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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Überlappverbindung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Die
DE 10 317 552 B3 zeigt ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Überlappverbindung, bei welchem zumindest zwei sich teilweise überlappende metallische Bauteile mittels eines Lasers miteinander verschweißt werden. Ein Innenblech und ein Außenblech, welche als Anbauteile für ein Kraftfahrzeug dienen, werden dabei in einem Randbereich abgekantet, wobei im Bereich eines Überlappstoßes oder in einer Kehle die beiden Anbauteile lasergeschweißt werden.
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Auch die
DE 10 048 233 A1 und die
DE 10 2004 033 184 A1 zeigen jeweilige Verfahren zum Herstellen von Überlappverbindungen, bei welchem zumindest zwei sich teilweise überlappende metallische Bauteile mittels eines Lasers miteinander verschweißt werden.
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Bei der Fixierung von Flanschverbindungen oder anderen Überlappverbindungen durch Schweißverfahren, beispielsweise durch Laserschweißen, bedingt der thermische Einfluss der jeweiligen Schweißverfahren üblicherweise einen Verzug, welcher sich insbesondere in der Außenhaut der miteinander zu fixierenden Bauteile abzeichnet.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchem der Verzug beim Laserschweißen von zumindest zwei sich teilweise überlappenden metallischen Bauteilen verringert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Überlappverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein verzugsfreies Laserschweißen von zumindest zwei sich teilweise überlappenden metallischen Bauteilen zu ermöglichen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass mittels des Lasers ein gepulster Laserstrahl erzeugt und die Bauteile mittels mehrerer Schweißpunkte gefügt werden, wobei jeweilige Schweißzeiten je Schweißpunkt größer als 1 μs und kleiner als 1 ms sind. Mit anderen Worten wird also durch einen gepulst betriebenen Laser eine Fixierung der beiden Bauteile aneinander ermöglicht.
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Erfindungsgemäß werden somit gepulste Laserspots mit einer hohen Leistung und Schweißzeiten im Mikrosekundenbereich verwendet, um die Überlappverbindung herzustellen, indem die beiden metallischen Bauteile mittels des gepulsten Laserstrahls aneinander fixiert werden. Aufgrund der sehr kurzen Schweißzeiten ergibt sich ein geringer thermischer Einfluss auf die zu fügenden Bauteile, in Folge dessen der Wärmeeintrag in die Bauteile während des Schweißvorgangs auf ein Minimum reduziert werden kann. Aufgrund des erheblich reduzierten Wärmeeintrags gegenüber herkömmlichen Laserschweißverfahren, bei welchen ein kontinuierlicher Laserstrahl verwendet wird, erfolgen keine oder nahezu keine Deformationen an den miteinander zu fixierenden Bauteilen der Überlappverbindung während des Schweißvorgangs oder im Anschluss daran. Mit anderen Worten kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens also ein Verzug beziehungsweise können Deformationen an den metallischen Bauteilen beim Herstellen der Überlappverbindung verhindert werden.
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Darüber hinaus können aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere wegen der niedrigen Schweißzeiten, besonders niedrige Taktzeiten bei einem sehr großen Anwendungsspektrum an Werkstoffen erzielt werden. Zudem ist das Zuführen eines Zusatzdrahtes nicht erforderlich, da sich die aufgeschmolzenen Materialien der metallischen Bauteile miteinander vermischen.
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Die Verbindungsfestigkeit der Überlappverbindung lässt sich zudem sowohl durch die Variation der Strahlintensität des gepulsten Laserstrahls und/oder durch die Wahl der Schweißzeiten je Schweißpunkt verändern. Darüber hinaus kann die Anzahl der Schweißpunkte im Wesentlichen beliebig variiert werden, um die Verbindungsfestigkeit bei der Überlappverbindung zu beeinflussen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass vor dem Verschweißen zwischen den Bauteilen ein Klebstoff eingebracht wird. Mit anderen Worten kann es sich bei der Überlappverbindung also um eine sogenannte Hybridfügeverbindung handeln, bei welcher zusätzlich zu den Schweißpunkten noch Klebstoff zum Fixieren der Bauteile verwendet wird. Aufgrund der sehr kurzen Schweißzeiten und der sehr geringen Schweißpunktdurchmesser verbrennt der zuvor eingebrachte Klebstoff dabei zu nur einem sehr geringen Anteil.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eines der Bauteile vor dem Verschweißen um das andere Bauteil herum gefalzt wird. Mit anderen Worten wird die Überlappverbindung in Form einer Falzverbindung beziehungsweise Flanschverbindung hergestellt, wobei auch in diesem Fall aufgrund des eingesetzten gepulsten Laserstrahls sehr geringe oder gar keine Verzüge an den zu verbindenden Bauteilen auftreten.
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Zumindest eines der Bauteile kann dabei aus Aluminium hergestellt werden, wobei zumindest eines der Bauteile auch aus Stahl hergestellt werden kann. Im Wesentlichen besteht ein sehr großes Anwendungsspektrum an Werkstoffen, welche mittels des gepulsten Laserstrahls miteinander verbunden beziehungsweise aneinander fixiert werden können. Dabei können auch unterschiedlichste Werkstoffkombinationen bei den metallischen Bauteilen gewählt werden, da mittels des gepulsten Laserstrahls sehr viele unterschiedliche Werkstoffkombinationen aneinander fixiert werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine Perspektivansicht einer Überlappverbindung, welche zwei sich teilweise überlappende metallische Bauteilteile umfasst, die mittels mehrerer Schweißpunkte gefügt sind;
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2 eine Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform der Überlappverbindung, welche ebenfalls zwei sich teilweise überlappende metallische Bauteilteile umfasst, die mittels mehrerer Schweißpunkte gefügt sind; und in
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3 eine Seitenschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Überlappverbindung, welche ebenfalls zwei sich überlappende metallische Bauteilteile umfasst, wobei ein Klebstoff zwischen den Bauteilen eingebracht und im Bereich eines Schweißpunkts eine mechanische Vorprägung hergestellt ist.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine insgesamt mit 10 bezeichnete Überlappverbindung, welche zwei metallische Bauteile 12, 14 aufweist, ist schematisch in 1 gezeigt. Die blechförmigen metallischen Bauteile 12, 14 können beispielsweise aus Aluminium, aus Stahl oder aus einem anderen metallischen Werkstoff hergestellt sein. Wie zu erkennen, ist das Bauteil 14 um das Bauteil 12 herum gefalzt worden, sodass sich die Bauteile 12, 14 zumindest bereichsweise überlappen.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen der Überlappverbindung 10 näher erläutert. Zunächst wird das metallische Bauteil 14 um das metallische Bauteil 12 herum gefalzt, sodass ein oberer Teil 16 des Bauteils 14 und ein unterer Teil 18 des Bauteils 14 das Bauteil 12 bereichsweise einschließen. Vor dem Falzvorgang kann beispielsweise noch zwischen dem oberen Teil 16 und dem Bauteil 12 ein Klebstoff eingebracht werden.
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Anschließend wird mittels eines hier nicht dargestellten Lasers ein gepulster Laserstrahl 20 erzeugt, wobei die Bauteile 12, 14 mittels jeweiliger Schweißpunkte 22 aneinander fixiert werden. Im vorliegenden Fall wird lediglich der obere Teil 16 des Bauteils 14 mittels der Schweißpunkte 22 an dem Bauteil 12 fixiert. Der Laser wird dabei derart betrieben, dass jeweilige Schweißzeiten je Schweißpunkt 22 größer als 1 μs und kleiner als 1 ms sind. Zur Herstellung der Schweißpunkte 22 werden mit anderen Worten also gepulste Laserspots mit einer sehr hohen Leistung und Schweißzeiten im Mikrosekunden-Bereich eingesetzt. Durch den gepulst betriebenen Laser wird der Wärmeeintrag in die Bauteile 12, 14 während des Schweißvorgangs auf ein Minimum reduziert. Mit anderen Worten ergibt sich also ein sehr geringer thermischer Einfluss auf die zu fügenden Bauteile 12, 14 aufgrund der sehr kurz gewählten Schweißzeiten, sodass sich keine oder zumindest nahezu keine Bauteildeformationen an den Bauteilen 12, 14 ergeben.
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Durch den geringen thermischen Einfluss sowie die geringen Schweißpunktdurchmesser verbrennt dabei nur ein sehr geringer Anteil des Klebstoffs, welcher zuvor zwischen dem oberen Teil 16 des Bauteils 14 und dem Bauteil 12 eingebracht worden ist. Zudem können die gepulsten Laserschweißpunkte bei einer Vielzahl metallischer Werkstoffe, wie beispielsweise Aluminium und Stahl, und bei im Wesentlichen beliebigen metallischen Werkstoffkombinationen eingesetzt werden.
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Bedingt durch die niedrigen Schweißzeiten ergeben sich sehr geringe Taktzeiten, sodass die Fixierung der Bauteile 12, 14 aneinander in sehr kurzer Zeit erfolgen kann. Das Zuführen eines Zusatzdrahtes ist dabei nicht erforderlich, da sich die aufgeschmolzenen Materialien von dem oberen Teil 16 und dem Bauteil 12 während des Setzens der Schweißpunkte 22 miteinander vermischen.
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In 2 ist eine alternative Ausführungsform der Überlappverbindung 10 in einer Perspektivansicht gezeigt. Die Schweißpunkte 22 sind vorliegend überlappend aneinander gesetzt worden. Die Überlapplänge kann dabei bei unterschiedlichen Schweißzeiten und unterschiedlichen Fokussen variiert werden. Wie vorliegend dargestellt, können die Schweißpunkte 22 sowohl auf dem oberen Bauteil 12 als auch in einer Kehle 24, also an der Kante zwischen den beiden Bauteilen 12, 14, der Überlappverbindung 10 gesetzt werden.
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In 3 ist eine weitere mögliche Ausführungsform der Überlappverbindung 10 in einer Seitenschnittansicht gezeigt. Zwischen den beiden Bauteilen 12, 14 ist ein Klebstoff 26 eingebracht worden. In dem obere Bauteil 12 ist im Bereich des Schweißpunkts 22 eine mechanische Vorprägung 28 hergestellt worden. Durch die mechanische Vorprägung 28 wird der Klebstoff 26 aus der Schweißzone verdrängt, wodurch eine bessere Anbindung zwischen den Bauteilen 12, 14 erzielt werden kann.
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Die Verbindungsfestigkeit der Überlappverbindung 10 lässt sich allgemein durch die Variation der Strahlintensität des gepulsten Laserstrahls 20, der Schweißzeit oder auch durch die Anzahl der Schweißpunkte 22 beliebig variieren.
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Insgesamt wird also durch das Fixieren der beiden Bauteile 12, 14 mittels des gepulsten Laserstrahls 20 die thermische Belastung der Bauteile 12, 14 auf ein Minimum reduziert, sodass keine Verzüge beziehungsweise Deformationen an den Bauteilen 12, 14 auftreten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10317552 B3 [0002]
- DE 10048233 A1 [0003]
- DE 102004033184 A1 [0003]
