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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Verbundblechteils mit einem weiteren Bauteil, wobei das Verbundblechteil wenigstens zwei äußere Deckbleche und wenigstens eine zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht aufweist und wobei das weitere Bauteil wenigstens eine äußere metallische Schicht aufweist Die Erfindung betrifft weiterhin eine gefügte Blechkonstruktion. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Fügen eines Verbundblechteils mit einem weiteren Bauteil, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Verbundblechteil wenigstens zwei äußere Deckbleche und wenigstens eine zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht aufweist und wobei das weitere Bauteil wenigstens eine äußere metallische Schicht aufweist.
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Verbundblechteile sind Verbundwerkstoffe, die insbesondere in Form eines Sandwichs aufgebaut sind. Verbundblechteile bestehen meist aus zwei äußeren Deckblechen und einer zwischen den Deckblechen angeordneten Kunststoff- oder Polymerschicht. Durch den Schichtaufbau der Verbundblechteile können diese Eigenschaften aufweisen, die durch ein Bauteil aus einem einheitlichen Material nicht oder kaum erzielt werden können. Verbundblechteile können beispielsweise sehr hohe lokale Steifigkeiten und Festigkeiten aufweisen. Zudem können Verbundblechteile gute schalldämmende Eigenschaften bereitstellen. Nicht zuletzt erlauben Verbundblechteile aber auch ein geringeres Bauteilgewicht, ohne dass Einbußen bei den übrigen Eigenschaften des Bauteils hingenommen werden müssen. Aus diesem Grunde werden Verbundblechteile zunehmend als sogenannte Leichtbleche im Kraftfahrzeugbau verwendet.
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Nachteilig dabei ist, dass die Verbundblechteile nur bedingt für das im Kraftfahrzeugbau weit verbreitete Widerstandsschweißen geeignet sind. Das Widerstandsschweißen kommt beispielsweise zum Einssatz, um die Verbundblechteile mit normalen Blechbauteilen einfach und kostengünstig zu verbinden. Beim Widerstandsschweißen kommt es zu einem kurzzeitigen, hohen Wärmeeintrag in das Verbundblechteil, wodurch die wenigstens eine zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht leicht beschädigt werden kann. Dies ist insbesondere bei Kunststoffschichten der Fall, die eine geringere Temperaturbeständigkeit und zudem eine geringere Temperaturleitfähigkeit haben, als die äußeren Deckbleche. Die Kunststoffschichten können zudem elektrisch isolierend sein oder jedenfalls eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren, die Blechkonstruktion und die Vorrichtung jeweils der eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass Verbundblechteile prozesssicher mittels Widerstandsschweißen gefügt werden können.
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Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, das die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge aufweist:
- - das Verbundblechteil und das weitere Bauteil werden einander überlappend zwischen zwei Elektroden einer Widerstandsschweißeinheit gebracht,
- - ein Metallband wird auf der dem weiteren Bauteil gegenüberliegenden Seite des Verbundblechteils angeordnet,
- - das Metallband wird in Anlage mit einer der dem Verbundblechteil zugeordneten Elektroden gebracht und das weitere Bauteil wird in Anlage mit der anderen Elektrode gebracht, und
- - Fügen des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil durch Widerstandsschweißen, wobei wenigstens ein Strompfad zwischen den beiden Elektroden über das Metallband und das weitere Bauteil geschlossen wird.
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Es wurde herausgefunden, dass zur Schonung des Verbundblechteils während des Fügens an lokal besonders beanspruchten Bereichen ein Metallband verwendet werden kann, das auf der dem weiteren Bauteil gegenüberliegenden Seite des Verbundblechteils angeordnet wird. Während die eine Seite des Verbundblechteils durch das weitere Bauteil geschützt wird, wird die gegenüberliegende Seite durch das hierauf angeordnete Metallband geschützt. Das Metallband ist elektrisch leitfähig und vorzugsweise thermisch stabil. Das Metallband kann beispielsweise hinsichtlich dieser Eigenschaften dem Deckblech sehr ähnlich sein. Bedarfsweise können das Metallband und die äußeren Deckbleche des Verbundblechs und/oder des weiteren Bauteils aus demselben oder einem ähnlichen Material gefertigt sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Metallband eine wesentlich höhere Leitfähigkeit und/oder wesentlich höhere thermische Stabilität aufweist. Es kann dann nämlich ausreichen, anstelle des äußeren Deckblechs die Materialgüte des Metallbands zu verbessern.
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Beim Widerstandsschweißen werden wenigstens zwei Elektroden so gegenüber den zu verschweißenden Werkstücken positioniert, dass zwischen den Elektroden eine elektrisch leitende Verbindung, ein sogenannter Strompfad, gebildet wird, der durch wenigstens eines der Werkstücke verläuft. Die Werkstücke sind vorliegend das Verbundblechteil und das weitere Bauteil. Die Elektroden können unterschiedlich ausgebildet und beispielsweise Teil einer Schweißzange oder auch als Rollenelektroden ausgebildet sein. Das Fügen kann insbesondere auch aus mehreren einzelnen lokalen Füge- bzw. Schweißereignissen bestehen, wie dies insbesondere beim Widerstandspunktschweißen der Fall ist.
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Das Metallband wird in wenigstens einen sich beim Widerstandsschweißen ausbildenden Strompfad gebracht. Letztlich wird dadurch der Strompfad durch das Metallband geschlossen, auch wenn der Strompfad mit oder ohne das Metallband auch anderweitig geschlossen sein kann.
Im Ergebnis fließt wenigstens ein Teil des Stroms durch das Metallband, wodurch weniger Wärme in das Verbundblechteil eingebracht wird. Das Metallband kann eine lokale Aufdickung und damit größere Blechstärke eines äußeren Deckblechs simulieren. Die Aufdickung in einem lokal eng begrenzten Bereich reicht aus, um den Wärmeeintrag, insbesondere in die nichtmetallische Schicht des Verbundblechteils, zu verringern, ohne das eigentliche Fügen der Werkstücke zu beeinträchtigen.
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Zudem wird durch die Verwendung eines Metallbands ein unnötiger Materialbedarf vermieden. Das Metallband zeichnet sich nämlich dadurch aus, dass es, vorzugsweise, für die mechanischen und sonstigen Eigenschaften des Verbundblechteils entbehrlich ist. Das Metallband braucht also nur dort vorgesehen werden, wo beim Widerstandsschweißen lokal erhöhte Temperaturen entstehen können. Das heißt, dass das Metallband vorzugsweise im Wesentlichen lediglich im Überlappungsbereich des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil vorgesehen ist. Auf andere Gegebenheiten muss daher nicht oder lediglich kaum Rücksicht genommen werden. Es kann also auch toleriert werden, wenn das Metallband durch das Widerstandsschweißen nicht dauerhaft mit dem Verbundblechteil verbunden wird, sondern früher oder später vom Verbundblechteil abfällt oder auch gezielt entfernt wird. Das Metallband kann so beispielsweise nur für die Zeitdauer des Widerstandschweißens, also des Fügens, mit dem Verbundblechteil in Kontakt gebracht werden.
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Das Metallband erfüllt also im Wesentlichen die Funktion eines Dummyelements oder eines Füge-Hilfsmittels. Dem steht nicht entgegen, dass das Metallband, sofern es am Verbundblechteil verbleibt auch mechanische oder sonstige Eigenschaften des Verbundblechteils bei dessen Verwendung verbessern kann. Wird das Metallband für verschiedene Schweißnähte und/oder Schweißpunkte wiederverwendet, kann das Metallband für eine bessere Beständigkeit auch entsprechend materialintensiv bzw. hochwertig gefertigt werden.
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Es ist im Übrigen besonders einfach und zweckmäßig, das Metallband mit dem äußeren Deckblech in Kontakt zu bringen, das nicht durch das Überlappen mit dem weiteren Bauteil in Kontakt steht, insbesondere wenn das weitere Bauteil und das Verbundblechteil flächig ausgebildet sind. Mit anderen Worten wird das Metallband bevorzugt auf dem, dem weiteren Bauteil abgewandten äußeren Deckblech vorgesehen.
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Bei dem weiteren Bauteil kann es sich um ein gewöhnliches Blechbauteil handeln. Denkbar ist auch, dass das weitere Bauteil ein massives metallisches Bauteil oder selbst ein Verbundwerkstoff, wie etwa ein Verbundblechteil, ist. Um die Verschweißbarkeit des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil zu gewährleisten, weist das weitere Bauteil, wenn es nicht durchgängig metallisch aufgebaut ist, insbesondere wenigstens eine äußere metallische Schicht auf, die mit dem Verbundblechteil in Kontakt gebracht und verschweißt werden kann.
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Dass das Metallband auf dem Verbundblechteil angeordnet wird, bedeutet, dass es auf eines der äußeren Deckbleche des Verbundblechteils angeordnet wird. Dabei kann das Metallband unmittelbar, also direkt, auf dem Verbundblechteil angeordnet werden. Es kann aber auch noch eine funktionale Schicht zwischen dem Metallband und dem Verbundblechteil vorgesehen sein, sodass das Metallband nicht notwendigerweise unmittelbar mit dem Verbundblechteil in Kontakt stehen muss.
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Unter einem Metallband wird verstanden, dass es eine wesentlich größere Länge als Breite und insbesondere Dicke hat. Insbesondere weißt das Metallband eine gewisse Flexibilität auf, so dass das Metallband beispielsweise aufgewickelt werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass das Verfahren besonders prozesssicher mit Metallbanddicken in Bereichen unter 2 mm, vorzugsweise unterhalb von 1 mm durchgeführt werden kann.
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Die Dicken der äußeren Deckbleche des Verbundblechteils sind vorteilhaft auf maximal 0,8 mm, vorzugsweise auf maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt auf maximal 0,3 mm begrenzt. Andererseits ist es vorteilhaft, wenn die Dicken der äußeren Deckbleche des Verbundblechteils mindestens 0,1 mm, bevorzugt mindestens 0,2 mm betragen. Die Dicke der nichtmetallischen Schicht des Verbundblechteils beträgt vorzugsweise maximal 2 mm, besonders bevorzugt maximal 1,5 mm. Andererseits beträgt die Dicke der nichtmetallischen Schicht des Verbundblechteils vorteilhafterweise mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,2 mm.
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Durch die beschriebenen Begrenzungen der Dicke des Metallbandes, der Deckbleche und der nichtmetallischen Schicht kann insbesondere das Gesamtgewicht der Blechkonstruktion verringert werden und gleichzeitig die Verbundblechteile prozesssicher gefügt werden, also insbesondere genug Material bereitgestellt werden, so dass die nichtmetallischen Schicht des Verbundblechteils durch das Fügeverfahren nicht beschädigt wird.
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Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wenigstens ein Strompfad zwischen den beiden Elektroden über das Metallband, das weitere Bauteil und die beiden äußeren Deckbleche geschlossen werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass ein Teil des Stroms durch das Metallband fließt, der sonst durch eine äußere Decklage fließen würde. Wenn das Metallband zwischen einer äußeren Decklage und der Elektrode vorgesehen ist, so dass der Strom durch das Metallband in die äußere Decklage fließt oder umgekehrt, kann die Stromdichte im äußeren Deckblech angrenzend zum Metallband herabgesetzt werden. Das Metallelement kann alternativ oder zusätzlich aber auch einen Teil der beim Schweißen entstehenden Wärme aufnehmen und somit von einem äußeren Deckblech abführen. Die elektrisch leitende Verbindung der beiden äußeren Deckbleche kann beispielsweise über Strombrücken, beispielsweise in Form von Klemmen, hergestellt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Elektrode in Anlage an das Metallband gebracht werden, um etwa einen Strompfad durch das Metallband sicherzustellen und beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen der Elektrode und dem Verbundblechteil zu vermeiden. Das Metallband wird dabei mit einer dem Verbundblechteil zugeordneten Elektrode in Kontakt gebracht.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Strompfad zwischen den beiden Elektroden über das Metallband und das weitere Bauteil geschlossen werden. Der Strompfad kann so, beispielsweise unter teilweiser oder vorzugsweise vollständiger Umgehung des Verbundblechteils, geschlossen werden. So können ein das Verbundblechteil schonender Strompfad oder ein zusätzlicher Strompfad bereitgestellt werden, der ggf. zur Verringerung der Stromdichte im Verbundblechteil führt und so ebenfalls zu einem materialschonenden Schweißen bei geringerer thermischer Belastung führt. Dieser Strompfad kann beispielsweise mit einem Verbindungskabel zwischen Metallband und dem weiteren Bauteil erfolgen.
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Wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Metallband von einem Metallbanddepot auf das Verbundblechteil aufgebracht, insbesondere von einer Abwickelrolle auf das Verbundblechteil abgewickelt, kann ein besonders einfaches Bereitstellen des Metallbandes erreicht werden. Grundsätzlich kann das Metallband dabei erst vollständig auf den vorgesehenen Bereich des Verbundblechteils aufgebracht werden und erst anschließend das Widerstandsschweißen erfolgen. Das Widerstandsschweißen des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil und das Aufbringen des Metallbandes kann aber auch schrittweise abwechselnd erfolgen oder auch zumindest teilweise gleichzeitig. Im letzteren Fall kann das Metallband beispielsweise an einer Stelle aufgebracht werden, während an einer anderen Stelle, an der das Metallband bereits aufgebracht ist, bereits gefügt wird. Als Mittel zum Aufbringen des Metallbandes kann insbesondere eine Aufnahme vorgesehen sein. Die Abwickelrolle kann dabei durch die Aufnahme gehalten und/oder geführt werden, von der das Metallband abgewickelt wird.
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Eine verfahrensmäßig einfache Umsetzung lässt sich erreichen, wenn das Metallband in einer elektrisch leitend mit dem weiteren Bauteil verbundenen Aufnahme aufgenommen wird. Die Aufnahme kann dabei vorzugsweise gleichzeitig der Positionierung des Metallbandes während des Schweißens dienen. Alternativ oder zusätzlich können das Material und die Abmessungen der Aufnahme auch als Steuergrößen zur Einstellung von Strom- und Wärmeflüssen genutzt werden. Beispielweise ist es denkbar, dass der Widerstand der Aufnahme über einen Potentiometer oder dergleichen einstellbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird das Metallband beim Fügen des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil an mindestens einer Stelle, vorzugsweise an mindestens zwei Stellen, mit dem Verbundblechteil lokal stoffschlüssig verbunden. Dadurch verbleibt das Metallband an der hergestellten gefügten Blechkonstruktion, was das Verfahren weiterhin vereinfacht. Zudem können beispielsweise mechanische Eigenschaften der Blechkonstruktion wie die Stabilität zusätzlich durch das Metallband verbessert werden. Weiterhin braucht kein hochwertiges Material für das Metallband vorgesehen zu werden, welches beispielsweise einen hohen Schmelzpunkt oder eine hohe Leitfähigkeit aufweist, damit eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Metallband und Verbundblechteil vermieden wird. Durch das Vorsehen von mindestens zwei, vorzugsweise mehreren lokalen Schweißstellen kann eine lokale Begrenzung der Beeinflussung der Werkstücke erreicht werden und trotzdem eine einen größeren Bereich abdeckende Verbindung erzielt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Metallband, vorzugsweise vor dem Fügen des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil, an mindestens einer nicht durch das Verbundblechteil überdeckten Stelle mit dem weiteren Bauteil, insbesondere lokal stoffschlüssig, verbunden wird. Dadurch wird eine Fixierung des Metallbandes gegenüber dem weiteren Bauteil erreicht, sodass das Verfahren besonders prozesssicher durchgeführt werden kann. Vorzugsweise ist die Verbindung eine lokale stoffschlüssige Verbindung, welche wie die Verbindung des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil ebenfalls durch Widerstandsschweißen, insbesondere Widerstandspunktschweißen, erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch eine Fixierung mittels Magnete oder Klemmen stattfinden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Fügen des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil eine funktionale Schicht, insbesondere eine Klebeschicht, zwischen dem Verbundblechteil und dem Metallband und/oder zwischen Verbundblechteil und dem Bauteil angeordnet. Die funktionale Schicht kann insbesondere Hafteigenschaften, Dichteigenschaften und/oder Isoliereigenschaften aufweisen. Vorzugsweise ist eine Klebeschicht vorgesehen, welche vorzugsweise sowohl Haft- als auch Dichteigenschaften aufweist Hierdurch kann zum einen eine Fixierung der entsprechenden Werkstücke zueinander erreicht werden, was das Verfahren weiterhin vereinfacht. Weiterhin kann auf diese Weise eine Barriereschicht zwischen den entsprechenden Bauteilen erreicht werden, sodass eine Kontaktkorrosion vermieden bzw. reduziert wird. So können auch unterschiedliche Metalle für die Deckschicht und das auf die Deckschicht aufgebrachte Metallband bzw. für die Deckschicht und das an diese angrenzende weitere Bauteil verwendet werden. Zudem kann insbesondere eine Klebeschicht als Dichtung fungieren. Die funktionale Schicht wird vorzugsweise im Wesentlichen nur im Bereich auf dem Verbundblechteil aufgetragen, in dem das Metallband anschließend aufgebracht wird.
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Wie bereits ausgeführt, kann das Fügen so durchgeführt werden, dass das Metallband am Verbundblechteil haften bleibt. Das Metallband wird beim Fügen letztlich angeschweißt. Dies kann zu geeigneten Fügergebnissen führen. Es kann zusätzlich aber der Fall sein, dass das am Verbundblechteil haftende Metallband die Verwendung oder die Eigenschaften des Verbundblechteils in einer nicht gewünschten Weise beeinflusst. Um diesem Nachteil zu begegnen, kann das Metallband nach dem Fügeereignis wenigstens teilweise vom Verbundblechteil abgetrennt werden. Das Metallband kann beispielsweise ganz oder teilweise durch geeignete Mittel spanend vom Verbundblechteil entfernt werden.
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Grundsätzlich übt das Metallband einen günstigen Effekt aus, wenn es aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Schmelztemperatur besteht. So wird die elektrische Leitung im Strompfad über das Metallband und die Formstabilität beim Fügen begünstigt. Ist nicht vorgesehen, dass das Metallband mit dem Verbundblechteil verbunden bleiben soll, kann beispielsweise bei besonders hohen Leitfähigkeiten und Schmelztemperaturen des Metallbandes erreicht werden, dass das Metallband nicht mit dem Verbundblechteil gefügt wird. Alternativ kann ein Verschweißen des Metallbandes mit dem Verbundblechteil auch durch Anpassen der Parameter beim Widerstandsschweißen, wie Stromstärke oder Schweißdauer, unterbunden werden. Das Metallband kann dann für eine Mehrzahl von Fügeereignissen wiederholt verwendet werden, ohne dabei nennenswert beschädigt zu werden oder erneut vom Verbundblechteil abgetrennt werden zu müssen.
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Ist nicht vorgesehen, dass das Metallband dauerhaft an dem Verbundblechteil verbleibt, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Metallband nach dem Fügen des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil von dem Verbundblechteil in ein Metallbanddepot eingebracht werden, insbesondere auf eine Aufwickelrolle aufgewickelt werden. Dadurch kann das Metallband, nachdem es als Füge-Hilfsmittel fungiert hat, direkt wieder in ein Depot eingebracht werden und platzsparend untergebracht werden. Dadurch wird insbesondere die Handhabbarkeit des Metallbandes während des Verfahrens verbessert. Zudem steht das Metallband nach Abschluss des Verfahrens direkt in einem Metallbanddepot zur Verfügung und kann aus diesem wiederum erneut auf ein Verbundblechteil aufgebracht werden.
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Die Aufwickelrolle kann dabei durch eine Aufnahme gehalten und/oder geführt werden, auf die das Metallband aufgewickelt wird. Die Aufnahme kann dabei ein Aufnehmen sowohl der Aufwickelrolle als auch der Abwickelrolle ermöglichen.
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Es hat sich gezeigt, dass beim Fügen gute Ergebnisse erreicht werden, wenn das Metallband breiter als die zu erwartende Schweißnaht ist. Im Falle eines Punktschweißens gilt das gleiche für Metallbänder mit einer Breite, die größer als der Durchmesser des Schweißpunkts bzw. der Schweißzone ist. Bei entsprechenden Metallbändern kann eine hinreichende Wärmemenge abgeführt und/oder die Stromdichte im entsprechenden Strompfad hinreichend reduziert werden.
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Besonders bevorzugt kann das beschriebene Verfahren beim Widerstandspunktschweißen eingesetzt werden. Dort wird nämlich nur punktuell eine hohe Wärmemenge in das Verbundblechteil eingebracht und es können besonders einfach und kostengünstig Metallbänder verwendet werden.
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Insbesondere ist bei den zuvor genannten Karosseriebauteilen häufig eine Verbindung in einem sich länglich erstreckenden Bereich erforderlich. Hierfür ist die Verwendung eines Metallbandes besonders vorteilhaft, da so ein an den zu fügenden Bereich angepasstes Füge-Hilfsmittel bereitgestellt wird.
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Die eingangs genannte, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einer zweiten Lehre durch eine gefügte Blechkonstruktion, insbesondere hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, aus einem Verbundblechteil und einem weiteren Bauteil, wobei das Verbundblechteil wenigstens zwei äußere Deckbleche und wenigstens eine zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht aufweist und wobei das weitere Bauteil wenigstens eine äußere metallische Schicht aufweist, wobei das Verbundblechteil und das weitere Bauteil einander überlappend angeordnet sind und wobei ein Metallband auf der dem weiteren Bauteil gegenüberliegenden Seite des Verbundblechteils angeordnet und mit dem Verbundblechteil und dem weiteren Bauteil gefügt ist.
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Dadurch, dass bei der Herstellung der gefügten Blechkonstruktion während des Fügens ein Metallband vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Strompfad zwischen den beiden Elektroden über das Metallband geschlossen wird, wird eine gefügte Blechkonstruktion bereitgestellt, welche eine dauerhafte Verbindung aufweist und gegenüber dem Stand der Technik die nichtmetallische Schicht des Verbundblechteils durch den Schweißvorgang nicht bzw. in geringerem Maße beeinflusst wurde.
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Wie in Bezug auf Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bleibt dabei das während des Fügeverfahrens auf dem Verbundblechteil angeordnete Metallband weiterhin mit dem Verbundblechteil verbunden, das heißt verklebt und/oder verschweißt.
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Alternativ ist grundsätzlich auch denkbar, dass angeordnete Metallband nach dem Fügeverfahren abzunehmen oder abzutrennen.
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Vorteilhafterweise weist das Verbundblechteil und/oder das weitere Bauteil einen Flanschbereich auf, in welchem bzw. welchen das Verbundblechteil und das weitere Bauteil einander überlappend verschweißt sind. Dabei ist das Metallband vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen in dem Flanschbereich bzw. in den sich überlappenden Flanschbereichen vorgesehen. Der Flanschbereich ist vorzugsweise jeweils ein sich länglich ersteckender Flanschbereich.
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Durch die erfindungsgemäße gefügte Blechkonstruktion werden die bereits zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgezeigten Vorteile erzielt. Aus der vorstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich ebenfalls weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen gefügten Blechkonstruktion.
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Die erfindungsgemäß gefügte Blechkonstruktion ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung besonders geeignet, ein als Karoseriebauteil, insbesondere als Karosseriedach, Karosseriebodenblech oder Motorhaube gestaltetes Verbundblechteil mit einem weiteren Bauteil aufzuweisen. Bei Karosseriebauteilen kommen die Vorteile einer Gewichtseinsparung bei guten mechanischen Eigenschaften eines Verbundbauteils besonders zum Tragen, da auf diese Weise das Gewicht der Karosserie reduziert werden kann, ohne die Stabilität und letztendlich die Sicherheit zu gefährden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das weitere Bauteil ein Karoseriebauteil ist, insbesondere ein Seitenteil oder eine Verstärkung einer Motorhaube, insbesondere in Form eines U-Profils oder Hohlprofils. Ein Seitenteil kann beispielsweise als Schweller ausgestaltet sein. Solche Bauteile bestehen in der Regel aus einem elektrisch leitenden Metall, insbesondere Stahl, sodass diese Bauteile besonders für ein Widerstandsschweißen geeignet sind. Durch eine Kombination solcher Bauteile mit einem Verbundblechteil können mit der Ausgestaltung erfindungsgemäß gefügte Blechkonstruktion bereitgestellt werden, welche optimal für den Einsatz in Karosserien angepasst sind.
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Die eingangs genannte, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einer dritten Lehre durch eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Fügen eines Verbundblechteils mit einem weiteren Bauteil dadurch gelöst, dass Mittel zum Aufbringen eines Metallbandes auf das Verbundblechteil vor und/oder während des Fügens des Verbundblechteils mit dem weiteren Bauteil und dem Metallband vorgesehen sind.
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Durch die Mittel zum Aufbringen eines Metallbandes kann ein Metallband während bzw. vor dem Fügeverfahren aufgebracht und bedarfsweise auch angeordnet werden, sodass letztendlich Verbundblechteile prozesssicher mittels Widerstandsschweißen gefügt werden können.
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Vorzugsweise weisen die Mittel zum Aufbringen des Metallbandes eine Aufnahme für das Metallband auf, wobei die Aufnahme elektrisch leitend mit dem weiteren Bauteil verbunden ist. Mittels der Aufnahme kann das Metallband wie bereits beschrieben insbesondere aufgewickelt und/oder abgewickelt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden die bereits zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgezeigten Vorteile erzielt. Aus der vorstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich ebenfalls weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die Erfindung insgesamt wird nachfolgend anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1a ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Längsschnittansicht,
- 1b ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gefügten Blechkonstruktion hergestellt mit dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Längsschnittansicht,
- 2a ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Längsschnittansicht,
- 2b ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gefügten Blechkonstruktion hergestellt mit dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Längsschnittansicht,
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen gefügten Blechkonstruktion in einer schematischen Querschnittansicht.
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In der 1a ist eine Vorrichtung 1 zum Fügen mittels Widerstandsschweißens, insbesondere mittels Widerstandspunktschweißens, dargestellt. In der Vorrichtung 1 befinden sich ein Verbundblechteil 2 und ein weiteres Bauteil 3. Das Verbundblechteil 2 umfasst beim dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei äußere Deckbleche 4 und 5 und eine innere nichtmetallische Schicht 6 aus Kunststoff, während das weitere Bauteil 3 durch ein metallisches, elektrisch leitendes Blech gebildet wird. Da in diesem Fall das weitere Bauteil 3 aus Metall besteht weist es insofern auch eine äußere metallische Schicht 3a auf. Es ist aber möglich, das weitere Bauteil 3 beispielsweise ebenfalls als Verbundblechteil auszubilden. Das Verbundblechteil 2 kann hierbei ein Karoseriebauteil sein, insbesondere ein Karosseriedach, ein Karosseriebodenblech oder eine Motorhaube, während das weitere Bauteil 3 ebenfalls ein Karosseriebauteil sein kann, insbesondere ein Seitenteil oder eine Verstärkung einer Motorhaube, insbesondere in Form eines U-Profils oder Hohlprofils. Die in 1a dargestellten sich überlappenden Bereiche können insbesondere Rand- oder Flanschbereiche oben genannter Karosseriebauteile sein. Das Verbundblechteil 2 und das weitere Bauteil 3 werden in der in der 1a dargestellten, einander überlappenden, Position miteinander gefügt, und zwar mittels dreier Schweißpunkte 15a, 15b und 15c (siehe 1b). Dazu werden das Verbundblechteil 2 und das weitere Bauteil 3 zwischen die beiden Elektroden 7, 8 einer Schweißzange 9 einer Widerstandsschweißeinheit gebracht, welche sowohl das Verbundblechteil 2 als auch das weitere Bauteil 3 teilweise umgreift. An die Elektroden 7, 8 der Schweißzange 9 wird über eine nicht näher dargestellte Spannungsversorgung 10 eine Potentialdifferenz angelegt. Die untere Elektrode 8 kontaktiert dabei das weitere Bauteil 3. Die obere Elektrode 7 kontaktiert ein das Metallband 11, das auf das dem weiteren Bauteil 3 abgewandte äußere Deckblech 4 aufgebracht ist. Das Metallband 11 ist somit zwischen dem äußeren Deckblech 4 und der oberen Elektrode 7 vorgesehen, so dass ein direkter Kontakt zwischen Elektrode 7 und Verbundblechteil 2 nicht gegeben ist. Beim dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dicke des Metallbandes 11 auf die Schweißaufgabe abgestimmt. Die Dicke des Metallbandes 11 kann dabei beispielweise etwa 1 mm betragen. Zudem kann die obere Elektrode 7 einen im Vergleich mit der unteren Elektrode 8 höheren Kontaktwiderstand aufweisen.
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An der rechts dargestellten Kante des Verbundblechteils 2 ist eine Strombrücke 12 vorgesehen, die die Kante des Verbundblechteils 2 geringfügig umgreift und elektrisch leitfähig ist. Die Strombrücke 12 sorgt folglich dafür, dass beim Fügen ein Strompfad zwischen den beiden Elektroden 7, 8 über das Metallband 11, das obere äußere Deckblech 4, die Strombrücke 12, das untere äußere Deckblech 5 und das weitere Bauteil 3 gebildet wird. Die Strombrücke 12 stellt also eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den äußeren Deckblechen 4, 5 dar. Ein weiterer Strompfad zwischen den Elektroden 7, 8 wird über das Metallband 11, eine Aufnahme 13, eine Verbindung 14 zwischen der Aufnahme 13 und dem weiteren Bauteil 3 sowie dem weiteren Bauteil 3 geschlossen. Gerade die parallele Ausbildung der beiden Strompfade sorgt für besonders gute Fügeergebnisse. Allerdings kann die Strombrücke 12 grundsätzlich auch weggelassen werden.
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Die Aufnahme 13 dient der Bereitstellung des Metallbandes 11 aus einem Metallbanddepot in Form einer Abwickelrolle 16 und kann ebenfalls der Positionierung des Metallbandes 11 in der gewünschten Ausrichtung zum Verbundblechteil 2 dienen. Durch eine Bewegung der Aufnahme 13 in Richtung des Pfeils 17 wird das Metallband in Richtung des Pfeils 18 von der Abwickelrolle auf das Verbundblechteil 2 abgewickelt. Ferner ist die Aufnahme 13 beim dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Verbindung 14 in Form eines flexiblen Kabels oder eines Bandes mit dem weiteren Bauteil 3 verbunden, insbesondere, um eine ausreichende Bewegungsfreiheit der Aufnahme zu gewährleisten.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sollen drei Schweißpunkte 15a, 15b und 15c gesetzt werden. Der erste Schweißpunkt 15a ist bereits mit einem ersten Füge- oder Schweißereignis gesetzt worden. Um das Metallband 11 insbesondere vor dem ersten Setzen eines Schweißpunktes zu Fixieren und ein Abwickeln des Metallbandes 11 von der Abwickelrolle 16 zu vereinfachen, ist eine hier magnetisch ausgebildete Fixiereinheit 20 auf dem Metallband 11 vorgesehen. Diese kann im Verlauf des Verfahrens, beispielsweise nach dem Setzen des ersten Schweißpunkts, wieder entfernt werden, aber auch zur weiteren Fixierung dort belassen werden. Die Elektroden 7, 8 der Schweißzange 9 waren hierzu an der gestrichelt dargestellten Position vorgesehen und sind dann, wie durch den Pfeil 19 dargestellt, in die dargestellte zweite Position in Kontakt mit dem Metallband 11 bzw. dem weiteren Bauteil 3 gebracht worden. Hier wurde bereits der zweite Schweißpunkt 15b erzeugt. Wird nun die Aufnahme 13 weiter in Richtung des Pfeils 17 bewegt und das Metallband entsprechend in Richtung des Pfeils 18 von der Abwickelrolle auf das Verbundblechteil 2 abgewickelt werden, kann der dritte Schweißpunkt 15c gesetzt werden (siehe 1b).
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In der 1b ist das Werkstück in Form einer gefügten Blechkonstruktion umfassend das Verbundblechteil 2 und das weitere Bauteil 3 nach dem Fügen in einem seitlichen Längsschnitt dargestellt. Die Schweißzonen 15a, 15b und 15c der Punktschweißungen sind im Wesentlichen linsenförmig, als sogenannte Schweißlinse, ausgebildet und weisen einen geringeren Durchmesser auf als die Breite des Metallbandes 11 senkrecht zur Bildebene. Beim dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Schweißzonen 15a, 15b, 15c auf der einen Seite bis in das weitere Bauteil 3 hinein und auf der anderen Seite bis in das dem weiteren Bauteil 3 abgewandte äußere Deckblech 4 hinein. Folglich ist das Metallband 11 mitgefügt worden und bleiben auch nachträglich am Verbundblechteil 2 haften. Das Metallband kann nun noch in der Nähe des linken Randes des Verbundblechteils 2 durchtrennt werden, sodass eine gefügte Blechkonstruktion umfassend das Verbundblechteil 2, das weitere Bauteil 3 und das Metallband 11 entsteht.
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Alternativ ist es aber ebenfalls denkbar, das an das Verbundblech gefügte Metallband wieder vom Verbundblech zu trennen, sodass eine gefügte Blechkonstruktion ohne Metallband entsteht.
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2a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bei der Durchführung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Längsschnittansicht. Das in 2a dargestellte Verfahren ist dem in 1a dargestellten Verfahren ähnlich. Im Unterschied dazu ist die Aufnahme 13 so gestaltet, dass das Metallband 11 nicht nur von einem Metallbanddepot in Form einer Abwickelrolle 16 auf das Verbundblechteil 2 aufgebracht wird, sondern auch wieder in ein Metallbanddepot eingebracht bzw. auf eine Aufwickelrolle 16' aufgewickelt wird. Die erste Schweißpunkt 15a wurde bereits gesetzt. Die Positionen der Aufnahme 13 mit dem Metallband 11 und den Abwickel- und Aufwickelrollen 16, 16' ist gestrichelt eingezeichnet. Die Schweißzange 9 und die Aufnahme 13 wird relativ zu dem Verbundblechteil 2 und dem weiteren Bauteil 3, wie durch den Pfeil 19 dargestellt, bewegt. Das Metallband 11 wird von der Abwickelrolle 16, wie durch Pfeil 18 dargestellt, abgewickelt und gleichzeitig von der Aufwickelrolle 16', wie durch Pfeil 18' dargestellt, aufgenommen. Dadurch wird das mit dem Verbundblechteil 2 in Kontakt stehende Metallband 11 entlang des Pfeils 22 bewegt und beim Setzen des nächsten Schweißpunktes nicht derselbe Bereich sondern ein vom zuvor verwendeten Bereich verschiedener Bereich des Metallbandes 11 als Füge-Hilfsmittel verwendet, sodass einer Abnutzung und einem zu großen Wärmeeintrag vorgebeugt werden kann.
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Um die Bewegung des Metallbandes 11 relativ zum Verbundblechteil 2 zu ermöglichen, ist das in 2a dargestellte Verfahren so abgewandelt, dass die Schweißzonen 15a, 15b, 15c sich lediglich von dem weiteren Bauteil 3 bis hinein in das dem weiteren Bauteil 3 abgewandte äußere Deckblech 4 des Verbundblechteils 2 erstreckt. Das Metallband 11 wird in diesem Fall durch das Fügen des Verbundblechteils 2 mit dem weiteren Blechteil 3 nicht fest mit dem Verbundblechteil 2 verbunden. Das Metallband 11 kann daher vor dem Setzen des nächsten Schweißpunkts entsprechend bewegt werden. Um die im Vergleich zum in 1a dargestellten Verfahren veränderte Lage und/oder Ausdehnung der Schweißlinsen 15a, 15b, 15c zu erzeugen kann ein besonders leitfähiges und thermisch stabiles Metallband 11 verwendet werden. Da das Metallband 11 wiederverwendet werden kann, stellen entsprechend höhere Materialkosten für das Metallband keinen nennenswerten Nachteil dar. Alternativ oder zusätzlich können auch Parameter des Schweißvorgangs, wie Stromstärke oder Dauer, verändert werden, um ein Fügen des Metallbandes 11 mit dem Verbundblechteil 2 zu unterbinden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gefügten Blechkonstruktion hergestellt mit dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2b in einer schematischen Längsschnittansicht dargestellt. Im Unterschied zu der in 1b dargestellten Blechkonstruktion kann das Metallband 11 mit der ebenfalls dargestellten Aufnahme 13 von dem Verbundblechteil 2 abgenommen werden.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen perspektivischen Ansicht. Das Verfahren ist ähnlich dem in 1a dargestellten Verfahren. Als weiteres Bauteil 3 ist in diesem Fall ein als Hohlprofil aus Stahl ausgebildetes Seitenteil vorgesehen. Das Verbundblechteil 2 ist in diesem Fall ein Karosseriedach. Im Unterschied ist allerdings kein Kabel 14 vorgesehen, welches die Aufnahme 13 mit dem weiteren Bauteil 3 verbindet. Stattdessen wird ein entsprechender Strompfad, welcher das Metallband 11 mit dem weiteren Bauteil 3 elektrisch leitend unter Umgehung des Verbundblechteils 2 verbindet, über die Strombrücke 24 hergestellt. Gleichzeitig kann die Strombrücke 24 für eine Fixierung des Metallbandes 11, insbesondere vor dem ersten Schweißereignis, dienen. Alternativ können die Strombrücken 12 und/oder 24 auch entfallen.
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Ein weiterer Unterschied zu dem in 1a dargestellten Verfahren besteht darin, dass vor dem Anordnen bzw. Aufbringen des Metallbandes 11 auf das Verbundblechteil 2 eine funktionale Schicht in Form einer Klebeschicht 26 auf das Verbundblechteil 2 aufgebracht wird. Die Klebeschicht wird als Klebstoffraupe im Wesentlichen nur in den Bereichen aufgetragen, in denen später das Metallband 11 aufgebracht wird. Hierzu ist die Klebstoffdüse 28 vorgesehen. Diese ist vorlaufend zu der Aufnahme 13 für das Metallband 11 angeordnet, sodass beim Aufbringen des Metallbandes 11 auf das Verbundblechteil 2 die Klebeschicht 26 bereits vorhanden ist. In dem in 3 gezeigten Zeitpunkt des Verfahrens ist bereits ein erster Schweißpunkt 15a gesetzt. Die Elektroden 7, 8 der Schweißzange 9 sind in ähnlich wie in 1a in Anlage mit dem Metallband 11 und dem weiteren Bauteil 3 um einen zweiten Schweißpunkt zu setzten. Durch das Vorsehen der Klebeschicht 26 wird insbesondere eine Kontaktkorrosion zwischen dem Verbundblechteil 3 und dem Metallband 11 reduziert oder vermieden. Eine funktionale Schicht, insbesondere eine Klebeschicht 26, kann alternativ oder zusätzlich auch zwischen dem Verbundblechteil 2 und dem weiteren Bauteil 3 vorgesehen sein.
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Das in 3 dargestellte Verfahren weist insbesondere folgende Schritte auf. Zunächst wird mittels der Klebstoffdüse 28 die Klebeschicht 26 im Flanschbereich des Verbundblechteils 2 appliziert. Anschließend wird das Metallband 11 auf die auf dem Verbundblechteil 2 applizierte Klebeschicht 26 aufgebracht. Hierzu wird bevorzugt das Metallband 11 mittels der Stromklemme 24 an einem Ende des Flanschbereichs fixiert, sodass durch eine Bewegung der Aufnahme 13 entlang des Flanschbereichs das Metallband 2 von der Abwickelrolle auf das Verbundblechteil 2 mit dazwischen liegender Klebeschicht 26 aufgebracht wird. Der Flanschbereich des Verbundblechteils 2 wird spätestens jetzt oder bereits vor oder nach einem der vorigen Schritte mit dem weiteren Bauteil 3, in diesem Fall mit einem an diesem vorgesehenen Flanschbereich, in Überlappung gebracht. Mittels der Schweißzange 9 können dann verschiedene lokale Schweißpunkte, vorzugsweise im Wesentlichen in einer Linie, gesetzt werden, mit denen ein Fügen des Verbundblechteils 2 und des weiteren Bauteils 3 erfolgt. Das Metallband ist in diesem Fall durch die Klebeschicht 26 und/oder durch das Widerstandspunktschweißen lokal stoffschlüssig mit dem Verbundblechteil 2 verbunden. Die Schritte Applizieren der Klebeschicht, Aufbringen des Metallbandes und Setzen der Schweißpunkte können zeitlich vollständig nacheinander vorgenommen werden oder auch zeitlich überlappend vorgesehen sein.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen perspektivischen Ansicht. Dieses Ausführungsbeispiel ist dem in Zusammenhang mit 3 beschriebenen ähnlich. Ein Unterschied besteht darin, dass das Metallband 11, vorzugsweise bevor weitere Schweißpunkte 15b, 15c gesetzt werden, an einer nicht durch das Verbundblechteil 2 überdeckten Stelle mit dem weiteren Bauteil 3 lokal stoffschlüssig verbunden wird, in diesem Fall am Schweißpunkt 15a verschweißt wird. Dadurch wird eine Fixierung des Metallbandes 11 zum Abwickeln erreicht und zudem kann insbesondere die in 3 dargestellte Strombrücke 24 bzw. das in 1a dargestellte Kabel 14 entfallen. Durch den Kontakt zwischen Metallband 11 und dem weiteren Bauteil 3 wird der Strompfad zwischen den Elektroden 7, 8 über das Metallband 11 geschlossen.
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen gefügten Blechkonstruktion in einer schematischen Querschnittansicht. Das in 5 gezeigt Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. die damit hergestellte Blechkonstruktion unterscheidet sich durch die vorherigen Ausführungsbeispiele dadurch, dass das weitere Bauteil 3 in diesem Fall als Schweller-Halbschale ausgebildet ist, während das Verbundblechteil 2 als Bodenblech ausgebildet ist. Grundsätzlich können die in den vorigen Ausführungsbeispielen vorgesehenen Ausgestaltungen aber auch für dieses Ausführungsbeispiel Anwendung finden. Insbesondere kann zwischen dem Metallband 11 und dem Verbundblechteil 2 eine Klebeschicht vorgesehen sein oder das Metallband 11 unmittelbar auf das Verbundblechteil 2 aufgebracht werden.
