DE102013218592A1

DE102013218592A1 - Lasergeschweißtes Karosseriebauteil

Info

Publication number: DE102013218592A1
Application number: DE201310218592
Authority: DE
Inventors: Dietmar Rotheut; Roeland Lenaerts; Robert Vanderlinden; Dirk Emonds
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-03-19

Abstract

Bauteil (1), insbesondere Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, aus mindestens zwei durch Laserschweißen im Flanschbereich verbundene Metallbleche (2, 3; 7, 8), wobei mindestens eines der Bleche (2, 3, 7) im Bereich der Laserschweißung einen Krümmungsradius (R1, R2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Laserschweißen von Zink beschichteten Blechen, z.B. bei der Herstellung von Karosseriebauteilen für die Automobilindustrie treten häufig Probleme auf. So ist es schwierig, Schweißnähte hoher Güter auf solchen Stahlblechen herzustellen, weil das Zink beim Schweißvorgang zunächst schmilzt und teilweise verdampft, wobei die entstehenden Dampfblasen das entstehende Stahlschmelzbad der im Entstehen befindlichen Schweißnaht stören. So kommt es beispielsweise zu Kratern in der Schweißnaht, Auswürfen und anderen Unregelmäßigkeiten. Diese Problematik ist auch als "Entgasungsproblematik" bekannt und kann auch bei anderen Beschichtungen auftreten.
Aus der DE-PS 38 12 448 C1 ist bekannt, ein Verbindungsbereich zweier beschichteter Dünnbleche zur Lösung der genannten Entgasungsproblematik so zu gestalten, dass die beiden dünnen Bleche entlang der Schweißnaht mit unterschiedlichen aber gleichgerichteten Krümmungsradien aufeinander stoßen und beidseitig der Schweißnaht voneinander beabstandet sind. Allerdings eignet sich diese Lösung nur für Dünnbleche, also solche Bleche, die flexibel genug sind, um trotz der Krümmung beim Schweißen aufeinander gedrückt zu werden.
In der DE 10 2008 038 372 A1 wird vorgeschlagen, die geraden Bleche beim Laserschweißen mit einem Winkel von 2 bis 8 Grad aufeinander stoßen zu lassen. Dies setzt voraus, dass die Bleche an der entsprechend zu verschweißenden Stelle tatsächlich gerade verlaufen, um den geforderten Winkel auszubilden. Dies ist oft nicht der Fall bzw. schränkt die Konstruktionsmöglichkeiten ein.
Aus der EP 1 440 761 A1 ist es wiederum bekannt, den Rand mindestens eines der zu verschweißenden Bleche mit Zähnen auszubilden, um Entgasungskanäle auszubilden. Allerdings erfordert dies besondere Werkzeuge und die entstandene Schweißnaht muss nachbearbeitet werden, um zu verhindern, dass die Zähne später sichtbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine alternative Ausgestaltung der Bleche bereitzustellen, die einerseits mit der Entgasungsproblematik umgeht, ohne größere Nachbearbeitung der Schweißnaht auskommt und gleichzeitig auch für steife Bauteile geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Bauteil gelöst.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass wenn mindestens eines der im Bereich der Laserschweißung einen Krümmungsradius aufweist, weder Bauteil- noch Robotertoleranzen beim Schweißen einen Einfluss auf die Qualität der Lasernaht haben. Zudem tritt die Entgasungsproblematik nicht oder nur vermindert auf, da nun immer eine Entgasung durch die von dem Krümmungsradius bedingte „Öffnung“ ermöglicht ist.
Erfindungsgemäß kann daher ein Metallblech im Bereich der Laserschweißung einen Krümmungsradius aufweisen und ein Metallblech im Bereich der Laserschweißung eben sein.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die beiden Metallbleche im Bereich der Laserschweißung entgegengesetzte Krümmungsradien aufweisen, da so eine Entgasung besonders zuverlässig durch die von den entgegen gesetzten Krümmungsradien bedingte „Öffnung“ möglich ist. Zudem können somit Bauteilnoch Robotertoleranzen „ausgeglichen“ werden.
Der oder die Radien sind mehr oder minder frei vorgebbar, so dass Design und Fertigungsoptimierte Lösungen möglich werden. Die Krümmungsradien müssen nicht das gesamte Bauteil betreffen, sondern selbstverständlich nur den zu schweißenden Bereich. Außerhalb dieses Bereichs, der klein ist, kann das Bauteil jegliche Form aufweisen.
Der oder die Krümmungsradien brauchen also im Prinzip nur im Bereich zwischen Andrückrolle und Laser gewährleistet zu sein.
Um Bauteilschwankungen auszugleichen, empfiehlt es sich allerdings, dass die Krümmungsradien auch außerhalb dieses Bereichs entsprechend vorhanden sind bzw. verlaufen, so dass aufgrund der durch die entgegengesetzten Krümmungsradien bewirkten Öffnung, die einzelnen Bauteile bzw. Metallbleche immer in zum Schweißen geeigneter Weise aneinander anliegen und dabei die Entgasungsöffnung ausbilden.
Wenn die Radien der Formel 1/22 mm < 1/R1 + 1/R2 < 1/90 mm gehorchen, werden besonders gute Ergebnisse erzielt.
Diese Formel bezieht sich auf den in der Automobilindustrie eingesetzten Standardschweißkopf. Die Radien sind dabei abhängig vom Abstand der Andrückrolle zum Laser. Ändert sich der Abstand zwischen Andrückposition und Laser ist die Formel entsprechen anzupassen. Üblich ist ein Abstand von 5–6 mm zwischen Andrückrolle und Laserschweißkopf.
Durch das Zusammenspiel der so vorliegenden beiden Kreisgeometrien im Bereich der Andrückrolle und den in ca. 5–6 mm Abstand wirkenden Laserstrahl ergibt sich automatisch der erforderliche Ausgasungspalt der genau innerhalb der Schweißspezifikation liegt. Das bedeutet, dass dieser nicht zu groß ist, so dass der Laser das zu schweißende Material schneidet. Ein zu kleiner Spalt hingegen bewirkt dagegen u. A. eine Ausgasung nach oben.
Die erfindungsgemäße Idee eignet sich ganz besonders für Bauteile, bei denen eines der beiden Metallbleche ein konstruktionsbedingtes hochsteifes Metallblech und das andere ein konstruktionsbedingtes weiches Metallblech ist. Hier besteht das Problem, dass das hochsteife Metallblech nicht durch die Andruckrolle beim Schweißen „bewegt“ werden kann, sondern es wird nur das weiche Blech an das steife Blech herangezogen bzw. gedrückt.
Dabei kann das hochsteife Metallblech auch ein rohrförmiges Teil sein. Insbesondere kann es ein Hydroformteil sein, also ein durch Hydroforming hergestelltes hochfestes und hochsteifes Teil sein.
Oft wird dies eine Rahmenkonstruktion einer KFZ Karosserie sein.
Als Bleche kommen jegliche zu verschweißende Metallrohbauteile in Frage. Die Teile müssen nicht zwangsläufig flach sein.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in der
1 ein schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes beim Verschweißen gezeigt ist und
2 ein schematischer Querschnitt durch ein weiteres Bauteil beim Verschweißen gezeigt ist.
In der 1 ist ein schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes als Ganzes mit 1A bezeichnetes Bauteil beim Verschweißen der zinkbeschichteten Metallbleche 2, 3 gezeigt.
Das erste Blechteil 2 ist ein durch Hydroforming hergestellter hohler Rahmenholm einer A-Säule eines PKW und weist einen ersten Radius R1 im Bereich der späteren Schweißnaht auf.
Das zweite Blechteil 3 ist ein Seitenwandblech einer A-Säule eines PKW und weist einen zweiten Radius R2, der dem ersten Radius R1 entgegengesetzt ist, im Bereich der späteren Schweißnaht auf.
Das zweite Blechteil 3 bzw. das freie Ende dessen Flansches wird beim Verschweißen mittels des Lasers 5 durch eine Andruckrolle 4 gegen den Holm 2 gedrückt (vgl. gestrichelte Linie), da der Holm 2 hoch steif ist und das Blech 3 dagegen weich ist.
Die beiden Teile 2, 3 bilden durch die entgegengesetzten Krümmungs-Radien R1, R2 einen Ausgasungsspalt 6 aus, so dass trotz der Zinkbeschichtung keine Entgasungsproblematik auftritt.
Es versteht sich, dass die hier gezeigten Geometrien beispielhaft sind und die einzelnen Metallbleche insbesondere außerhalb des Schweißbereichs abweichende Formen aufweisen können.
In der 2 ist ein schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes als Ganzes mit 1B bezeichnetes Bauteil beim Verschweißen der zinkbeschichteten Metallbleche 7, 8 gezeigt, wobei Metallblech 8, ebenso wie Holm 2, ein durch Hydroforming hergestellter hohler Rahmenholm einer A-Säule eines PKW ist und im Gegensatz dazu im Bereich der späteren Schweißnaht keine Krümmung aufweist, sondern eben ist, während Metallblech 7, ebenso wie Blechteil 3, ein Seitenwandblech einer A-Säule eines PKW ist und einen Radius R3 im Bereich der späteren Schweißnaht aufweist.
Die beiden Teile 7, 8 bilden durch den Krümmungs-Radius R3 einen Ausgasungsspalt 6 aus, so dass trotz der Zinkbeschichtung keine Entgasungsproblematik auftritt.
Ansonsten entsprechen sich die Ausführungsformen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3812448 C1 [0003]
DE 102008038372 A1 [0004]
EP 1440761 A1 [0005]

Claims

Bauteil (1), insbesondere Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, aus mindestens zwei durch Laserschweißen im Flanschbereich verbundene Metallbleche (2, 3; 7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bleche (2, 3, 7) im Bereich der Laserschweißung einen Krümmungsradius (R1, R2) aufweist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ein Metallblech (7) im Bereich der Laserschweißung einen Krümmungsradius (R3) aufweist und ein Metallblech (8) im Bereich der Laserschweißung eben ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Metallbleche (2, 3) im Bereich der Laserschweißung entgegengesetzte Krümmungsradien (R1, R2) aufweisen.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Metallblech (2, 3, 7, 8) ein mit Zink beschichtetes Metallblech ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallblech (2, 8) als hochsteifes Trägerteil ausgebildet ist.
Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil ein rohrförmiges Trägerteil (2, 8) ist.
Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Tragerteil ein Hydroformteil (2, 8) ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragerteil (2, 8) aus einem hochfesten Stahl besteht.
Bauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Metallbleche (3, 7) ein Außenhautblech einer Fahrzeugkarosserie ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Rahmenkonstruktion ist.