sondern lediglich dazu, dass die im Spalt angeordneten Oberflächen der Komponenten inklusive der Bereich des Schweißpunktes vollständig mit Beschichtung überzogen sind.
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Durch das verbesserte Eindringen der Beschichtung in den Spalt entsteht ein Korrosionsschutz, welcher eine zusätzliche Nahtabdichtung überflüssig macht. Bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturbauteile am Verbindungsspalt keine NAD auf.
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Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass die Verprägungen an der ersten Komponente in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Damit wird eine optimale Befestigung nach dem Punktschweißen ermöglicht. Die Abstände sind den jeweiligen Anforderungen an das entstehende Bauteil anpassbar.
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Zumindest eine der Komponenten kann auch Sicken oder dergleichen aufweisen. Die Verschweißung erfolgt hier zweckmäßigerweise außerhalb der versickten Bereiche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines solchen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturbauteils aus zwei flächig ausgedehnten Komponenten umfasst die Schritte:
- – Bereitstellen der ersten Komponente mit einer über der Fläche verteilten Vielzahl von Verprägungen,
- – Bereitstellen der zweiten Komponente, und Anordnen an der ersten Komponente, wobei die zweite Komponente die erste Komponente nur an den Verprägungen berührt und dort Kontaktstellen zur Anordnung der Schweißpunkte bereitstellt;
- – Punktschweißen der ersten Komponenten an die zweite Komponente an den durch die Verprägungen gebildeten Kontaktstellen; und
- – Auftragen einer korrosionsschützenden Beschichtung, insbesondere mittels kathodischer Tauchlackierung zumindest in dem Spalt zwischen der ersten und der zweiten Komponente.
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Die Benetzung mit der antikorrosiven Beschichtung, insbesondere der kathodischen Tauchlackierung, erfolgt so auf einer größtmöglichen Fläche auch zwischen den benachbarten Schweißpunkten, im Spalt zwischen den Komponenten, so dass sekundäre Korrosionsschutzmaßnahmen entfallen können. Die KTL-Beschichtung erfolgt besonders bevorzugt, wenn das Kraftfahrzeugstrukturbauteil bereits in die Fahrzeugkarosserie eingebaut ist, also zusammen mit der gesamten Fahrzeugkarosserie.
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Durch die Ausführung der Geometrie der Komponente, die die Auswölbungen aufweist und durch die geringere benötigte Schweißfläche und weniger Schweißmaterial ist ferner eine Gewichtsreduzierung des Kraftfahrzeugstrukturbauteils möglich.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt:
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1 einen schematischen Querschnitt durch ein flaches Kraftfahrzeugstrukturbauteil,
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2 eine schematische Draufsicht auf das Strukturbauteil nach 1, und
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3 einen schematischen Querschnitt durch ein gewölbtes Kraftfahrzeugstrukturbauteil
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In der 1 ist ein schematischer Querschnitt durch ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 dargestellt. Das Strukturbauteil 1 weist eine erste Komponente 2 und eine zweite Komponente 3, auf dem die erste Komponente 2 aufgelegt ist, auf. Die zweite Komponente 3 hat eine ebene Oberfläche.
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Die erste Komponente 2 weist in der dargestellten Ausführungsform eine Vielzahl von Verprägungen 4 auf, die im Querschnitt topfförmig sind und deren Böden nach unten hin ausgerundet ausgewölbt sind. Der Radius der Auswölbung 4 ist hierbei je nach Anforderungen an das Bauteil größer als die Breite der Auswölbung 4 oder auch kleiner.
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Die Verprägungen 4 sind hierbei so ausgebildet, dass sie die zweite Komponente 3 nahezu punktförmig berühren. Die beiden Komponenten (2, 3) berühren sich dabei ausschließlich an den Verprägungen. Neben den Verprägungen bleibt ein Spalt erhalten. Die Berührungspunkte zwischen den beiden Komponenten 2, 3 sind Kontaktstellen 5, an denen die beiden Komponenten 2, 3 miteinander verschweißbar sind.
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Zwischen den Verprägungen 4, bzw. im Spalt ist auf die Oberflächen der beiden Komponenten (3, 4) eine Beschichtung 6 aufgetragen, wobei sie um die Auswölbungen 4 herum bis an die Kontaktstellen 5 heranreicht.
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Die 2 zeigt eine Sicht von oben auf die erste Komponente 2. Mittig in den Verprägungen 4 ist jeweils eine Kontaktstelle 5 schematisch dargestellt, die im Wesentlichen eine runde Form aufweisen. Die Form und Größe der Kontaktstelle 5 ergibt sich hierbei aus der Ausgestaltung der Auswölbung 4, wobei eine möglichst kleine Kontaktstelle 5 erreicht werden soll.
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3 zeigt einen Querschnitt durch ein Kraftfahrzeugbauteil aus den Komponenten 2 und 3, welcher durch eine der Verprägungen 4 verläuft. Die Komponente 2 ist auf der linken Seite von der Komponente 3 weggewölbt. Entsprechend ist der Spalt zwischen den beiden Komponenten auf der linken Seite geöffnet. Auf den Oberflächen der beiden Komponenten 2, 3 ist eine Beschichtung 6 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde die Beschichtung nur auf den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Komponenten 2, 3 eingezeichnet. Je nach Lage bzw. Bauweise des Kraftfahrzeugbauteils innerhalb der Kraftfahrzeugstruktur können aber auch die weiteren Oberflächen beschichtet sein. Der Spalt auf der rechten Seite ist vollständig mit Beschichtung 6 ausgefüllt, so dass die gegenüberliegenden Oberflächen der Komponenten und der Schweißpunkt korrosionsgeschützt werden. Auf der linken Seite erstreckt sich die Beschichtung 6 von den frei zugänglichen Oberflächen im Bereich der der Wölbung bis in den Spalt hinein. Auch hier findet eine vollständige Beschichtung der Komponenten und des Schweißpunktes 5 statt. Im Unterschied zu der gängigen Bauweise wird der Spalt auf der rechten Seite nicht durch eine Nahtabdichtung versiegelt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird folgendermaßen realisiert:
Zunächst werden die Komponenten 2, 3 bereitgestellt, wobei in der Komponente 2 die Verprägungen oder Auswölbungen erzeugt worden sind. Hiernach wird die erste Komponente 2 an die zweite Komponente 3 angelegt, wobei die zweite Komponente 3 die erste Komponente 2 an den Auswölbungen 4 lediglich tangiert. Das bedeutet, dass sie nicht mit größeren Flächenabschnitten anliegt. An den so gebildeten Kontaktstellen 5 können die Schweißpunkte gesetzt werden.
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In einem weiteren Schritt wird die erste Komponente 2 an die zweite Komponente 3 an diesen Kontaktstellen 5 punktgeschweißt. Hierbei bleibt der Spalt zwischen den Komponenten 2, 3 erhalten.
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Schließlich wird die Beschichtung 6 mittels kathodischer Tauchlackierung aufgetragen. Die Beschichtung wird dabei zumindest auf die gegenüberliegenden Oberflächen der Komponenten 2, 3 aufgetragen. Da die Beschichtungsdicke in der Regel deutlich unterhalb der Spaltdicke liegt, bleibt nach der Beschichtung in der Regel ein Restspalt übrig. Durch die besonders klein dimensionierten Kontaktstellen 5 und den Spalt kann eine effektive Beschichtung der Zwischenräume zwischen den Auswölbungen 4 realisiert werden.
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Bevorzugt werden die Kraftfahrzeugstrukturbauteile aus einer ersten Komponente ausgewählt aus Schweller, Längsträger, Querträger, A-Säule oder B-Säule und einer zweiten Komponente ausgewählt aus Hauptboden, Bodenblech oder Träger aufgebaut. Das Kraftfahrzeugstrukturbauteil weist dabei besonders bevorzugt keine NAD (Nahtabdichtung) auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3045118 C2 [0007]
- DE 4436366 A1 [0008]
- DE 3024333 A1 [0009]
