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Die Erfindung betrifft einen gelöteten Gegenstand und ein Verfahren zum Verbinden zweier Bleche aus Aluminium oder einer Aluminium-basierten Legierung.
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Metallteile können in verschiedenen Weisen miteinander verbunden werden. Beispiele für geeignete Verfahren sind Schweißen, Löten, Hartlöten und Explosionsschweißen. Das Verfahren kann abhängig von der Gestalt und/oder von dem Material der zu verbindenden Teile ausgewählt werden.
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Die
DE 102 39 141 A1 offenbart ein Laserlötverfahren, wobei Werkstücke bei Zufuhr eines Lots in den Lötbereich mit einer Laserstrahlung im Infrarotbereich verbunden werden. Das Lot wird vor der Zufuhr in den Lötbereich erhitzt, um die Nahtqualität zu verbessern.
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Weitere Verbesserungen für die Qualität der Verbindungsstelle zwischen zwei miteinander verbundene Teile sind jedoch wünschenswert.
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Ein gelöteter Gegenstand wird bereitgestellt, der zwei Bleche aus Aluminium oder einer aluminium-basierten Legierung aufweist. Die Bleche sind über eine Weichlot-enthaltenden Lötnaht miteinander verbunden.
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Der gelötete Gegenstand ist jedoch nicht auf einem Gegenstand mit nur zwei Blechen oder zwei Teilen eingeschränkt. Er kann auch mehr als zwei Bleche oder Teile aufweisen und diese weitere Bleche oder Teile können mit einem weiteren Teil bzw. weiteren Teilen über die Weichlot-enthaltenden Lötnaht oder über eine andere Art von Verbindung miteinander verbunden werden. Die Bleche können die gleiche Zusammensetzung oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Zum Beispiel kann eines der Bleche aus reinem Aluminium und das andere aus einer Aluminium-basierten Legierung sein. Unter Aluminium-basierten Legierungen sind Legierungen bezeichnet, die zumindest 80 Atom Prozent Aluminium aufweisen. Unter Blech wird eine Gestalt bezeichnet, die eine Dicke aufweist, die zumindest 10 mal kleiner ist als seine Breite oder Länge. Beispielsweise weist das Blech eine Dicke von weniger als 5 mm auf.
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Die zwei Bleche aus Aluminium oder einer Aluminium-basierten Legierung sind miteinander gelötet. Löten ist ein Verfahren zum Fügen von metallischen oder keramischen Teilen mit Hilfe eines geschmolzenen Zusatzwerkstoffes, der als Lot bezeichnet wird. Die Schmelztemperatur des Lotes liegt unterhalb derjenigen der zu verbindenden Grundwerkstoffe, die mit dem Lot benetzt werden, ohne dass sie schmelzen. Eine charakteristische Eigenschaft der Lote ist ihr niedriger Schmelzbereich, d. h. der Bereich zwischen der Solidus- und Liquidustemperatur, und die sich daraus ergebende Verarbeitungstemperatur, die typischerweise 10°C bis 50°C über der Liquidustemperatur liegt.
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In Abhängigkeit von der Verarbeitungstemperatur des Lots unterscheidet man zwischen Weichlöten und Hartlöten. Weichlote werden bei Temperaturen unterhalb von 450°C verarbeitet und Hartlote hingegen bei Temperaturen oberhalb von 450°C.
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Die Weichlot-enthaltende Lötnaht kann aus einem Zink-basiertes Weichlot gebildet werden, beispielsweise aus einem ZnAl15 Lot, die eine Schmelztemperatur von 380°C bis 450°C aufweist. Eine Zink-enthaltenden Lötnaht kann zumindest 80 Atom% Zink aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist in einer Verbindungsstelle des gelöteten Gegenstands ein erstes Blech auf einer ersten Oberfläche eines zweiten Blechs angeordnet, wobei eine Kante zwischen einer Seitenfläche des ersten Blechs und der Oberfläche des zweiten Blechs gebildet ist. Diese Kante kann eine L-förmige Oberfläche bilden. Solch eine Anordnung kann als ein Überlappstoß bezeichnet werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Lötnaht entlang der Kante angeordnet, d. h. die Bleche sind durch eine Kehlnaht miteinander verbunden.
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Der gelötete Gegenstand kann ein Karosserieteil eines Fahrzeugs sein, beispielsweise einer Heckraumklappe. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Blech einen Außenhaut und das zweite Blech einen Innenhaut eines Karosserieteils. In einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist das erste Blech einen Außenhaut einer Heckraumklappe und das zweite Blech einen Innenhaut einer Heckraumklappe und die Lötnaht verbindet die Außenhaut mit der Innenhaut.
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Die Kombination von einer Weichlot-enthaltenden Lötnaht, die zwei Bleche aus Aluminium oder einer Aluminium-basierten Legierung, insbesondere einen Außenhaut und einen Innenhaut einer Heckraumklappe, miteinander verbindet, wobei die Lötnaht an der Kante zwischen der Seitenfläche des ersten Blechs und der Oberfläche des zweiten Blechs angeordnet ist, ermöglicht, dass auf der Oberfläche der Innenhaut, die gegenüber von der Außenhaut liegt, es keinen oder kaum einen Hinweis auf die Verbindungsstelle gibt.
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Zum Beispiel ist die Oberfläche glatt und weist keine Erhebung oder Graben auf, die durch die Verformung des Blechs als Folge des Herstellens der Lötnaht entstanden ist. Folglich ist die Qualität dieser Oberfläche nicht von der Verbindung zwischen den zwei Belchen beeinträchtigt und kann in Sichtweise angeordnet werden, ohne eine verminderte Qualität aufzuweisen.
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Bei einem Karosserieteil eines Fahrzeugs, beispielsweise eine Heckraumklappe, kann die Verbindungsstelle nach Außen gerichtet werden, und die gegenüberliegende Oberfläche nach Innen gerichtet werden, so dass sie für den Fahrer oder Insassen eines Fahrzeugs sichtbar ist. Auf Grund des Fehlens eines sichtbaren Hinweises auf die Verbindungstelle auf der gegenüberliegenden Seite kann auf eine Innenverkleidung verzichtet werden. Dies ist auch vorteilhaft, da das Gesamtgewicht des Fahrzeugs reduziert werden kann.
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Die Verwendung eines Weichlots und eines Laserstrahls in einem Laserlötverfahren zum Verbinden zweier Bleche aus Aluminium oder einer Aluminium-basierten Legierung über eine Lötnaht miteinander wird auch angegeben. Der Laserstrahl wird verwendet, um das Weichlot gezielt an der Verbindungsstelle zu schmelzen und die zwei Bleche miteinander über einer wiedererstarrten Lötnaht miteinander zu verbinden.
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In einem Ausführungsbeispiel, wird das Weichlot, insbesondere eines Zink-basierten Weichlots, und der Laserstrahl in einem Laserlötverfahren verwendet, um ein erstes Blech, das eine Außenhaut eines Karosserieteils ist, und ein zweites Blech, dass eine Innenhaut eines Karosserieteils ist, miteinander über der Lötnaht zu verbinden. Das Karosserieteil kann eine Heckraumklappe sein.
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Ein Verfahren zum Verbinden zweier Bleche aus Aluminium oder einer Aluminium-basierten Legierung wird auch bereitgestellt, wobei das Verfahren folgendes aufweist. Ein erstes Blech aus Aluminium oder einer aluminium-basierten Legierung und ein zweites Blech aus Aluminium oder eine aluminium-basierten Legierung werden bereitgestellt. Das erste Blech wird auf eine erste Oberfläche des zweiten Blechs angeordnet und eine Kante zwischen einer Seitenfläche des ersten Blechs und der ersten Oberfläche des zweiten Blechs gebildet wird. Ein Weichlot wird an der Kante eingeordnet, ein Laserstrahl an das Weichlot gerichtet und das Weichlot mit dem Laserstrahl geschmolzen. Eine Lötnaht wird an der Kante hergestellt und das erste Blech mit dem zweiten Blech mit der Lötnaht verbunden.
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Ein Laserlötverfahren wird somit verwendet, um eine Lötnaht an der Kante zwischen einer Seitenfläche des ersten Blechs und der Oberfläche des zweiten Blechs herzustellen, wobei das erste Blech mit dem zweiten Blech über dieser Lötnaht verbunden wird.
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Dieses Verfahren ermöglicht es, die zwei Bleche miteinander über eine Lötnaht zu verbinden, ohne dass die Oberfläche des zweiten Blechs, die gegenüber der ersten Oberfläche liegt, eine unerwünschte beeinträchtigte Oberflächenqualität aufweist. Folglich kann diese zweite Oberfläche als sichtbare Oberfläche des Verbunds dienen.
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In einem Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl entlang der Kante geführt, wobei eine Lötnaht entlang der Kante hergestellt wird. Das erste Blech wird somit nicht punktweise, sondern über eine lange kontinuierliche Lötnaht mit dem zweiten Blech verbunden.
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In einem Ausführungsbeispiel wird ein Diodenlaser verwendet, um den Laserstrahl zu erzeugen. Ein Wellenlängenbereich des Leserstrahls kann 900 nm bis 1070 nm sein.
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Das Weichlot kann ein Zink-basiertes Weichlot, wie ZnAl15 sein. Das Weichlot kann auch in verschiedenen Formen bereitgestellt werden, beispielsweise als eine Folie oder eine Paste. In einem Ausführungsbeispiel ist das Weichlot in Form eines Lotdrahts bereitgestellt. Ein Draht kann gut verwendet werden, um einen Überlappstoß wie oben beschrieben zu löten. Im Falle, dass ein Draht verwendet wird, können der Draht und der Laserstrahl entlang der Kante geführt werden, um eine längliche kontinuierliche Lötnaht zwischen dem ersten Blech und dem zweiten Blech herzustellen.
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Das Verfahren kann verwendet werden, eine Außenhaut eines Fahrzeugs mit einer Innenhaut eines Fahrzeugs zu verbinden bzw. zu löten. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Blech eine Außenhaut einer Heckraumklappe und das zweite Blech eine Innenhaut einer Heckraumklappe.
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Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt einen gelöteten Gegenstand nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 zeigt einen listigen Gegenstand nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Verbindungsstelle des gelöteten Gegenstands der 2, und
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen des gelöteten Gegenstands der 1.
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1 zeigt einen gelöteten Gegenstand 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Der gelötete Gegenstand 1 weist ein erstes Blech 2 aus einer Aluminium-basierten Legierung und ein zweites Blech 3 aus einer Aluminium-basierten Legierung auf. Das erste Blech 2 ist auf einer Oberfläche 4 des zweiten Blechs 3 angeordnet, so dass das erste Blech 2 im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Blech 3 gerichtet ist. Eine L-förmige Kante 5 wird zwischen einer Seitenfläche 6 des ersten Blechs 2 und der erste Oberfläche 4 des zweiten Blechs 3 gebildet. Solch eine Anordnung kann auch als ein Überlappstoß bezeichnet werden.
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Eine Lötnaht 7 ist an der Kante 5 zwischen der Seitenfläche 6 und der ersten Oberfläche 4 angeordnet und das erste Blech 2 ist mit dem zweiten Blech 3 über diese Lötnaht 7 verbunden. Diese Lötnaht 7 wird mit einem Laserlötverfahren mithilfe eines Zink-enthaltenden Weichlotdrahts hergestellt, wie in Verbindung mit der 4 näher erläutert ist. Die Lötnaht 7 weist in diesem Ausführungsbeispiel zumindest 80 Atom% Zink, weil sie mit einem Weichlot aus ZnAl15 hergestellt wird.
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Die Anordnung des Gegenstands 1 der 1 kann verwendet werden, um verschiedene gelötete Gegenstände herzustellen, beispielsweise Karosseriebauteile eines Fahrzeugs.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem ein gelöteter Gegenstand 10 eine Außenhaut 11 und eine Innenhaut 12 einer Heckraumklappe 13 für ein nicht gezeigtes Fahrzeug aufweist. Eine vergrößerte Ansicht der Verbindungsstelle 14 zwischen der Außenhaut 11 und der Innenhaut 12 ist in der 3 dargestellt, wobei gleiche Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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In der Verbindungsstelle 14 ist ein Verbindungsbereich 15 der Außenhaut 11 im Wesentlichen parallel zu einem Verbindungsbereich 16 der Innenhaut 12 gerichtet. Die Unterseite 17 des Verbindungsbereichs 15 der Außenhaut ist auf der Oberseite 18 des Verbindungsbereichs 16 der Innenhaut 12 angeordnet. Die Außenhaut 11 wird mit der Innenhaut 12 über eine Lötnaht 19 verbunden, die zwischen einer Seitenfläche 20 der Außenhaut 11 und der Oberfläche 18 der Innenhaut 12 erstreckt und diese miteinander verbindet. Aufgrund des verwendeten Laserlötverfahrens ist die Verbindungsstelle 14 bzw. Lötnaht 19 nicht an der gegenüberliegenden Oberfläche 21 der Innenhaut 12 sichtbar. Folglich kann auf eine Innverkleidung verzichtet werden, auch wenn die Verbindungsstelle für den Fahrer oder die Insassen des Fahrzeugs sichtbar ist, weil diese Oberfläche 21 bereits eine gewünschte Oberflächenqualität hat.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserlötverfahrens zum Herstellen des gelöteten Gegenstands der 1. Gleiche Komponenten sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Zunächst wird das erste Blech 2 auf der Oberfläche 4 des zweiten Blechs 3 angeordnet, so dass eine L-förmige Kante 5 zwischen der Seitenfläche 6 des ersten Blechs und der Oberfläche 4 des zweiten Blechs gebildet ist. Ein Weichlotdraht 22 wird bereitgestellt und in die Kante 5 geführt.
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Der Weichlotdraht wird mit einem Laserstahl 23 von einem Diodenlaser 24 geschmolzen. In diesem Ausführungsbeispiel weist dieser Weichlotdraht eine Zusammensetzung aus 85 Atom Prozent Zink und 15 Atomprozent Aluminium und der Laserstrahl eine Wellenlänge von 900 nm bis 1070 nm auf. Um eine längliche Lötnaht herzustellen wird der Laserstrahl 23 an der Lotdrahtquelle entlang der Kante 5 in Pfeil Richtung 25 geführt, um die Lötnaht 7 an dieser Kante 5 zwischen dem ersten Blech 2 und dem zweiten Blech 3 zu erzeugen und das erste Blech 2 mit dem zweiten Blech 3 zu verbinden bzw. zu löten.
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Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
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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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