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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fügeverfahren, insbesondere zum Herstellen einer kraftübertragenden Winkelanordnung, vorzugsweise eines Spindelhaltewinkels, sowie eine kraftübertragende Winkelanordnung, insbesondere Spindelhaltewinkel, und eine Längsverstelleinrichtung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Obwohl auf vielfältige kraftübertragende Winkelanordnungen anwendbar wird die vorliegende Erfindung im Folgenden anhand eines Spindelhaltewinkels näher erläutert. Ein solcher Spindelhaltewinkel wird beispielsweise für eine Längsverstelleinrichtung eines Fahrzeugsitzes eingesetzt. Die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Verbindungen zweier Werkstücke, insbesondere in einer kraftübertragenden Winkelanordnung, übertragbar.
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In einer Winkelanordnung zu verschweißende Werkstücke werden zumeist entweder an ihren seitlichen Kanten oder an ihrer inneren und äußeren Kante mit einer Stumpfnaht und/oder einer Kehlnaht miteinander verschweißt. In der Regel werden dabei zwei gegenüberliegende Kanten verschweißt, wobei diejenigen Kanten zum Verschweißen ausgewählt werden, welche eine größere Länge aufweisen, um eine größere Schweißnahtfläche bereitzustellen.
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Spezielle kraftübertragende Winkel, sogenannte Spindelhaltewinkel, werden in Spindeltrieben eingesetzt um eine Spindelwelle mit einer Führungsschiene zu befestigen. Somit wird eine translatorische Bewegung einer mit dem Spindeltrieb zu verstellenden Vorrichtung entlang der Spindelwelle ermöglicht. Derartige Spindelhaltewinkel werden bisweilen auf unterschiedliche Weise hergestellt. Eine kostengünstige Möglichkeit der Herstellung besteht darin, einen an die Führungsschiene befestigbaren Flanschabschnitt mit einem eine Gewindebohrung zum Halten der Spindel aufweisenden Befestigungsteil zu verschweißen. Ein derartiger Spindelhaltewinkel ist beispielsweise in der
DE 10 2011 004 143 A1 beschrieben.
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Bei einem solchen Spindelhaltewinkel weist das Befestigungsteil in axialer Richtung eine größere Länge auf, als in einer quer dazu verlaufenden Breitenrichtung. Zwei aneinandergrenzende Fügeflächen werden somit üblicherweise an den seitlichen Kanten der Fügeflächen, d. h. in axialer Richtung der Spindelwelle, verschweißt. Eine solche Schweißverbindung nimmt aber nur in begrenztem Maße Momente, insbesondere Momentenstöße, auf, welche aufgrund des zwischen dem Flanschabschnitt und der Spindelwelle existierenden Abstands bei axialer Krafteinwirkung auf die Schweißnaht wirken können. Dementsprechend stark wird ein solcher durch Fügen zweier Werkstücke hergestellter Spindelhaltewinkel dimensioniert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Fügeverfahren sowie eine verbesserte kraftübertragende Winkelanordnung bereitzustellen anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Fügeverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine kraftübertragende Winkelanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 und/oder durch eine Längsverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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- – Ein Fügeverfahren, insbesondere zum Herstellen einer kraftübertragenden Winkelanordnung, vorzugsweise eines Spindelhaltewinkels, mit den folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen eines ersten Werkstücks, welches eine erste Fügefläche mit einer ersten Kante und einer zweiten Kante aufweist, wobei die zweite Kante an die erste Kante anschließt und schräg zu der ersten Kante verläuft; Bereitstellen eines zweiten Werkstücks, welches eine zweite Fügefläche aufweist; Positionieren der ersten Fügefläche auf der zweiten Fügefläche, so dass die erste und zweite Kante jeweils zumindest abschnittsweise an der zweiten Fügefläche anliegen; Durchführen einer linearen Relativbewegung eines Strahlwerkzeugs relativ zu dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück, wobei während dieser linearen Relativbewegung das erste Werkstück sowohl in dem Bereich der ersten Kante und der zweiten Kante mittels eines Strahls des Strahlwerkzeugs mit dem zweiten Werkstück verschweißt wird.
- – Eine kraftübertragende Winkelanordnung, insbesondere Spindelhaltewinkel für einen Spindeltrieb, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem ersten Werkstück, welches eine erste Fügefläche aufweist, wobei an der ersten Fügefläche eine erste Kante und eine schräg zu der ersten Kante verlaufende zweite Kante vorgesehen sind; und mit einem zweiten Werkstück, welches eine zweite Fügefläche aufweist, wobei das erste Werkstück mit der ersten Fügefläche auf der zweiten Fügefläche des zweiten Werkstücks angeordnet ist, und wobei das erste und das zweite Werkstück entlang der ersten Kante und der zweiten Kante mit einer durchgehenden Naht verschweißt vorgesehen sind.
- – Eine Längsverstelleinrichtung für einen Fahrzeugsitz, mit einem Spindeltrieb, der einen erfindungsgemäßen Spindelhaltewinkel aufweist.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, in einem zur Aufnahme von Momentenstößen besonders relevanten Bereich zweier in einer kraftübertragenden Winkelanordnung angeordneter Werkstücke, insbesondere den Bereich einer Beuge der kraftübertragenden Winkelanordnung, zusätzlich zu einer seitlichen ersten Kante anstatt mit einer quer verlaufenden, mit einer schräg dazu verlaufenden zweiten Kante zu versehen und die erste und zweite Kante in einem Zug mit einer Strahlwerkzeug-Schweißnaht zu versehen. In der Herstellung wird zum entsprechenden Fügen der Werkstücke eine linearen Relativbewegung eines Strahlwerkzeugs relativ zu dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück durchgeführt, wobei während dieser linearen Relativbewegung das erste Werkstück sowohl in dem Bereich der ersten Kante als auch der zweiten Kante mittels eines Strahls des Strahlwerkzeugs mit dem zweiten Werkstück verschweißt wird.
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Das Führen eines Strahls eines Strahlwerkzeugs wird insbesondere zunächst entlang der ersten Kante vorgenommen, wobei in dem Bereich der ersten Kante das erste Werkstück mittels des Strahls mit dem zweiten Werkstück verschweißt wird. Anschließend wird der Strahl in Verlängerung der ersten Kante bzw. der beim Verschweißen der ersten Kante durchgeführten linearen Relativbewegung weitergeführt, wobei der Strahl auf die zweite Kante trifft und in dem Bereich der zweiten Kante das erste Werkstück mit dem zweiten Werkstück verschweißt.
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Beispielsweise kann der Strahl des Strahlwerkzeugs im Wesentlichen parallel zu der ersten und/oder zweiten Fügefläche ausgerichtet geführt werden. Konstante Winkelanstellungen des Strahls relativ zu einer Normalen auf die erste Kante, die dennoch eine Erreichbarkeit der ersten und zweiten Kante erlauben, sind dabei möglich.
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Der Strahl kann beispielsweise entweder durch Translation eines Schweißkopfes und/oder durch Translation der Werkstücke und/oder durch eine geeignete Strahlablenkung (sogenanntes Remote-Schweißen), beispielsweise mit einem sogenannten Scanner-Schweißkopf, relativ zu den Werkstücken linear bewegt, insbesondere entlang der ersten Kante geführt und in Verlängerung der ersten Kante weitergeführt, werden.
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Unter einem Weiterführen des Strahls in Verlängerung der ersten Kante ist zu verstehen, dass eine zum Schweißen der ersten Kante mit dem Strahlwerkzeug und/oder den Werkstücken beschriebene Relativbewegung und/oder eine mit dem Strahlwerkzeug beschriebene Lenkung des Strahls über die erste Kante hinaus weitergeführt wird. insbesondere wird dies kontinuierlich, das heißt ohne Änderung der für die Führung entlang der ersten Kante ausschlaggebenden Prozessparameter, fortgesetzt. Es können dabei im Vergleich zu der Schweißung der ersten Kante gegebenenfalls sämtliche Prozessparameter beibehalten werden. Denkbar wäre aber auch, zum Schweißen an der zweiten Kante einzelne die eigentliche Führung des Strahls nicht betreffende Prozessparameter nachzustellen bzw. anzupassen. Beispielsweise wäre es denkbar, im Fall eines verstellbaren Strahlgangs eines Schweißkopfes die Fokuslage oder im Falle einer leistungssteuerbaren Strahlquelle die Strahlleistung nachzustellen.
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Besonders vorteilhaft wird somit eine Schweißnaht über eine erste Kante, welche insbesondere eine seitliche Kante darstellt, gezogen und durch simples Fortführen der Relativbewegung in einer gedachten Verlängerung der ersten Kante eine schräg zu der ersten Kante verlaufende zweite Kante ebenfalls mit einer Schweißnaht versehen, ohne den Schweißprozess zu unterbrechen.
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Im Vergleich zu lediglich einem Verschweißen der ersten Kante ist dabei keine zusätzliche Systemtechnik nötig. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit kostenneutral in bestehende Fertigungsprozesse integriert werden.
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Mittels der Schweißnaht entlang der zweiten Kante wird vorteilhaft der tragfähige Anteil der Schweißnaht an der Bauteilbreite vergrößert. Somit wird die Festigkeit der kraftübertragenden Winkelanordnung, insbesondere hinsichtlich der Aufnahme von den Winkel aufspannenden Momenten bzw. Momentenstößen, erhöht. Dies kann wiederum bei der Auslegung der Winkelanordnung berücksichtigt werden, beispielsweise durch eine kleinere Dimensionierung. Somit kann der Materialeinsatz und dadurch auch die Kosten und das Gewicht für die Winkelanordnung vorteilhaft reduziert werden.
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Insbesondere kann im Falle einer schichtartigen Materialstruktur bei hochfesten Stählen so das Schadensbild eines sogenannten Schälbruchs vermieden werden. Dabei wird mit der größeren Anbindungsfläche vermieden, dass im Bereich des Ansatzes oder des Auslaufs der Schweißnaht oder der Schweißnähte ein partieller Anriss der oberen Materialschichten entsteht, welcher sich dann in der Breite des Bauteils und durch die Materialschichten fortsetzen kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine schichtartige Materialstruktur und/oder die Anwendung auf hochfeste Stähle beschränkt. Auch vielfältige andere Materialien sind einsetzbar.
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Vorteilhaft kann somit, insbesondere bei einem Spindelhaltewinkel, eine sichere Fortführung des Kraftflusses zwischen der Spindelwelle und der mit dem Spindelhaltewinkel verbundenen Führungsschiene auch bei Auftreten von äußeren Belastungen, insbesondere bei starken axialen Kräften, gewährleistet werden.
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Ferner ist dies vorteilhaft möglich, ohne im Vergleich zu einem Verschweißen lediglich der seitlichen Kanten zusätzliche Anlagen oder eine Änderung bestehender Systemtechnik und/oder Hardware zu benötigen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Schritt des Vorbereitens des ersten Werkstücks zum Herstellen der zweiten Kante vorgesehen. Insbesondere kann dies durch Vorsehen einer Fase ausgeführt werden. Es wäre aber auch denkbar, eine schräge Kante auf andere Weise, zum Beispiel durch ein schräges Absägen oder Anschleifen des ersten Werkstücks, herzustellen. Ein Vorbereiten des ersten Werkstücks zum Herstellen der zweiten Kante kann auch bereits beim Urformen des ersten Werkstücks vorgesehen sein. Zusätzlich zu der zweiten Kante kann auch die erste Kante mit einer Fase ausgebildet sein. Die Fase kann an der zweiten Kante vorgesehen werden, um die zweite Kante in ihrer Ausrichtung schräg zu der ersten Kante auszurichten. Weiterhin bringt die Fase Vorteile bei der Bearbeitung der Werkstücke mittels eines Strahlwerkzeugs, wenn eine Prozesszone des Schweißens im Bereich der Fase vorgesehen ist. Trifft der Strahl auf die Fase und wird daran teilweise reflektiert, so trifft er auf eine weitere Fläche im Bereich der Fase, hier beispielsweise die zweite Fügefläche. Somit wird auch der reflektierte Strahl innerhalb der Prozesszone absorbiert. Es ist daher eine schnelle Einkopplung des Strahls in das Material gewährleistet. Des Weiteren bietet die Fase die Möglichkeit, auf einfache Weise einen Zusatzwerkstoff in die Prozesszone einzubringen, beispielsweise in Form eines in die Fase eingelegten oder anderweitig eingebrachten Lots.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird zum Herstellen der zweiten Kante eine Ecke, insbesondere eine rechtwinklige Ecke, des ersten Werkstücks in der schräg zu der ersten Kante verlaufenden Richtung abgefast. Hierunter ist ein schräges Beschneiden der Ecken zu verstehen. Insbesondere wird dabei eine Fase in einem Winkelbereich zu der ersten Fügefläche von 20° bis 45°, vorzugsweise 25° bis 35°, bereitgestellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird als Strahlwerkzeug ein Laserstrahlwerkzeug eingesetzt. Unter einem Laser Strahlwerkzeug ist insbesondere eine Kombination aus Laserstrahlquelle und Laserstrahloptik zu verstehen. Insbesondere handelt es sich um ein Laserstrahlwerkzeug, welches eine ausreichende Strahlqualität aufweist, um in dem Material der Werkstücke einen Tiefschweißprozess durchzuführen. Mit anderen Worten ist das Laserstrahlwerkzeug ausgelegt, um einen mit einer zum Tiefschweißen in dem Material der Werkstücke ausreichenden Intensität (Leistung pro Fläche) vorgesehenen Laserstrahl bereitzustellen. In diesem Fall kann das Verschweißen mit einem sogenannten Tiefschweißprozess vorgesehen werden. Dabei wird in dem Schweißbad durch teilweises Verdampfen des Schweißguts und einem damit entstehenden Dampfdruck eine in Richtung des Laserstrahls verlaufende Dampfkapillare, auch Keyhole genannt, in der Schmelze gebildet. Innerhalb der Dampfkapillare findet eine Mehrfachreflexion des Laserstrahls statt, sodass ein stark erhöhter Anteil der Laserstrahlleistung absorbiert werden kann und insbesondere auch in tieferen Regionen des Schweißbades absorbiert wird. Dadurch wird vorteilhaft eine erhöhte Einschweißtiefe erreicht. Somit kann, insbesondere im Falle eines parallel zu den Fügeflächen ausgerichteten Laserstrahls, eine Naht erzeugt werden, welche die beiden Fügeflächen in deren Ebene bis tief in das Bauteilinnere verbindet. Die Anwesenheit eines geringfügigen Spalts zwischen den Fügeflächen kann zusätzlich zu einer erhöhten Einschweißtiefe beitragen. Vorzugsweise nimmt die hohe Intensität des Strahls außerhalb der Fokuslage, insbesondere bei Auftreffen des Strahls an der schräg verlaufenden zweiten Kante, in einem Maße ab, welches nach wie vor, vorzugsweise bis zum Ende der zweiten Kante, ein Tiefschweißen erlaubt.
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Bei einer weiteren Ausführung wäre es auch denkbar, im Bereich der zweiten Kante wenigstens teilweise eine Naht mittels Wärmeleitungsschweißen, das heißt ohne Ausbildung einer Dampfkapillare, vorzusehen. Dementsprechend wäre ein Übergang von dem Tiefschweißen in das Wärmeleitungsschweißen vorgesehen. Dies wäre beispielsweise bei einem größeren Spalt zwischen der ersten und zweiten Fügeflächen aufgrund der mittels Wärmeleitungsschweißen besseren Spaltüberbrückbarkeit vorteilhaft.
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Bei einer weiteren Ausführungsform könnte anstatt einem Laserstrahlschweißwerkzeug beispielsweise auch ein Elektronenstrahlschweißwerkzeug eingesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Vor- oder Nachlaufwinkel des Strahls vorgesehen, der in einem Winkelbereich zwischen einer Normalen zur ersten Kante und einer Normalen zur zweiten Kante liegt. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Anstellung des Strahls, welche zu einer Normalen an der ersten Kante zu einem Vorlauf und an der zweiten Kante zu einem Nachlauf führt oder an der ersten Kante zu einem Nachlauf und an der zweiten Kante zu einem Vorlauf führt. Vorteilhaft wird somit erreicht, dass ein Vor-/oder Nachlaufwinkel sowohl an der ersten als auch an der zweiten Kante trotz derer unterschiedlicher Ausrichtungen in einem für den gewünschten Schweißprozess, insbesondere Laserstrahl-Tiefschweißen, geeigneten Ausmaß bleibt. Somit kann die Stabilität des Schweißprozesses verbessert werden. Insbesondere wird eine Winkeleinstellung des Strahls eingestellt, welche an der ersten Kante ein Schleppen und an der zweiten Kante ein Stechen des Strahls bewirkt. Sowohl das Stechen als auch das Schleppen liegen jeweils in einem funktionierenden Parameterfenster, sodass ohne Parameteranpassung eine stabile Naht durchgehend entlang der ersten Kante und der zweiten Kante erzeugt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform wird zum Verschweißen im Bereich der zweiten Kante eine Fokuslage des Strahls verändert. Dies kann beispielsweise durch eine variable Fokuseinstellbarkeit einer Laserstrahloptik realisiert werden.
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Vorteilhaft kann somit auch im Bereich der zweiten Kante, entlang welcher sich der Abstand zwischen dem Strahlwerkzeug und der Prozesszone ändert, durch Nachjustieren der Fokuslage eine zum Tiefschweißen ausreichende Intensität des Strahls bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die erste Fügefläche eine dritte Kante auf, die parallel zur ersten Kante verläuft. Es ist dabei ein Schritt des Durchführens einer linearen Relativbewegung des Strahlwerkzeugs oder eines weiteren Strahlwerkzeugs relativ zu dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück entlang der dritten Kante vorgesehen, wobei in dem Bereich der dritten Kante das erste Werkstück mittels eines Strahls des Strahlwerkzeugs oder des weiteren Strahlwerkzeugs mit dem zweiten Werkstück verschweißt wird. Das Verschweißen im Bereich der dritten Kante kann insbesondere parallel zum Verschweißen im Bereich der ersten Kante erfolgen. Vorteilhaft sind somit geringe Taktzeiten zum Herstellen beidseitig verschweißter Winkelanordnungen möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die erste Fügefläche eine vierte Kante auf, die schräg zu der dritten Kante verläuft. In diesem Fall wird, während der linearen Relativbewegung des Strahlwerkzeugs oder des weiteren Strahlwerkzeugs das erste Werkstück sowohl in dem Bereich der dritten Kante und der vierten Kante mittels des Strahls des Strahlwerkzeugs oder des weitere Strahlwerkzeugs mit dem zweiten Werkstück verschweißt. Somit ist eine durchgehende Schweißnaht von der dritten über die vierte Kante geschaffen. Das Verschweißen im Bereich der vierten Kante kann insbesondere parallel zum Verschweißen im Bereich der zweiten Kante erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform treffen sich die zweite Kante und die vierte Kante. Ein Punkt des Zusammentreffens der Kanten ist an einer Stirnseite des ersten Werkstücks vorgesehen. Insbesondere wird dabei eine Spitze des ersten Werkstücks ausgebildet. In diesem Fall wird durch das Strahlwerkzeug oder die Strahlwerkzeuge eine von der ersten Kante über die zweite und vierte Kante bis zur dritten Kante durchgehende Verschweißung vorgesehen. Die durchgehende Verschweißung kann bei einem parallelen Schweißen von zwei Seiten an der ersten und dritten bzw. zweiten und vierten Kante in einem einzigen Prozessschritt durchgeführt werden, wobei sich die beiden Schweißungen im Bereich der Spitze treffen. Bei einer weiteren Ausführung wäre es auch denkbar, zuerst eine erste Naht über die erste und zweite Kante und anschließend eine zweite Naht über die dritte und vierte Kant ziehen, wobei die zweite Naht die erste Naht im Bereich der Spitze trifft. Bei sich treffenden Kanten kann es vorteilhaft sein, eine Fokuslage des Laserstrahls nicht oder nur in geringem Maße beim Schweißen im Bereich der zweiten und/oder vierten Kante nachzujustieren. Die im Verlauf der zweiten Kante aufgrund des sich vergrößernden Abstands zur Fokuslage abnehmende Intensität des Strahls kann unter Umständen gewünscht sein, um das erste Werkstück im Bereich der Spitze nicht durchzubrennen. Insbesondere trifft dies auf die Variante des parallelen Schweißens von zwei Seiten zu.
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Gemäß einer Ausführungsform einer Winkelanordnung ist das erste Werkstück als Winkelfortsatz, insbesondere als Spindelmutterfortsatz, ausgebildet. Das zweite Werkstück ist als in zumindest. einer Dimension länger als das erste Werkstück vorgesehenes Flachteil ausgebildet. Dementsprechend ist die zweite Fügefläche mit einer Flachseite gebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Winkelanordnung ist die zweite Kante im Bereich einer Ecke des ersten Werkstücks, insbesondere einer rechtwinkligen Ecke, mittels einer die Ecke schräg abschneidenden Fase gebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Winkelanordnung weist die erste Fügefläche eine dritte Kante und eine schräg zu der dritten Kante verlaufende vierte Kante auf, wobei das erste Werkstück mit der ersten Fügefläche auf der zweiten Fügefläche des zweiten Werkstücks mit einer durchgehenden Naht entlang der dritten Kante und entlang der vierten Kante verschweißt vorgesehen ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Winkelanordnung treffen sich die zweite Kante und die vierte Kante. Insbesondere bilden die zweite und vierte Kante dabei eine Spitze aus. Dementsprechend treffen sich auch die an der zweiten und vierten Kante vorgesehenen Nähte. Vorzugsweise ist dabei von der ersten Kante über die zweite und vierte Kante bis zur dritten Kante durchgehend eine Verschweißung vorgesehen.
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Die Naht kann gemäß einer Ausführungsform der Winkelanordnung als tiefgeschweißte Laserstrahlschweißnaht ausgebildet sein.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale des Fügeverfahrens mit der kraftübertragenden Winkelanordnung kombinierbar, und umgekehrt.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Werkstücks und eines zweiten Werkstücks;
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2 eine ausschnittsweise Draufsicht auf ein erstes und zweites Werkstück in einer Winkelanordnung;
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3A die Winkelanordnung gemäß 2 beim Verschwei-ßen des ersten Werkstücks mit dem zweiten Werkstück im Bereich einer ersten Kante;
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3B die Winkelanordnung gemäß 3B beim Weiterführen des Strahls in Verlängerung der ersten Kante, wobei der Strahl auf die zweite Kante trifft;
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4 eine schematische Draufsicht auf eine Winkelanordnung bei einem zweiseitigen parallelen Verschweißen;
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5 eine schematische Draufsicht auf die Winkelanordnung gemäß 4 im verschweißten Zustand;
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6A, 6B die Winkelanordnung gemäß 2 beim Verschweißen des ersten Werkstücks mit dem zweiten Werkstück gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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7 eine schematische Seitenansicht eines Spindelbetriebs;
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8A eine perspektivische Darstellung eines Flachstücks und eines Winkelfortsatzes für einen Spindelhaltewinkel gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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8B eine perspektivische Darstellung des Spindelhaltewinkels im gefügten Zustand; und
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9 eine Längsverstelleinrichtung für einen Fahrzeugsitz.
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Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines ersten Werkstücks 1 und eines zweiten Werkstücks 5.
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Das erste Werkstück 1 weist eine Fügefläche 2 auf, welche zum Fügen mit dem zweiten Werkstück 5 vorgesehen ist. An der ersten Fügeflächen 2 ist eine die erste Fügeflächen 2 seitlich abschließende erste Kante 3 und eine schräg zu der ersten Kante 3 verlaufende zweite Kante 4 vorgesehen, welche die Fügefläche ebenfalls abschnittsweise abschließt.
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Das zweite Werkstück 5 weist eine zweite Fügeflächen 6 auf, welche eine zur ersten Fügeflächen 2 korrespondierende Form aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sowohl die erste Fügefläche 2 als auch die zweite Fügeflächen 6 eben ausgebildet.
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Zum Herstellen einer Winkelanordnung wird das erste Werkstück 1 mit dem zweiten Werkstück 5 gefügt. Dazu wird zunächst das erste Werkstück 1, wie mit dem eingezeichneten dicken Pfeil angedeutet, mit seiner ersten Fügeflächen 2 auf der zweiten Fügefläche 6 des zweiten Werkstücks 5 positioniert.
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2 zeigt eine ausschnittsweise Draufsicht auf ein erstes und zweites Werkstück 1, 5 in einer Winkelanordnung.
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In der dargestellten Draufsicht ist die schräge Stellung der zweiten Kante 4 relativ zur ersten Kante 3 ersichtlich.
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Die erste Fügeflächen 2 liegt in der Winkelanordnung auf der zweiten Fügeflächen 6 auf. Die Werkstücke 1, 5 sind in dieser Anordnung bereit, um gefügt zu werden.
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3A zeigt die Winkelanordnung gemäß 2 beim Verschweißen des ersten Werkstücks mit dem zweiten Werkstück im Bereich der ersten Kante 3.
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Zum Verschweißen wird ein Strahl 7 eines Strahlwerkzeugs 8 entlang der ersten Kante 3 geführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dazu ein Schweißkopf, wie mit dem dicken Pfeil angedeutet, parallel zu der ersten Kante 3 relativ zu den Werkstücken 1, 5 verfahren. Somit wird eine linearen Relativbewegung des Strahlwerkzeugs 8 relativ zu dem ersten Werkstück 1 und dem zweiten Werkstück 5 durchgeführt, wobei während dieser linearen Relativbewegung das erste Werkstück 1 sowohl in dem Bereich der ersten Kante 3 als auch der zweiten Kante 4 mittels des Strahls 7 des Strahlwerkzeugs 8 mit dem zweiten Werkstück 5 verschweißt wird.
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Bei dem Strahlwerkzeug 8 handelt es sich beispielsweise um ein Laserstrahlwerkzeug. Schematisch dargestellt ist hier lediglich der bewegbare Schweißkopf des Laserstrahlwerkzeugs. Eine nicht separat dargestellte Strahlquelle versorgt den Schweißkopf, beispielsweise über einen ebenfalls zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellten Lichtleiter, mit Laserstrahlen. Die Laserstrahlen werden in dem Schweißkopf mittels einer darin vorgesehenen Optik in einer zum Schweißen geeigneten Weise entsprechend gebündelt und ausgerichtet. Vorzugsweise wird ein Abstand zwischen dem Schweißkopf und der ersten Kante 3 derart eingestellt, dass ein Fokus des Strahls 7, hier Laserstrahls, im Bereich der ersten Kante 3 liegt.
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Somit erzeugt der Strahl 7 beim Führen des selben entlang der ersten Kante 3 im Bereich der ersten Kante 3 eine mittels Strahlschweißen, hier Laserstrahlschweißen, hergestellte Naht 15.
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3B zeigt die Winkelanordnung gemäß 3A beim Weiterführen des Strahls 7 in Verlängerung der ersten Kante 3, wobei der Strahl 7 auf die zweite Kante 4 trifft.
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Der Schweißkopf wird dazu entlang des eingezeichneten dicken Pfeils, der parallel zur ersten Kante 3 verläuft, in seiner linearen Bewegung relativ zu den Werkstücken 1, 5 weitergeführt. Der Strahl 7 trifft dabei auf die zweite Kante 4, sodass die Naht 15 im Bereich der zweiten Kante 4 ununterbrochen weitergeführt wird.
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Beispielsweise ist der Strahl 7 dazu parallel zur ersten Fügefläche 2 und/oder zur zweiten Fügeflächen 6 ausgerichtet. Somit trifft der Strahl 7 beim Weiterführen in Verlängerung der ersten Kante 3 automatisch direkt auf die zweite Kante 4.
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Bei einer weiteren Ausführung wäre es denkbar, den Laserstrahl mit einer von der Normalen zur ersten Kante 3 abweichenden Winkelanstellung um eine Achse parallel zur ersten Kante 3 anzustellen. Dementsprechend würde der Laserstrahl schräg auf den Stoß zwischen der ersten Fügeflächen 2 und der zweiten Fügeflächen 6 treffen. Dies kann insbesondere zum Herstellen einer Kehlnaht im T-Stoß an der ersten Kante sinnvoll sein, falls die erste Fügeflächen 2 die zweite Fügeflächen 6 nicht gemeinsam im Bereich der ersten Kante 3 abschließen In diesem Fall müsste der Anstellwinkel beim Auftreffen des Strahls auf die zweite Kante 4 stetig nachgestellt werden, um beim Weiterführen der linearen Relativbewegung des Schweißkopfes auf die zweite Kante 4 zu treffen.
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Sobald der Strahl 7 auf die zweite Kante 4 trifft, gerät er an dem Auftreffpunkt des Strahls auf der zweiten Kante 4 außer Fokus. Dies kann entweder durch ein Nachstellen der Fokuslage vermieden werden oder gegebenenfalls auch gewünscht sein. Durch das Außerfokusgeraten des Strahls 7 verliert dieser an Intensität (Leistung pro Fläche), sodass im Verlauf der zweiten Kante 4 eine immer geringer werdende Einschweißtiefe bei größerer Nahtbreite oder gar ein Übergang von einem Tiefschweißprozess in einen Wärmeleitungsschweißprozess erreicht wird. Dies kann in gewissen Ausführungen der Winkelanordnung gegebenenfalls wünschenswert sein, worauf in Bezug auf die nachfolgenden 4 und 5 näher eingegangen wird.
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4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Winkelanordnung bei einem zweiseitigen parallelen Verschweißen.
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Bei dieser Winkelanordnung weist das erste Werkstück 1 zusätzlich zur ersten Kante 3 und zweiten Kante 4 eine dritte Kante 13 auf, welche parallel zu der ersten Kante 3 verläuft. Ferner ist eine vierte Kante 14 vorgesehen, welche schräg zu der dritten Kante 13 verläuft.
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Dabei ist das erste Werkstück 1 in der dargestellten Ausführungsform mit einer rechteckigen Grundform ausgebildet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die zweite Kante 4 und die vierte Kante 14 daher jeweils mit einer eine Ecke 10 des ersten Werkstücks 1 schräg beschneidenden Fase 9 gebildet. In der dargestellten Draufsicht sind die zweite Kante 4 und die vierte Kante 14 somit von dem ersten Werkstück 1 verdeckt, weshalb sie gestrichelt dargestellt sind.
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Die entsprechenden Fasen 9 sind dabei mit einer Tiefe vorgesehen, welche die zweite Kante 4 mit der vierten Kante 14 an einer Stirnseite des ersten Werkstücks 1 zur Ausbildung einer Spitze 16 zusammentreffen lässt.
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Insbesondere ist die Fase 9 an der zweiten Kante 4 und an der vierten Kante 14 jeweils derart bemessen, dass sie an der Spitze 15 endet.
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Zum Fügen des ersten Werkstücks 1 mit dem zweiten Werkstück 5 werden beidseitig parallel zunächst eine Naht 15 an der ersten Kante 3 und eine Naht 15' an der dritten Kante 13 geschweißt. Dazu wird entlang der ersten Kante 3 ein Strahlwerkzeug 8, wie in Bezug auf 3A bereits beschrieben, geführt. Entlang der dritten Kante 13 wird parallel dazu ein weiteres Strahlwerkzeug 8' in gleicher Weise geführt.
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Bei dem weiteren Strahlwerkzeug 8' handelt es sich vorzugsweise um ein zum Strahlwerkzeug 8 gleiches Strahlwerkzeug. Insbesondere handelt es sich ebenfalls um ein Laserstrahlwerkzeug.
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Denkbar wäre auch, zum Bereitstellen zweier Strahlwerkzeuge 8, 8' die Laserstrahlen einer gemeinsamen Laserstrahlquelle aufzusplitten und mit zwei Schweißköpfen parallel zu schweißen.
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Die Strahlwerkzeuge 8, 8' werden über die erste bzw. dritte Kante 3, 13 hinaus weiter relativ zu den Werkstücken 1, 5 verfahren. Beim Durchführen einer linearen Relativbewegung der Strahlwerkzeuge 8, 8' relativ zu dem ersten Werkstück 1 und dem zweiten Werkstück 2, wird das erste Werkstück 1 sowohl in dem Bereich der ersten Kante 3 als auch der zweiten Kante 4 mittels der Strahlen 7, 7' der Strahlwerkzeuge 8, 8' mit dem zweiten Werkstück 5 verschweißt. Die Strahlen 7, 7' werden dazu in Verlängerung der ersten Kante 3 bzw. dritten Kante 13 weitergeführt und treffen dabei auf die zweite Kante 4 bzw. vierte Kante 14. Dies geschieht jeweils in gleicher Weise wie in Bezug auf 3B bereits bezüglich der ersten und zweiten Kante 3, 4 beschrieben.
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5 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Winkelanordnung gemäß 4 im verschweißten Zustand. In dem dargestellten verschweißten Zustand handelt es sich dementsprechend um eine kraftübertragende Winkelanordnung 20.
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Die Nähte 15, 15' sind in dem dargestellten verschweißten Zustand vollständig entlang der ersten und zweiten Kante sowie entlang der dritten und vierten Kante bis zur Spitze 15 geführt. Dementsprechend treffen sich die Nähte 15, 15' an der Spitze 16. Somit ist von der ersten Kante 3 über die zweite Kante 4 und die vierte Kante 14 bis zur dritten Kante 13 eine durchgehende Verschweißung geschaffen.
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Sofern eine Fokuseinstellung des Strahls 7 und 7' dabei konstant bleibt, verringert sich die Intensität des Strahls 7 bzw. 7' entlang der zweiten Kante 4 bzw. vierten Kante 14. Dies ist von Vorteil, weil im Bereich der Spitze 16 die maximal fokussierte Leistung des Strahls 7 beziehungsweise 7' zu einer zu hohen Intensität führen könnte, sodass die Spitze 16 dabei durchgebrannt werden könnte. Dieser Effekt kann insbesondere bei dem parallelen Schweißen mit zwei Strahlen 7, 7' durch das Beibehalten der Fokuslage, sodass die zweite Kante 4 bzw. vierte Kante 14 in ihrem Verlauf aus dem Fokus des Strahls 7 bzw. 7' herauswandert, vermieden werden. Somit wird ein sanfter, Übergang im Bereich der Spitze 16 von der Naht 15 zu der Naht 15' mit hoher Nahtgüte bereitgestellt.
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Vorteilhaft können dadurch im Bereich der Stirnseite zusätzliche Kräfte und insbesondere Momente aufgenommen werden. Es ist somit eine im Vergleich zu lediglich einem Verschweißen der ersten und dritten Kante in Bezug auf axiale Kräfte deutlich festere Verbindung zwischen dem ersten Werkstück 1 und zweiten Werkstück 5 geschaffen.
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6A und 6B zeigen die Winkelanordnung gemäß 2 beim Verschweißen des ersten Werkstücks 1 mit dem zweiten Werkstück 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 3A und 3B ist der Strahl 7 hier an der ersten Kante mit einen Nachlaufwinkel 11 zu einer Normalen 12 ausgerichtet. Die Winkeleinstellung des Strahls 7 bleibt während linearen der Relativbewegung des Schweißwerkzeugs 8, das heißt beim Weiterführen des Strahls 7 in Verlängerung der ersten Kante 3 erhalten, wie in 6B dargestellt.
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Aufgrund der zur ersten Kante 3 schrägen Stellung der zweiten Kante 4 fällt beim Auftreffen des Strahls auf der zweiten Kante 4 ein entstehender Vorlaufwinkel 11' somit geringer aus, als bei einem an der ersten Kante 3 senkrecht ausgerichteten Strahl 7. Vorteilhaft sticht der Strahl 7 an der zweiten Kante 4 relativ zu einer Normalen 12' der zweiten Kante 4 daher mit dem Vorlaufwinkel 11' in einer geringeren Anstellung in die Prozesszone, sodass die Stabilität des Schweißprozesses verbessert wird.
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Es wird somit eine Kompromiss-Winkeleinstellung des Strahls 7 eingestellt, welche an der ersten Kante 3 ein Schleppen und an der zweiten Kante 4 ein Stechen des Strahls 7 bereitstellt, wobei sowohl das Stechen als auch das Schleppen jeweils in einem funktionierenden Parameterfenster liegen. Daher wird ohne Parameteranpassung des Vor- oder Nachlaufwinkels eine stabile Naht 15 durchgehend entlang der ersten Kante 3 und der zweiten Kante 4 erzeugt. So braucht die Richtung des Strahls 7, 7' während des Schweißens nicht geändert werden. Vorteilhaft werden somit bei einem Verstellen der Strahlausrichtung oftmals auftretende Schweißfehler bzw. Aussetzer vermieden, ohne dass am Übergang von der ersten zur zweiten Kante bzw. von der dritten zur vierten Kante abgesetzt wird.
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7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Spindelbetriebs 100. Dargestellt ist der Spindeltrieb 100 in einer Seitenansicht.
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Der Spindeltrieb 100 weist eine kraftübertragende Winkelanordnung 20 auf, welche hier als Spindelhaltewinkel 120 ausgebildet ist. Ferner ist eine Antriebsvorrichtung 121, insbesondere in Form eines Schneckenantriebs, sowie eine an dem ersten Werkstück 1 des Spindelhaltewinkels 120 mittels eines Innengewindes 123 gehaltene Spindel 122 vorgesehen.
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Der Spindeltrieb 100 dient der axialen Verstellung einer mit der Antriebsvorrichtung 121 verbundenen nicht dargestellten Vorrichtung relativ zu einer nicht dargestellten Führungsschiene, an welche der Spindelhaltewinkel 120 mit dem schematisch dargestellten Bolzen 124 befestigt ist. Die Vorrichtung kann dabei an der vorzugsweise parallel zur Spindel 122 verlaufenden, nicht dargestellten Führungsschiene geführt sein.
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Bei einem Verstellen der Vorrichtung kämmt ein Schneckentrieb der Antriebsvorrichtung mit der Spindel. Die dabei entstehende axiale Reaktionskraft wird durch den Spindelhaltewinkel 120 abgestützt.
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Da zwischen der Spindel 122 bzw. dem Gewinde 123 und dem Anbindungspunkt des Bolzens 124 an dem Spindelhaltewinkel 120 ein Abstand vorgesehen ist, entsteht bei der Kraftübertragung ein mit einem geschwungenen dicken Pfeil schematisch ein gezeichnetes Moment im Bereich der Naht 15. Dieses Moment wird mittels der an der zweiten Kante 4 und/oder an der vierten Kante 114 fortgeführten Naht 15 bzw. 15' aufgenommen, sodass zwischen dem ersten und zweiten Werkstück eine das Moment mit hoher Festigkeit aufnehmende Verbindung bereitgestellt ist.
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8A zeigt eine perspektivische Darstellung eines Flachstücks 105 und eines Winkelfortsatzes 101 für einen Spindelhaltewinkel 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Die Fügefläche 102 ist in der gezeigten Darstellung durch den Winkelfortsatz 101 verdeckt und weist seitlich die erste Kante 103 und schräg dazu verlaufend die zweite Kante 104 auf. An der gegenüberliegenden Seite ist eine parallel zur ersten Kante 103 verlaufende dritte Kante 113 sowie eine schräg dazu verlaufende vierte Kante 114 vorgesehen. Die zweite Kante 104 und die vierte Kante 114 sind jeweils durch eine mit einer schrägen Fase 109 beschnittene Ecke 110 gebildet.
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Es ist beispielhaft ein Winkel der Fase von etwa 30° vorgesehen.
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Insoweit ist der grundsätzliche Aufbau des Winkelfortsatzes 101 gleich dem Aufbau des ersten Werkstücks gemäß 4.
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Darüber hinaus ist der Winkelfortsatz 101 hier als Spindelmutterfortsatz mit einer ein Innengewinde 123 aufweisenden Bohrung ausgebildet, welche zum Führen einer Spindel ausgelegt ist. An einer der Fügefläche 102 abgewandten Seite des Winkelfortsatzes 101 weist dieser gerundete Ecken 118 auf.
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Das Flachstück 105 ist hier als Flansch zur Anbindung an eine Führungsschiene ausgebildet und weist dementsprechende Ausnehmungen bzw. Bohrungen 117 zur Aufnahme eines oder mehrerer Befestigungsbolzen 124 auf. An der oberen Flachseite ist die zweite Fügefläche 106 vorgesehen.
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In der dargestellten Anordnung liegt die erste Fügefläche 102 auf der zweiten Fügeflächen 106 auf. Dementsprechend können der Winkelvorsatz 101 und das Flachstück 105 in dieser Stellung gefügt werden.
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8B zeigt eine perspektivische Darstellung eines Spindelhaltewinkels im gefügten Zustand.
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Dabei sind eine entlang der ersten Kante 103 geführte und entlang der zweiten Kante 104 weitergeführte Naht 115 sowie eine entlang der dritten Kante 113 geführte und entlang der vierten Kante 114 weitergeführte Naht 115' vorgesehen. Die Nähte 115 und 115' treffen sich im Bereich der Spitze 116.
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9 zeigt eine Längsverstelleinrichtung 200 für einen Fahrzeugsitz.
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Die Längsverstelleinrichtung 200 weist einen Spindeltrieb 100 sowie eine Führungsschiene 201 auf.
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Der Spindeltrieb 100 umfasst einen Spindelhaltewinkel 120, eine Spindel 22, eine Antriebsvorrichtung 121 sowie einen an der Spindel 22 dem Spindelhaltewinkel 120 gegenüberliegend angeordneten Radialhaltewinkel 202.
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Die Antriebsvorrichtung ist ausgelegt, um einen damit mechanisch gekoppelten, zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellten Fahrzeugsitz in einer Längsrichtung, die der axialen Richtung der Spindel 22 entspricht, zu verstellen.
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Der Spindelhaltewinkel 120 ist mittels eines Bolzens 24 mit der Führungsschiene 201 befestigt. Die Spindel 22 ist in dem Spindelhaltewinkel 120 gelagert und wird insbesondere in axialer Richtung durch den Spindelhaltewinkel 120 abgestützt.
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Der Radialhaltewinkel 202 weist einen die Spindel 22 radialstützenden Flansch 203 auf, welcher insbesondere keine axialen Kräfte aufnimmt. Der Radialhaltewinkel 202 ist ebenfalls mit einem Bolzen 204 an der Führungsschiene 201 befestigt.
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Wenn die Antriebsvorrichtung 121 eine Verstellbewegung entlang der Spindel 22 durchführt, wirken axial Reaktionskräfte auf die Spindel 22, welche mit dem Spindelhaltewinkel 120 aufgenommen werden. Ferner werden mit dem Spindelhaltewinkel 120 auch anderweitig an einem Fahrzeugsitz auftretende Reaktionskräfte in axialer Richtung abgestützt, beispielsweise bei aufgrund fahrdynamischer Einflüsse eines Fahrzeugs, wie einem starken Bremsvorgang oder einem etwaigen Crash.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Alternativ zu dem schrägen abfasen einer Ecke 10 kann ein erstes Werkstück 1 zum Ausbilden der zweiten Kante 4 auch vollständig schräg beschnitten sein, wie in 1 und 2 angedeutet. Dies ist analog auf die Ausbildung der vierten Kante 14 übertragbar.
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Das erste und das zweite Werkstück 1, 5 können wie in 3 dargestellt auch nur einseitig verschweißt sein. Eine dabei entstandene Asymmetrie kann gegebenenfalls gewünscht sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Werkstück
- 2, 102
- erste Fügefläche
- 3, 103
- erste Kante
- 4, 104
- zweite Kante
- 5
- zweites Werkstück
- 6, 106
- zweite Fügefläche
- 7, 7'
- Strahl
- 8, 8'
- Strahlwerkzeug
- 9, 109
- Fase
- 10, 110
- Ecke
- 11, 11'
- Vor- oder Nachlaufwinkel
- 12, 12'
- Normale
- 13, 113
- dritte Kante
- 14, 114
- vierte Kante
- 15, 115
- Naht
- 15', 115'
- Naht
- 16; 116
- Spitze
- 20
- Winkelanordnung
- 100
- Spindeltrieb
- 101
- Winkelfortsatz
- 105
- Flachteil
- 117
- Ausnehmung bzw. Bohrung
- 118
- gerundete Ecke
- 120
- Spindeihaltewinkel
- 121
- Antriebsvorrichtung
- 122
- Spindel
- 123
- Innengewinde
- 124
- Bolzen
- 200
- Längsverstelleinrichtung
- 201
- Führungsschiene
- 202
- Radialhaltewinkel
- 203
- Flansch
- 204
- Bolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011004143 A1 [0004]
