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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Beschlagteilen einer Verstellvorrichtung für einen Fahrzeugsitz, sowie eine Verstelleinrichtung für einen Fahrzeugsitz.
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Verstelleinrichtungen für Fahrzeugsitze umfassen zumeist ein erstes Beschlagteil und ein zweites Beschlagteil. Das erste Beschlagteil ist zum zweiten Beschlagteil relativ verdrehbar angeordnet. Das erste und zweite Beschlagteil werden zusammenfassend als Sitzbeschläge oder Sitzversteller bezeichnet. Das erste Beschlagteil ist beispielsweise fest mit einem Sitzteil und das zweite Beschlagteil fest mit einer Rückenlehne verbunden. Das zweite Beschlagteil ist – zur Neigungsverstellung der Rückenlehne gegenüber dem Sitzteil – gegenüber dem ersten Beschlagteil schwenkbar, wobei die Beschlagteile über eine Achse schwenkbar miteinander verbunden sind. Die Beschlagteile weisen Verzahnungen oder zumindest Verzahnungsbereiche auf. Die Verzahnungen oder Verzahnungsbereiche werden durch eine ineinandergreifende Außenverzahnung und Innenverzahnung gebildet.
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Bei der Herstellung der Beschlagteile stehen stets zwei wesentliche Aspekte im Mittelpunkt der Überlegungen und der technischen Weiterentwicklungen der Entwickler. Die Materialauswahl, die Erzeugung notwendiger und spezifischer Eigenschaften der Komponente (Verstelleinrichtung) oder von Teilkomponenten (Teile der Verstelleinrichtung) und das zugehörige Herstellungsverfahren.
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Hinsichtlich der Materialauswahl ist es bekannt, Bauteile aus Stahl, Edelstahl oder aus Stahllegierungen auf Aluminium- und/oder Magnesiumbasis herzustellen. Zunehmend werden auch Eisen Mangan (FeMn) Stähle verwendet.
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Stähle mit hohen Mangan-Gehalten eignen sich, auf Grund ihrer günstigen Eigenschaftskombination aus hohen Festigkeiten und extrem hoher Dehnbarkeit grundsätzlich im besonderen Maße für eine Verwendung im Bereich des Automobilbaus.
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Allerdings ist die Mischverbindung zwischen einem kohlenstoffreichen austenitischen hochlegierten und hochmanganhaltigen Stahls und einem kohlenstoffarmen, niedriglegierten Stahl aufgrund des Kohlenstoffgefälles und des unterschiedlichen Kristallgitters schwierig. In der Schweißnaht kommt es daher bei der Verbindung von FeMn-Stählen mit legierungsfremden Stählen (oftmals Baustahl) zu einer verstärkten Martensitbildung. Martensitphasen stellen eine feste, jedoch sehr spröde Struktur dar, die unter Belastung unvorhergesehen versagen kann.
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Die
DE 103 46 072 A1 offenbart ein Schweißverfahren zum Verbinden zweier Werkstücke. In einem ersten Verfahrensschritt werden die Bauteile durch Wärmeleitschweißen verbunden und in einem zweiten Verfahrensschritt entlang der Wärmeschweißnaht nochmals mit einer Tiefschweißnaht überschweißt. Während des Einbringens der Tiefschweißnaht verhindert die Wärmeleitschweißnaht, dass Schweißspritzer, Rauch oder Schmauch an der Werkstückinnenseite austreten. Zum Verschweißen werden die Werkstücke an einem Schweißstoß aneinander angelegt. Der Schweißstoß weist eine dem Schweißkopf zugewandte Fase auf, sowie einen Anlagebereich, der den Schweißstoß an der vom dem Schweißstoß abgewandten Seite abschließt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Verbindungseigenschaften zweier miteinander verschweißten, legierungsfremden Metalle zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Verbinden von Beschlagteilen einer Verstellvorrichtung für einen Fahrzeugsitz, wobei die Verstellvorrichtung mindestens ein erstes aus einem aus austenitischen, vorzugsweise manganhaltigen, Stahl bestehendes Beschlagteil umfasst, welches mit mindestens einem zweiten Beschlagteil aus ferritischen Stahl verschweißt wird, wobei die Verschweißung entlang eines Schweißstoßes zwischen den Beschlagteilen erfolgt und die Beschlagteile im Bereich des Schweißstoßes jeweils eine Fügefläche aufweisen, an denen die Beschlagteile stirnseitig aneinander anliegen, wobei in die Fügefläche des Beschlagteils aus ferritischen Stahl eine Fase eingebracht ist und die Verschweißung im Bereich der Fase erfolgt.
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Bevorzugt weist erzeugte Schweißnaht zur Verbindung des ersten und zweiten Beschlagteils ein austenitisches Gefüge auf.
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Das Einbringen einer Fase führt allgemein je nach Größe und Ausprägung der Fase zu einer relativen Anreicherung der chemischen Elemente des jeweiligen Fügepartners in der Schmelze.
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Die Größe und Ausprägung der Fase steuert dementsprechend die chemische Schweißgutzusammensetzung. Im vorliegenden Fall wird durch das Einbringen einer Fase in das Beschlagteil aus ferritischen Stahl (allgemein auch als niedrig legierter Stahl bezeichnet) weniger ferritisches Material in die Schmelze eingebracht als vom ungefasten Bauteil. Es wird demnach weniger ferritischer Stahl als austenitischer Stahl in die Schweißnaht eingebracht. Dies hat zur Folge, dass die Schweißnaht ein austenitisches Gefüge aufweist. Die austenitstabilisierenden Elemente des manganhaltigen Stahls wiegen die ferritstabilisierenden Elemente des ferritischen Stahls auf und verhindern so eine Martensitbildung in der Schweißnaht. Dadurch wird eine Schweißnaht hergestellt, die gegenüber einer Naht mit einem Martensitgefüge duktiler ist. Eine zunehmende Duktilität bedeutet, dass die plastische Verformbarkeit der Schweißnaht erhöht wird. Zudem kann eine Naht mit Austenitgefüge mehr Energie absorbieren. Eine hohe Duktilität und ein erhöhtes Energieaufnahmepotential ist besonders in Belastungsfällen, wie etwa bei einem Crash von Vorteil, da die Schweißnaht die Bauteile länger zusammen halten kann bevor es zu einem Bruch kommt. Zudem soll vermieden werden, dass die Bauteile in der Schweißnaht versagt.
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Die Verschweißung der Bauteile wird bevorzugt durch einen Laser vorgenommen, denkbar sind aber auch Elektronenstahlschweißen oder Schutzgasschweißen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein größerer Lateralversatz des Lasers toleriert werden kann. Ohne das Einbringen einer Fase müsste zum Erreichen einer austenitischen Schweißnaht der Laser mit einem Versatz gegenüber der Materialgrenze, in Richtung des austenitischen Stahls, angesetzt werden. Dazu sind aufwendige Nahtlage- und Nahtpositionsregelungen notwendig. Schon geringe Bahnabweichungen führen zu einem fehlerhaften Ergebnis in der Schweißnaht. Durch das Einbringen einer Fase in den ferritischen Stahl, wird sichergestellt, dass eine größere Menge an austenitischem Material aufgeschmolzen wird, was zu einer austenitischen Struktur der Schweißnaht führt. Die Toleranzen für die Führung des Lasers sind dabei größer als bei einer Verarbeitung ohne Fase, was zu einem weniger fehleranfälligen und schlankeren Herstellungsprozess führt.
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Durch das Einbringen einer Fase in den ferritischen Stahl muss auch insgesamt weniger Material aufgeschmolzen werden. So wird ein geringerer Energieeintrag benötigt, um die benötigte Einschweißtiefe zu erreichen. Die benötigte Einschweißtiefe ist abhängig vom Rondendurchmesser der zu verschweißenden Teile. Die Einschweißtiefe muss belastungsangepasst gewählt werden, je höher die Belastung des Bauteils ist, desto größer muss auch die Einschweißtiefe gewählt werden. Dementsprechend muss auch die Ausgestaltung der Fase an die Bauteilbelastung angepasst werden. Je höher die voraussichtliche Belastung, desto größer sollte auch die Fase ausgestaltet sein. Ein Vorteil eines geringeren Energieeintrags ist in einem verringerten Verzug des zu verschweißenden Bauteils zu sehen.
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Bevorzugt beträgt der Anteil des manganhaltigen Stahls in der Schweißnaht mindestens 60%. Bei einem Mangananteil von mindestens 60% wird eine Schweißnaht mit austenitischen Gefüge erzeugt und eine ausreichende Duktilität der Schweißnaht sichergestellt. Je höher der Anteil an Mangan in der Schweißnaht ist, desto duktiler wird auch die Naht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in die Fase ein Zusatzwerkstoff eingelegt. Die Fase erleichtert das Einlegen und Halten eines Zusatzwerkstoffes. Die Fase dient dabei als Positionierhilfe.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Zusatzwerkstoff als Einleger vor dem Schweißprozess eingelegt wird. Durch die eingebrachte Fase kann der Zusatzwerkstoff einfach und prozesssicher vor dem Schweißen in die Fase eingelegt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Zusatzwerkstoff durch einen automatisierten Vorgang während des Schweißprozesses zugeführt wird. Das Einlegen des Zusatzwerkstoffes kann neben einem manuellen Einlegen auch durch einen Bearbeitungsroboter erfolgen. Bei der Verwendung einer Radialnaht ohne Fase ist dies schwer realisierbar. Als Radialnaht werden üblicherweise Schweißnähte bezeichnet, die zwei runde Bauteile miteinander verbindet.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der Zusatzwerkstoff in der Schweißnaht austenitstabilisierend wirkt. Ein zusätzlicher austenitstabilisierender Werkstoff begünstigt die Bildung einer Naht mit austenitischem Gefüge, so kann die Duktilität der Schweißnaht weiter erhöht werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand der nachfolgenden Zeichnungen und Beschreibungen dargestellt:
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Dabei zeigt:
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1a: eine prinzipielle Darstellung zur Verschweißung eines manganhaltigen Stahls mit einem ferritischen Stahl vor der Verschweißung;
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1b: eine prinzipielle Darstellung zur Verschweißung eines manganhaltigen Stahls mit einem ferritischen Stahl nach der Verschweißung;
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2a: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sitzlehnenverstellers;
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2b: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Sitzlehnenverstellers;
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3: eine prinzipielle Darstellung zur Verschweißung eines manganhaltigen Stahls mit einem ferritischen Stahl vor der Verschweißung mit eingelegtem Zusatzwerkstoff.
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1a und 1b zeigten eine prinzipielle Darstellung zur Verschweißung eines manganhaltigen Stahls (FeMn) 1 mit einem ferritischen Stahl 2 vor und nach der Verschweißung. In 1a ist in den ferritischen Stahl 2 (niedrig legierter Stahl) eine Fase 4 eingebracht. Durch das Einbringen einer Fase 4 in den ferritischen Stahl 2 wird sichergestellt, dass während des Aufschmelzens durch den Laser 3 zur Erzeugung einer Schweißnaht 5 ein höherer Anteil des manganhaltigen Stahls 1 in die Schweißnaht 5 eingebracht wird. 1b zeigt eine prinzipielle Darstellung nach dem Erzeugen einer Schweißnaht durch einen Laser 3. Da durch die Fase 4 weniger ferritischer Stahl 2 vorhanden ist, der aufgeschmolzen werden kann, erhöht sich der Anteil an austenitisch ausgebildetem Stahl 1 in der Schweißnaht 5. Die Fase 4 ist in ihrer Dimensionierung (Schnittwinkel und Schnitttiefe) so zu wählen, dass so viel Material des FeMn-Stahls aufgeschmolzen wird, um sicherzustellen, dass die Schweißnaht 5 ein austenitisches Gefüge aufweist. Ein austenitisches Gefüge wird bei einem Anteil von mindestens 60% FeMn-Stahl 1 in der Schweißnaht 5 erreicht. So wird eine Naht 5 erzeugt, die positive mechanische Eigenschaften, wie eine hohe Duktilität, aufweist.
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2a zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sitzlehnenverstellers. Der Sitzlehnenversteller umfasst ein oberes Adapterblech 6, ein unteres Adapterblech 7 sowie ein Hohlrad 8 und ein Stirnrad 9. 2b zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Sitzlehnenverstellers. Das Stirnrad 9 sowie das Hohlrad 8 bestehen aus manganhaltigem Stahl 1, das obere Adapterblech 6 und das untere Adapterblech 7 sind aus einem niedriglegierten, ferritischen Stahl 2 hergestellt. Der Bereich A verdeutlicht die Bereiche, in denen eine Fase in den ferritischen Stahl eingebracht wird. In erfindungsgemäßen Sitzlehnenversteller sind zwei Fasen in den ferritischen Stahl eingebracht. Zum einen im Bereich der Anlagefläche zwischen dem oberen Adapterblech 6 und dem manganhaltigen Stirnrad 9, zum anderen in der Anlagefläche zwischen dem niedrig legierten unteren Adapterblech 7 und dem manganhaltigen Hohlrad 9. Zur Verschweißung der beiden Beschlagteile ist jeweils ein Laser 3 vorgesehen. Der Laser 3 ist ortsfest fixiert, während sich der Sitzlehnenversteller um eine Achse dreht (angedeutet durch den Pfeil in 2b), um durchgehend über das gesamte Bauteil entlang der Fase 4 verschweißt zu werden. Alternativ ist es auch möglich, dass Bauteil ortsfest zu fixieren und den Laser entlang der Fuge zu führen.
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Der Bereich B zeigt den Bereich A nach dem Verschweißen. Es ist eine Schweißnaht 5 erzeugt worden, die mindestens einen Mangananteil von 60% aufweist. So werden durch eine Schweißnaht jeweils ein manganhaltiges Beschlagteil 8, 9 und ein ferritisches Beschlagteil (6, 7) miteinander verschweißt. In der gezeigten Figur sind zwei Laser vorgesehen, die zeitgleich eine Verschweißung der Beschlagteile vornehmen. Es ist allerdings auch denkbar, dass ein Laser nacheinander die Verschweißung vornimmt.
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3 zeigt eine prinzipielle Darstellung zur Verschweißung eines manganhaltigen Stahls mit einem ferritischen Stahl vor der Verschweißung mit einem eingelegten Zusatzwerkstoff 10. Der Zusatzwerkstoff 10 wird in die Fase 4 eingelegt und durch den Laser 3 mit aufgeschmolzen. Die Fase 4 erleichtert das Einlegen und Halten eines Zusatzwerkstoffes 10. Die Fase 4 dient dabei als Positionierhilfe. Der Zusatzwerkstoff 10 ist bevorzugt aus einem austenitstabilisierenden Werkstoff wie Nickel, Kupfer oder Chrom. Der Zusatzwerkstoff 10 bringt zusätzliches austenitisches Material in die spätere Schweißnaht ein. So werden die mechanischen Eigenschaften weiter verbessert.
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Der Zusatzwerkstoff 10 kann als Einleger vor dem Schweißprozess eingelegt wird. Durch die eingebrachte Fase 4 kann der Zusatzwerkstoff 10 einfach und prozesssicher vor dem Schweißen in die Fase 4 eingelegt werden. Alternativ ist auch ein Einlegen durch einen Roboter denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Manganhaltiger Stahl
- 2
- Ferritischer Stahl
- 3
- Laser
- 4
- Fase
- 5
- Schweißnaht
- 6
- Oberes Adapterblech
- 7
- Unteres Adapterblech
- 8
- Hohlrad
- 9
- Stirnrad
- 10
- Zusatzwerkstoff
- A
- Bereich der eingebrachten Fase vor der Verschweißung
- B
- Bereich A nach der Verschweißung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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